地下水源點自動化改造項目分析與實踐

趙建華+柴常筠+林尤赫

摘 要 本文結(jié)合地下水分布式水源點采水車間自動化改造項目實際過程，對改造工程中的項目規(guī)劃、現(xiàn)場施工管理、技術(shù)要點與難點進行分析與論述，重點介紹了該自動化改造項目實施過程中遇到的問題與解決辦法。

關(guān)鍵詞 自動化改造，信號干擾與接地，無線數(shù)據(jù)通訊，儀表與環(huán)境

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0152-02

隨著中國經(jīng)濟持續(xù)飛速發(fā)展，城市化速度越來越快，更多的城市人口對當?shù)氐墓┧召|(zhì)量提出更高的要求。為加快發(fā)展，滿足日益增長的供水用戶需求，水源廠啟動自控改造項目，將原有手動控制供水系統(tǒng)全面升級改造為遠程自動供水系統(tǒng)。下文針對項目設計、現(xiàn)場實施、調(diào)試試運行、系統(tǒng)優(yōu)化等各環(huán)節(jié)的技術(shù)問題與要點進行探討。

1 概述

污水廠自控改造項目主要包括以下方面內(nèi)容：

1）采集水源采集及處理工藝流程與設備控制邏輯，以車間為單元建立遠程控制站點。

自控改造項目需對每個工藝流程進行全面模擬，將其進一步轉(zhuǎn)化為設備控制邏輯（即PLC控制程序），在此過程中，重點考慮整個控制邏輯的嚴密性與穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間、不間斷的無人值守目標。

2）新建過程控制儀表，為生產(chǎn)部門提供精確生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

原有手動系統(tǒng)同時存在另一個問題：生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)只能依賴人工巡檢獲取，成本高、時效性差;并且部分數(shù)據(jù)無儀表采集，如流量、壓力等。本次改造項目徹底解決生產(chǎn)數(shù)據(jù)缺失問題。

3）實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的精確采集與統(tǒng)計的SCADA系統(tǒng)。

備用水源點自動化改造的核心功能是采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過分布式站點每間隔5秒一次的采集頻率，管理人員可以使用SCADA系統(tǒng)輕松調(diào)出時間跨度為兩年范圍內(nèi)的任意生產(chǎn)數(shù)據(jù)，該功能為生產(chǎn)管理提供強大的數(shù)據(jù)支持。

2 地下水源點自控改造項目介紹

目前，地下水源點100余口機井，作為地表水源供應的重要補充，為保障市區(qū)供水發(fā)揮重要作用。

地下水源點最小機井供水量約為80m3/h/口，最大機井供水量約為240m3/h/口，其工藝流程如下圖所示。

圖1 生產(chǎn)流程圖

地下水泵采用配電系統(tǒng)均為20世紀90年代產(chǎn)品，不具備任何遠程控制功能，工作人員巡檢每一個車間都必須實地進行數(shù)據(jù)采集工作，而很多偏遠地區(qū)的車間往往需要在路程中花費大量時間，水源點被迫長期處于巡檢員工不足的狀態(tài)，因此急需對備用井進行自動及遠程控制技術(shù)升級。

自控系統(tǒng)更新改造方案按工藝流程及工藝特點而制定，根據(jù)工藝流程配置完整的壓力、流量等檢測儀表。從工程實際情況及生產(chǎn)管理要求出發(fā)，根據(jù)設備和功能相對集中的特點，控制系統(tǒng)選用PLC組成的控制系統(tǒng)，采用集中管理、分散控制的模式，設置數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控計算機系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)分為三級：調(diào)度中心監(jiān)視系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、車間本地監(jiān)控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡采用GPRS遠程通信技術(shù)，連接現(xiàn)場儀表和設備的數(shù)據(jù)傳輸既有常規(guī)I/O方式，也有Modbus串口通訊方式。主要（大型）機械設備的控制采用現(xiàn)場手動控制、就地HMI控制、中央控制系統(tǒng)控制的三層控制模式，控制權(quán)限由高到低依次排列。并在現(xiàn)場PLC站配置人機界面等設備。下面是一個典型車間的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)圖：

