淺談江北水廠的自控系統(tǒng)

馬東俊

（惠州市自來水總公司，廣東惠州 516003）

淺談江北水廠的自控系統(tǒng)

馬東俊

（惠州市自來水總公司，廣東惠州 516003）

淺談惠州市自來水總公司江北水廠一、二期自動化控制系統(tǒng)的架構、設計思路，深入簡出的總結了一期生產運行過程中的生產經驗，在二期工藝以及自控方面的優(yōu)化和實際運用中遇到的問題及解決方法。

自控系統(tǒng)；組態(tài)軟件；MELSECNET/H雙環(huán)網

0 前言

惠州市江北水廠占地面積18萬平方米，廠區(qū)位于江北云山27號小區(qū)，吸水口設在汝湖蝦村東江邊，設施規(guī)模日供水能力為60萬m3，計劃平均分三期進行。首期工程1999年9月竣工投產，為了更有力的支持城市的經濟建設，二期工程應運而生。公司技術人員在一期運行過程中累計了不少寶貴經驗，都投入到二期工程中去，在一年多的建設時間里，工程建設者克服了種種困難，二期供水于2008年4月順利竣工投產，本文淺談水廠一、二期自控系統(tǒng)的設計思路及實際運用中遇到的問題及解決方法。

1 設計思路和實際解決方法

兩期工程凈水工藝均為網格反應+平流沉淀+ V型濾池，吸水泵房與供水泵房共用，二期工程增添了三期共用的配水井和供水泵房PLC站。在工藝方面：由于一期反應池的反應時間過短，混凝效果有待改進。在二期工藝上把反應池加長加深30%（一期池深4.5米，池長18.15米，反應時間延長約一倍），達到延長反應時間的目的，沉淀池的沉淀效果有明顯提高；一期濾池站因為沒有做手動控制柜，為檢修工作帶來非常不便，二期籌建時投入資金設計了全部閥門的手動控制柜，在電腦操作畫面也增加了全部閥門的手動控制；為了反沖效果好，進水閥選型時采用調節(jié)型進水閥。在籌備過程中認為：PLC設備選型要和現(xiàn)有組態(tài)軟件SCADA系統(tǒng)相結合［4］，組態(tài)軟件全稱組態(tài)監(jiān)控專用軟件，英文簡稱分別為HMI/SCADA也就 是 Human and Machine Interface/Supervisory Control and Data Acquisition，人機界面/監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。目前水廠SCADA系統(tǒng)應用較多的是PC（工控機）+PLC模式，僅就控制功能而言，PLC具有嚴謹、方便、易安裝、易編程、可靠性高的技術產品，但各廠家各型號的PLC都是一個系列化產品的系統(tǒng)平臺，都有自己封閉的網絡和通訊協(xié)議，不同廠家的PLC一般不能通訊，必須借助第三方協(xié)議才能實現(xiàn)，為避免生產運行階段的設備互聯(lián)問題，最好選用同一廠家產品。在硬件設備方面：一期自控系統(tǒng)架構是三菱A系列PLC、組態(tài)軟件GE FANUC FIX7.0、工控機、PLC網絡為MELSECNET/10同軸電纜。因此，二期自控系統(tǒng)相應采用了三菱Q系列PLC、組態(tài)軟件GE FANUC IFIX4.0、工控機、PLC網絡為MELSEC?NET/H光纖。兩期凈水系統(tǒng)采用微機自控系統(tǒng)、兼有現(xiàn)場手動和微機手動操作，采用PLC+PC（工控機）的控制方式，具有實時多任務集散型網絡控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理能力強、能對生產過程進行實時監(jiān)控、冗余設計、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、可靠性高，模塊的結構設計具有擴展靈活、組網強大等特點。

MELSECNET/H網，光纖雙環(huán)，25M高速通訊，光纖網絡具有信號損失小、傳輸距離遠、安全性好、不受雷電及不受電磁干擾等影響。PLC光纖網絡是一種主、副環(huán)冗余的雙環(huán)網，確保了網絡通訊的安全性。為了讓一期全部PLC并入二期光纖網，一期PLC同軸電纜均換為光纖并更換相應網絡模塊，將一期原主站，作為一個子站和其他子站通過光纖模塊全部互聯(lián)組成MELSEC? NET/H網，因為是同一廠家產品，只需在主站上通過GPPW軟件設置每個站的相關網絡參數(shù)即可實現(xiàn)網絡共享資源。經過整合，水廠的自控網絡框架如圖1所示。

