黄 骞
长沙水业集团有限公司 410005
摘要：近年来，国内大部分水厂逐步应用自动化控制系统，传统的生产调度技术不能根据外部管网需求实时调整水厂的生产运行，无法满足现代化水厂管理需求。优化水厂的生产流程，更好地挖掘生产潜能，更好地满足城市用水需求，是当前水厂生产调度迫切需要解决的问题。
关键词：智慧水厂 时变化系数 生产调度 技术研究
1.引言
1.1研究背景
随着我国城市化的逐渐发展，城市规模和人口不断增加，城市的用水量也逐渐加大，而城市的水厂供水能力增速相对滞后，用水增加与供水不足之间的矛盾日益凸显。以长沙猴子石水厂为例，作为长沙市最大的水厂（设计能力为80万吨/天），供水旺季特殊时期，其日供水往往达到90万吨以上，水厂经常处于超负荷运行状态，对生产设备带来严峻的考验，一些高远程地区已不能正常供水，水质也面临着安全隐患。如何优化现有水厂的生产流程，更好地挖掘生产潜能，缓解用水压力，是当前水厂生产调度迫切需要解决的问题。
1.2 国内水厂调度现状及存在的问题
取水泵房的产能、制水中间环节的水量损失、外部管网的压力变化以及气候环境等因素都直接影响到水厂的供水量。如何保证送水泵房最大的输出产能，是水厂供水系统的主要矛盾。目前，国内大部分水厂仍然是依靠人工值守、依靠人工经验，根据清水池水位变化来调度水厂的生产运行，主要存在两方面的问题：一方面，按常规水处理工艺，从发出取水指令，经过制水工艺流程，到清水池、送水泵房，大约需要2个小时，存在较长的时延；另一方面，外部管网用水情况瞬息万变，受值班人员的专业程度和主观能动性等因素制约，传统人工调度的方式已经很难适应现代化水厂的生产要求。
2.智慧水厂的调度技术研究
2.1 研究内容
时变化系数Kh，是指最高日最高时供水量与改日平均时供水量的比值，是城市给水系统工程设计的一个重要参数，对于供水系统的设计和运行调度有重要的参考意义。2006版的《室外给水设计规范》（GB50013-2006）给出的最高日城市综合用水时变化系数宜采用的范围是1.2—1.6。2019年，长沙最高日供水量出现在9月9日，最高日供水量为250.9万m3，最高时供水量为131175 m3，当天平均时供水量为101976m3，Kh为1.28。
可以看出，长沙供水的时变化系数Kh目前仍维持在较低水平，这对供水节能与生产调度都是有利的。
基于AI的智慧水厂生产调度技术，以时变化系数为主线，采用大数据分析代替传统的人工分析，将人工智能技术和人工经验相结合，实现水厂生产调度从自动化向智能化转变。旨在采用海量生产运行数据的采集和分析，找到水厂各生产环节之间的联动关系，研发智能控制算法，建立智能控制模型，开发时变化系数智能控制软件，对实际生产运行情况做出快速、准确的响应，给出智能调度策略。
2.2技术关键与创新点
（1）物联网技术：分析研究取水泵房、送水泵房、沉淀池、清水池、中间提升泵房等关键工艺和关键设备，实时掌握水厂生产运行的实时状态和数据，实现水厂的自动化控制。
（2）大数据技术：对海量生产运行数据进行采集存取和统计分析，挖掘沉淀池、砂滤池、碳滤池、清水池等水池容积和排泥系统之间的联动关系，调度好取水泵房、沉淀池、滤池、送水泵房等一系列关联工艺，提升水厂生产管理水平。
（3）人工智能技术：研发人工智能算法，建立智能调度模型，根据生产运行情况和外部用水变化，快速调整时变化系数K，在保障清水池不溢流、不空池的前提下，尽可能的减少取水泵房的机泵启闭频率，让整条制水生产线始终处于一个相对平稳的状态，使水厂保持高效、低耗的运行状态。
2.3 预期目标
基于AI的调度技术研究，以物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术为手段，一方面可实现生产、运行和调度等各环节信息高度互通、反应快捷、管理有序的高效节能、绿色环保水厂，最大程度满足城市用水需求；另一面可以提高水厂机泵运行效率，减少机泵频繁开停而带来的电费成本。以长沙猴子石水厂（平均日供水量80万吨）为例，当前平均电耗约340 kw.h／km3，以降低能耗3%预估，全年可节约用电＝340*0.03×800×365＝2978400kw.h，可节约电费约223万元，为企业带来良好经济效益。
3.结语
生产调度系统的智能化水平是一个城市供水管理和调度能力、水平的重要参数。通过对水厂时变化系数的智能控制，也可以应用到区域加压泵站的供水调度，为区域供水和城市供水智能化调度奠定了基础，满足广大居民对供水量日益增加需求的同时，更好地推动城市整体智慧水务构建。
参考文献：
[1]郭惠林 水厂生产调度自动化系统的建立与调度控制[J]水利水电工程,2015.9
[2]郑州力通水务有限公司[Z],2019.9