圖2 自控系統(tǒng)拓撲圖

項目主要內(nèi)容包括：

1）自控項目總體設計。

2）GPRS遠程通訊線路測試。

3）控制系統(tǒng)設備（PLC、HMI）的硬件和軟件（編程等）的采購、安裝、編程及調(diào)試。

4）SCADA系統(tǒng)及中央控制室計算機監(jiān)控系統(tǒng)的平臺搭建和相關(guān)硬件、軟件（編程等）的采購、安裝、編程及調(diào)試。

5）生產(chǎn)過程儀表采購、安裝及調(diào)試。

6）使用部門操作員培訓。

7）過程儀表及智能電表數(shù)據(jù)的上傳及管理。

8）無人值守車間的安防系統(tǒng)。

3 創(chuàng)建PLC控制邏輯

主要控制過程共有兩部分，第一部分是地下井源水抽取控制。工藝流程為水泵啟動后，管道內(nèi)水位上升，擠占原管道內(nèi)氣體空間造成氣壓增大，排氣閥開始動作排出管內(nèi)多余氣體，當水位上升至基本填滿管道空間后，排氣閥停止動作，源水開始在管道內(nèi)正常流動;水泵啟動延時一定時間后，開啟電控閥門，管道中的水進入市政管網(wǎng)，此時開始正常供水;同時PLC將壓力表上傳的數(shù)值與系統(tǒng)中設定壓力值對比，調(diào)用專用PID控制功能塊開始調(diào)節(jié)變頻器輸出功率，使泵的出口壓力穩(wěn)定于目標值。

第二部分為次氯酸鈉消毒系統(tǒng)控制。當水泵啟動后，消毒系統(tǒng)的電磁計量泵（注射藥液）同步啟動;PLC通過獲取藥液流量值與進水流量值，計算出當前出水的次氯酸鈉濃度，將計算出數(shù)值與系統(tǒng)中設定濃度值對比，調(diào)用專用PID控制功能塊開始調(diào)節(jié)電磁計量泵工作頻率，使次氯酸鈉濃度穩(wěn)定于目標值。

圖3 典型工藝流程PID圖

遠程車間的控制模式共分為現(xiàn)場手動、遠程手動、遠程自動三類：

1）現(xiàn)場手動。

深井地下水泵的控制選擇制設在現(xiàn)場配電柜面板上，選擇LOCAL，在現(xiàn)場配電柜面板上，開啟或停止深井地下水泵。

2）遠程手動。

在現(xiàn)場配電柜的控制方式選擇面板上選擇REMOTE，在監(jiān)控軟件的控制單元或在現(xiàn)場配電柜HMI人機界面上，選擇遠程手動開啟或者關(guān)閉深井地下水泵。

3）遠程自動。

在現(xiàn)場配電柜控制方式選擇面板上選擇REMOTE，在供水調(diào)度中心的監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件的控制單元上或在現(xiàn)場配電柜HMI人機界面上，選擇遠程自動。

注意：在自動模式下，泵的啟動和停止由軟起動器控制，控制模式如下，在不同的時間段設定不同的出口壓力范圍，當出口管網(wǎng)壓力在一延時時間范圍內(nèi)低于壓力范圍的下限時，水泵自動啟動運行，當出口壓力在一延時時間范圍內(nèi)高于壓力范圍的上限時，水泵自動停止。壓力上下限值必須是可調(diào)的，且僅能由具備調(diào)節(jié)權(quán)限的操作人員做出調(diào)整。

4 儀表的安裝與調(diào)試

備用水源廠自動化改造項目中儀表配置相對簡單，每個水源點車間內(nèi)，包括出水流量計、出水壓力計、藥液液位計、藥液流量計、電力儀表共5個儀表設備。但在實際安裝與調(diào)試中，都必須嚴格按照每一類儀表的安裝要求與運行特性進行施工，否則會出現(xiàn)各種運行不穩(wěn)定的問題。

某車間構(gòu)筑物空間狹小，取水管道直管段相對較短，而且當時在建設車間時，取水管道與供水管道之間由一個喇叭口形狀的變徑頭連接。項目中配置的出水壓力計就安裝在變徑頭附近。在實際運行中發(fā)現(xiàn)，啟動水泵后壓力計讀數(shù)居然小于停泵后讀數(shù)，也就是說，開泵后管道壓力低，停泵后管道壓力高，這顯然違背最基本的管道運行規(guī)則。

