智造安全好水 呵护生命健康

背景

水是生命之源。诞生于46亿年前的地球水不仅自身拥有生命力，同时又是生命的载体。对于每个家庭而言，饮用水是否清洁安全至关重要。为保障每一滴水都能从取水源头安全、达标地抵达居民的水龙头，城市供水集团不断优化生产工艺，用最优质的的水质，呵护人们的生命健康。

加药工序是自来水厂控制水质的重要环节。最新发布的《城镇水务2035年行业发展规划纲要》明确了全国城镇水务发展的主要目标，并对出厂水浊度提出更高要求（＜0.5NTU）。对药物的精准投加是供水企业降低出水浊度、提升出水水质的关键。然而，目前大多数自来水厂的药物投加仍延用传统的手工方式。供水行业迫切需要引入先进的自动化、数字化和智能化技术，加快水厂加药环节的数字化和智能化转型，提高饮水安全。

某水务环境控股集团有限公司致力于为珠海、澳门两地提供优质、安全的饮用水，服务人口超过127万。该水务集团旗下负责珠海城区供水的自来水厂日供水能力可达12万吨/日。为进一步提升供水品质，让珠海在社会经济快速发展的同时，保持住青山隐隐、绿水悠悠的生态发展优势，该水厂正式启动改造工程，并目标建成为珠海市首个拥有深度处理工艺的水厂。面对水厂智能加药这一行业难题，该水厂希望与智能制造领域的领先企业合作，一同探索前行。

挑战

在自来水的生产过程中，通常要经过由原水加入药物反应、沉淀、过滤、加氯气消毒的工艺流程。在这一系列的处理过程中，药物的投加是十分关键的环节。因为药物的投加量及其反应效果直接关系到自来水的最终水质和生产成本。但目前水行业的药剂投加很多仍依赖于操作人员的经验，药物过量投加问题时有发生，无法满足高品质供水要求。

该水务集团技术信息部总经理表示：“加药混凝沉淀是水厂重要的工艺环节，也是保证水质、提高经济效益的关键问题，但在行业内却是难点问题。”

加药控制的主要难点在于自来水制水加药控制具有非线性、时变性和大时滞性等复杂特点，用传统的控制方式难以达到满意的控制效果。实现多变量、大滞后、强耦合系统控制是破解难题的关键，也是该水务集团希望寻找到的智能加药解决方案。

此外，智慧水务作为智慧城市建设的重要环节，在城市化发展进程中的作用将愈发重要。该水务集团也在加快数字化转型步伐，并希望通过部署智能加药系统，满足旗下自来水厂智能化、无人化的生产要求，实现安全、节能、环保、高效的生产运营目标。

解决方案

凭借出色的系统功能和丰富的应用经验，罗克韦尔自动化的智能加药解决方案获得了客户的青睐。根据该自来水厂的工艺特点，罗克韦尔自动化融合大数据、人工智能和模型预测控制等先进技术，为水厂量身设计并部署了基于Pavilion8 模型预测控制技术的智能加药投加系统。

作为业内第一家推出多变量非线性动态控制和模型预测技术方案的供应商，罗克韦尔自动化在石油炼化等诸多高端应用场景有着丰富的经验和优异的表现。针对水厂加药控制环节多变量、大滞后的特征，罗克韦尔自动化基于模型预测控制技术设计的智能加药投加系统，可对被控对象的整体进行多个变量的控制，消除多个回路之间的相互影响，具备预测能力，可根据多个回路的工况进行分析，从而对控制器内每一个回路的未来趋势进行预测，并根据预测的结果对回路进行调节。

相较于传统 PID 调节，该方案具有更强的适应能力和更好的鲁棒性，适合处理过程的大滞后、强耦合特性，并能有效地解决过程可测干扰。方案采用多变量优化算法，适合处理多层次、多目标和多约束控制问题，并且不断进行滚动优化和反馈校准，根据预测模型可计算下一个采样时间点的输出，以此对未来水质变化的加药量调节进行启发式修正。

根据该水厂的水质指标要求，罗克韦尔自动化为水厂建立了加矾模型和加氯模型等药剂投加控制模型，通过模型预测控制算法实现整个水厂加药工艺环节的智能化和全自动控制，模型预测控制系统可与现有的监控系统和控制系统实现无缝集成。罗克韦尔自动化自来水厂智能加药解决方案通过自动调整各种化学药剂加入量，可有效解决现有加药系统出水水质不稳定的问题，避免药物的过量投放，做到精确加药，同时大大降低成本，摆脱加药过程对操作人员的过度依赖，实现标准化工厂运行。

借助罗克韦尔自动化先进的模型控制方案，自来水厂可将传统的液氯消毒改为成品次氯酸钠溶液消毒，采用泵阀控制投加形式，投药精度控制在±1%，达到安全、环保、节能、高效的运营目标。

效果

作为首个采用罗克韦尔自动化智能加药投加系统的自来水厂，该水厂实现了全厂药剂的全自动精确投加，毋须任何人工介入，满足水厂智能化、无人化的要求。智能加药解决方案在有效降低出厂水浊度的同时，大大提升了饮用水口感，助力珠海市打造第一个拥有深度处理工艺的水厂，出厂水质达直饮水标准，真正意义上为珠海市民提供优质供水。

通过大数据、人工智能和先进控制技术的深度结合，罗克韦尔自动化智能加药投加系统可根据水质变化对加药量进行实时调节，实现全厂药剂的精确投加，在节省加药量的同时，降低了重金属对水的二次污染，保障百姓用水安全。通过加矾模型的精准控制，该水厂有效避免了原水水质波动带来的影响，模型投用后，絮凝沉淀池出水浊度的波动减少50%，保障水厂出水浊度稳定在0.1NTU。消毒模型控制使得出水余氯指标的波动减少45%，在消毒要求日益严峻的趋势下，避免了药剂过量投加，水质中的金属离子含量远远低于国标要求，减低了饮用者罹患老年痴呆症的风险。该方案在提升水质、提高产率、降低能耗、减少污染、保障安全方面优势显著，同时大大提升了水厂的数字化水平。

一滴水很小，却能折射出爱与智慧的光辉；一滴水也很大，足以装下每人个人对健康的期盼。科技创新的最终目标是满足人们对美好生活的向往，面对可期的未来，罗克韦尔自动化将加快自来水厂智能加药解决方案的落地和“复制”，结合罗克韦尔自动化智慧水务解决方案，推动水行业的数字化和智慧转型，与水行业企业携手共创智慧水务新生态，为提升城市供水质量，保障人民饮水健康，贡献力量。