按生產工藝，共有10個PLC站，所有PLC按功能分為主站、反沖站、濾池站、投加站、排泥站和供水泵房站。

主站：是自控系統(tǒng)的核心，通過網絡共享資源，讀取全廠儀表、設備運行信號經過MMI人機界面就可以監(jiān)控整個水廠，主站配有以太網模塊，采用星型工業(yè)以太網結構，通過RJ45接口聯(lián)接網線至交換機，兩臺工作站電腦網絡接口連至交換機，實現(xiàn)通訊、雙機熱備、冗余設計，再經過IFIX平臺編程就可以實現(xiàn)MMI，實現(xiàn)對生產現(xiàn)場設備狀態(tài)的實時監(jiān)測、遠程控制、生產過程數(shù)據(jù)存儲分析、報表報警打印、運傳數(shù)據(jù)、聲光報警等功能。

圖1 水廠的自控網絡框架

投加站：對投礬、投氯實現(xiàn)自動控制。PLC通過對水質儀表的采集，將部分參數(shù)，例如源水流量、濾后水余氯、SCD值等等，進行過程控制，以實現(xiàn)對投礬、投氯的自動投藥?？刂七^程：通過采集源水流量和SCD信號構成復合環(huán)控制。源水流量以（4～20 mA）比例信號控制計量泵頻率，SCD儀表通過PID運算出SCD反饋值（4～20 mA）控制計量泵伺服馬達控制器，控制計量泵的沖程，兩者組成的復合環(huán)最終控制計量泵以實現(xiàn)自動投藥。如圖2所示。

圖2 投礬控制示意圖

投氯：分為前加氯和后加氯；

前加氯：采集實時源水流量（4～20 mA）信號比例投加控制方式；

后加氯：采用以源水流量為前饋，濾后水余氯作反饋的復合環(huán)控制方式，再通過PID運算調節(jié)控制加氯量。

投氯控制示意圖如圖3所示。

圖3 投氯控制示意圖

排泥站：監(jiān)控排泥車（共8臺）、排泥閥、配水井設備，控制方式分為按周期自動運行、遠程微機手動控制和現(xiàn)場手動控制三種方式。

排泥車自動控制采用單程排泥及智能化變速方式，可顯著減少排泥水量，起到節(jié)水、節(jié)能的作用，同時相應減少反應沉淀池等的基建和運行費用。

反沖站：與濾池站緊密結合，監(jiān)控反沖水泵與風機。

反沖條件：（1）當濾池的堵塞度達到設定值；（2）過濾周期達到設定值；（3）人為強行啟動。

反沖過程分為：氣沖、氣水沖、水沖三個階段。

單格濾池反沖過程：關閉進水閥，等待液位下降到設定的液位后，關閉濾閥，關放氣閥，打開排水閥排水。當液位下降到沖洗液位后，打開設定的進水閥（閥度為20），進入少量掃洗水；排水時間后，向風機房發(fā)氣源命令，依次開兩臺風機，稍延時后打開濾池反沖氣閥。氣沖時間后，向反沖水泵房發(fā)出水源命令，關閉一臺風機，水泵開動稍延時打開濾池反沖水閥，氣、水沖時間。氣水沖時間后，關反沖氣閥，關風機，開放氣閥，同時發(fā)命令開第二臺水泵，經水沖時間后，關反沖水閥，關水泵，打開初濾閥30秒后關排水閥，最后全開進水閥。濾池水位升至某一值時打開濾閥，反沖結束。濾池進入過濾階段。在反沖洗過程中，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將立即中止反沖。