經(jīng)過反復測試與討論，最后發(fā)現(xiàn)問題出在喇叭口形狀的變徑頭上。當大量的流體經(jīng)過由大變小的管道時，受到管壁擠壓從而在內(nèi)部形成漩渦，致使安裝于附近的壓力計受到干擾測量到錯誤的信號，最終導致壓力數(shù)值違背基本的管道運行規(guī)則。在調(diào)整了壓力計的安裝位置，遠離喇叭口后，顯示數(shù)值恢復正常。

5 結(jié)束語

從備用水源廠自動化改造項目整個實施過程看，該項目關(guān)鍵核心之處就在于現(xiàn)場控制設備的運行狀態(tài)調(diào)整，以及現(xiàn)場儀表優(yōu)化，每一個環(huán)節(jié)，每一個細節(jié)決定了整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量、運行效率與運行成本。通過項目實施過程中對各種問題的處理，對整個自控系統(tǒng)的掌握程度與分析水平也獲得提升。更重要的是，獲得的經(jīng)驗可用于其它水源點車間改造中，自動化系統(tǒng)會變得更加完善、穩(wěn)定。

參考文獻

[1]GB/T17544-98軟件包質(zhì)量要求和測試.

[2]GB/T5234工業(yè)控制計算機系統(tǒng)驗收規(guī)范.

[3]GBJ131-90自動化儀表安裝工程質(zhì)量檢驗評定標準.

[4]GBJ63-90電力裝置的電測量儀表裝置設計規(guī)范.

[5]GBJ79-85工業(yè)企業(yè)通信接地設計規(guī)范.

[6]GB50093-2002自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范.

[7]GB50168-2006電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范.endprint

摘 要 本文結(jié)合地下水分布式水源點采水車間自動化改造項目實際過程，對改造工程中的項目規(guī)劃、現(xiàn)場施工管理、技術(shù)要點與難點進行分析與論述，重點介紹了該自動化改造項目實施過程中遇到的問題與解決辦法。

關(guān)鍵詞 自動化改造，信號干擾與接地，無線數(shù)據(jù)通訊，儀表與環(huán)境

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0152-02

隨著中國經(jīng)濟持續(xù)飛速發(fā)展，城市化速度越來越快，更多的城市人口對當?shù)氐墓┧召|(zhì)量提出更高的要求。為加快發(fā)展，滿足日益增長的供水用戶需求，水源廠啟動自控改造項目，將原有手動控制供水系統(tǒng)全面升級改造為遠程自動供水系統(tǒng)。下文針對項目設計、現(xiàn)場實施、調(diào)試試運行、系統(tǒng)優(yōu)化等各環(huán)節(jié)的技術(shù)問題與要點進行探討。

1 概述

污水廠自控改造項目主要包括以下方面內(nèi)容：

1）采集水源采集及處理工藝流程與設備控制邏輯，以車間為單元建立遠程控制站點。

自控改造項目需對每個工藝流程進行全面模擬，將其進一步轉(zhuǎn)化為設備控制邏輯（即PLC控制程序），在此過程中，重點考慮整個控制邏輯的嚴密性與穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間、不間斷的無人值守目標。

2）新建過程控制儀表，為生產(chǎn)部門提供精確生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

原有手動系統(tǒng)同時存在另一個問題：生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)只能依賴人工巡檢獲取，成本高、時效性差;并且部分數(shù)據(jù)無儀表采集，如流量、壓力等。本次改造項目徹底解決生產(chǎn)數(shù)據(jù)缺失問題。

3）實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的精確采集與統(tǒng)計的SCADA系統(tǒng)。

備用水源點自動化改造的核心功能是采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過分布式站點每間隔5秒一次的采集頻率，管理人員可以使用SCADA系統(tǒng)輕松調(diào)出時間跨度為兩年范圍內(nèi)的任意生產(chǎn)數(shù)據(jù)，該功能為生產(chǎn)管理提供強大的數(shù)據(jù)支持。

2 地下水源點自控改造項目介紹

目前，地下水源點100余口機井，作為地表水源供應的重要補充，為保障市區(qū)供水發(fā)揮重要作用。

地下水源點最小機井供水量約為80m3/h/口，最大機井供水量約為240m3/h/口，其工藝流程如下圖所示。

圖1 生產(chǎn)流程圖

地下水泵采用配電系統(tǒng)均為20世紀90年代產(chǎn)品，不具備任何遠程控制功能，工作人員巡檢每一個車間都必須實地進行數(shù)據(jù)采集工作，而很多偏遠地區(qū)的車間往往需要在路程中花費大量時間，水源點被迫長期處于巡檢員工不足的狀態(tài)，因此急需對備用井進行自動及遠程控制技術(shù)升級。

自控系統(tǒng)更新改造方案按工藝流程及工藝特點而制定，根據(jù)工藝流程配置完整的壓力、流量等檢測儀表。從工程實際情況及生產(chǎn)管理要求出發(fā)，根據(jù)設備和功能相對集中的特點，控制系統(tǒng)選用PLC組成的控制系統(tǒng)，采用集中管理、分散控制的模式，設置數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控計算機系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)分為三級：調(diào)度中心監(jiān)視系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、車間本地監(jiān)控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡采用GPRS遠程通信技術(shù)，連接現(xiàn)場儀表和設備的數(shù)據(jù)傳輸既有常規(guī)I/O方式，也有Modbus串口通訊方式。主要（大型）機械設備的控制采用現(xiàn)場手動控制、就地HMI控制、中央控制系統(tǒng)控制的三層控制模式，控制權(quán)限由高到低依次排列。并在現(xiàn)場PLC站配置人機界面等設備。下面是一個典型車間的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)圖：

圖2 自控系統(tǒng)拓撲圖

項目主要內(nèi)容包括：

1）自控項目總體設計。

2）GPRS遠程通訊線路測試。

3）控制系統(tǒng)設備（PLC、HMI）的硬件和軟件（編程等）的采購、安裝、編程及調(diào)試。

4）SCADA系統(tǒng)及中央控制室計算機監(jiān)控系統(tǒng)的平臺搭建和相關(guān)硬件、軟件（編程等）的采購、安裝、編程及調(diào)試。

5）生產(chǎn)過程儀表采購、安裝及調(diào)試。

6）使用部門操作員培訓。

7）過程儀表及智能電表數(shù)據(jù)的上傳及管理。

8）無人值守車間的安防系統(tǒng)。

3 創(chuàng)建PLC控制邏輯

主要控制過程共有兩部分，第一部分是地下井源水抽取控制。工藝流程為水泵啟動后，管道內(nèi)水位上升，擠占原管道內(nèi)氣體空間造成氣壓增大，排氣閥開始動作排出管內(nèi)多余氣體，當水位上升至基本填滿管道空間后，排氣閥停止動作，源水開始在管道內(nèi)正常流動;水泵啟動延時一定時間后，開啟電控閥門，管道中的水進入市政管網(wǎng)，此時開始正常供水;同時PLC將壓力表上傳的數(shù)值與系統(tǒng)中設定壓力值對比，調(diào)用專用PID控制功能塊開始調(diào)節(jié)變頻器輸出功率，使泵的出口壓力穩(wěn)定于目標值。

第二部分為次氯酸鈉消毒系統(tǒng)控制。當水泵啟動后，消毒系統(tǒng)的電磁計量泵（注射藥液）同步啟動;PLC通過獲取藥液流量值與進水流量值，計算出當前出水的次氯酸鈉濃度，將計算出數(shù)值與系統(tǒng)中設定濃度值對比，調(diào)用專用PID控制功能塊開始調(diào)節(jié)電磁計量泵工作頻率，使次氯酸鈉濃度穩(wěn)定于目標值。

圖3 典型工藝流程PID圖

遠程車間的控制模式共分為現(xiàn)場手動、遠程手動、遠程自動三類：

1）現(xiàn)場手動。

深井地下水泵的控制選擇制設在現(xiàn)場配電柜面板上，選擇LOCAL，在現(xiàn)場配電柜面板上，開啟或停止深井地下水泵。

2）遠程手動。

在現(xiàn)場配電柜的控制方式選擇面板上選擇REMOTE，在監(jiān)控軟件的控制單元或在現(xiàn)場配電柜HMI人機界面上，選擇遠程手動開啟或者關(guān)閉深井地下水泵。

3）遠程自動。

在現(xiàn)場配電柜控制方式選擇面板上選擇REMOTE，在供水調(diào)度中心的監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件的控制單元上或在現(xiàn)場配電柜HMI人機界面上，選擇遠程自動。