濾池站：備有柜面按鈕手動和微機手動操作功能，方便檢修及操作。

濾池站在功能方面分為兩大部分：

（1）與反沖站相結合，進行反沖；

（2）PID恒水位控制濾水。

V型濾池是恒水位等速過濾能保持濾層孔隙內水流流速基本恒定或緩慢增減，是保證濾后水水質的最好辦法。閥門可根據(jù)池內水位的高低自動調節(jié)開啟程度，以保證池內水位恒定。我廠采用智能比例調節(jié)閥，對濾池水位進行閉環(huán)控制。濾池恒水位控制原理如下：

電子水位感應器→PLC→比例調節(jié)閥→濾閥開度。

當濾池水位發(fā)生變化時，水位壓力變送器即發(fā)出信號送到PLC系統(tǒng)，經過PLC內部的A/D轉換，PID運算，D/A轉換，將結果送入比例調節(jié)閥，驅動調節(jié)濾閥開度，使濾池水位保持恒水位不變，從而使濾速保持不變。

供水泵房站：采集出廠水儀表數(shù)據(jù)以及采集每臺水泵開關機信號及水泵（電機前后端、繞組、水箱、液壓、前后軸承）溫度，當溫度超過設定值聲光報警提醒值班人員。

2 效果

每個自動控制的設備都備有現(xiàn)場手動操作，實用性、直觀性大大增強。江北水廠投產13年（二期供水4年），供水量8億多噸，供水水質各項指標如渾濁度、pH值游離余氯等綜合合格率達99.5%以上，優(yōu)于國家生活飲用水標準，設備自動控制的方便性，直觀性，帶來生產效率的大副提高，礬耗、氯耗相應減少，生產成本也因而下降。

3 結束語

自控行業(yè)的發(fā)展，促進了水廠自控系統(tǒng)的進步，江北水廠一、二期供水歷程見證了這一發(fā)展結果，在二期自控系統(tǒng)工程設計、運行過程中，無論是硬件還是軟件，公司技術人員在一期供水過程中累計的工作經驗上，以人為本、節(jié)能降耗為工作指導，對水廠的自控系統(tǒng)的優(yōu)化起到不可忽視的作用。

［1］INTELLUTION DYNAMICS iFIX培訓手冊［Z］.Intel?lution，2003.

［2］劉建.水廠泵站遠程實時控制系統(tǒng)改造［J］.機電工程技術，2013（7）：57-59.

［3］羅俏，李志梅.水廠在線振動監(jiān)測與分析系統(tǒng)的應用［J］.機電工程技術，2012（11）：45-48.

［4］MELSEC-Q系列大全［Z］.三菱電機自動化（上海）有限公司，2004.

(編輯：向 飛)

圖9 薄板折邊零件的防粘連設計

4 結束語

彈夾式上料系統(tǒng)，其儲料箱就猶如槍支中的子彈夾一樣，裝料方便，上料容易，供料可靠，搬運快捷，減少重復勞動，占用空間小，成本低廉，便于通用化和規(guī)范化，可配套于各種型式的自動裝配機、自動絲印機、零件加工機，相對于人工上料、可提高生產效率二倍以上，減少人工一倍以上，在自動化生產和裝配中，具有非常廣闊的應用前景[1]。

參考文獻：

［1］壽軍波.鋼卷上料自動控制系統(tǒng)的設計［J］.機電工程，2013（1）：81-84，115.

第一作者簡介：黃發(fā)喜，男，1957年生，陜西商洛人，大學本科，高級工程師。研究領域：廚房家電多士爐的新結構及全自動操作；自動化制造、裝配的產品結構及設備。已發(fā)表論文8篇。

(編輯：向 飛)

The Automatic Control System in Jiangbei Water Plant

MA Dong-jun
（Huizhou City Water Corporation，Huizhou516003，China）

Jiangbei Waterworks in one or two stage automation control system of Huizhou City Water Corporation of the architecture, design idea,depth summarizes the production process in a stage production experience,ask questions encountered in the two period and the optimization of process and control aspects and the practical application of solutions.

automatic control system；configuration software；MELSECNET/H loop network

TP273

A

1009－9492(2014)07－0137－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.040

馬東俊，女，1979年生，河南南陽人，大學本科，工程師。研究領域：水廠自動化系統(tǒng)的安全和研究。

2014－05－04