注意：在自動模式下，泵的啟動和停止由軟起動器控制，控制模式如下，在不同的時間段設定不同的出口壓力范圍，當出口管網(wǎng)壓力在一延時時間范圍內(nèi)低于壓力范圍的下限時，水泵自動啟動運行，當出口壓力在一延時時間范圍內(nèi)高于壓力范圍的上限時，水泵自動停止。壓力上下限值必須是可調(diào)的，且僅能由具備調(diào)節(jié)權(quán)限的操作人員做出調(diào)整。

4 儀表的安裝與調(diào)試

備用水源廠自動化改造項目中儀表配置相對簡單，每個水源點車間內(nèi)，包括出水流量計、出水壓力計、藥液液位計、藥液流量計、電力儀表共5個儀表設備。但在實際安裝與調(diào)試中，都必須嚴格按照每一類儀表的安裝要求與運行特性進行施工，否則會出現(xiàn)各種運行不穩(wěn)定的問題。

某車間構(gòu)筑物空間狹小，取水管道直管段相對較短，而且當時在建設車間時，取水管道與供水管道之間由一個喇叭口形狀的變徑頭連接。項目中配置的出水壓力計就安裝在變徑頭附近。在實際運行中發(fā)現(xiàn)，啟動水泵后壓力計讀數(shù)居然小于停泵后讀數(shù)，也就是說，開泵后管道壓力低，停泵后管道壓力高，這顯然違背最基本的管道運行規(guī)則。

經(jīng)過反復測試與討論，最后發(fā)現(xiàn)問題出在喇叭口形狀的變徑頭上。當大量的流體經(jīng)過由大變小的管道時，受到管壁擠壓從而在內(nèi)部形成漩渦，致使安裝于附近的壓力計受到干擾測量到錯誤的信號，最終導致壓力數(shù)值違背基本的管道運行規(guī)則。在調(diào)整了壓力計的安裝位置，遠離喇叭口后，顯示數(shù)值恢復正常。

5 結(jié)束語

從備用水源廠自動化改造項目整個實施過程看，該項目關(guān)鍵核心之處就在于現(xiàn)場控制設備的運行狀態(tài)調(diào)整，以及現(xiàn)場儀表優(yōu)化，每一個環(huán)節(jié)，每一個細節(jié)決定了整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量、運行效率與運行成本。通過項目實施過程中對各種問題的處理，對整個自控系統(tǒng)的掌握程度與分析水平也獲得提升。更重要的是，獲得的經(jīng)驗可用于其它水源點車間改造中，自動化系統(tǒng)會變得更加完善、穩(wěn)定。

參考文獻

[1]GB/T17544-98軟件包質(zhì)量要求和測試.

[2]GB/T5234工業(yè)控制計算機系統(tǒng)驗收規(guī)范.

[3]GBJ131-90自動化儀表安裝工程質(zhì)量檢驗評定標準.

[4]GBJ63-90電力裝置的電測量儀表裝置設計規(guī)范.

[5]GBJ79-85工業(yè)企業(yè)通信接地設計規(guī)范.

[6]GB50093-2002自動化儀表工程施工及驗收規(guī)范.

[7]GB50168-2006電氣裝置安裝工程電纜線路施工及驗收規(guī)范.endprint

摘 要 本文結(jié)合地下水分布式水源點采水車間自動化改造項目實際過程，對改造工程中的項目規(guī)劃、現(xiàn)場施工管理、技術(shù)要點與難點進行分析與論述，重點介紹了該自動化改造項目實施過程中遇到的問題與解決辦法。

關(guān)鍵詞 自動化改造，信號干擾與接地，無線數(shù)據(jù)通訊，儀表與環(huán)境

中圖分類號：TV213 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）22-0152-02

隨著中國經(jīng)濟持續(xù)飛速發(fā)展，城市化速度越來越快，更多的城市人口對當?shù)氐墓┧召|(zhì)量提出更高的要求。為加快發(fā)展，滿足日益增長的供水用戶需求，水源廠啟動自控改造項目，將原有手動控制供水系統(tǒng)全面升級改造為遠程自動供水系統(tǒng)。下文針對項目設計、現(xiàn)場實施、調(diào)試試運行、系統(tǒng)優(yōu)化等各環(huán)節(jié)的技術(shù)問題與要點進行探討。

1 概述

污水廠自控改造項目主要包括以下方面內(nèi)容：

1）采集水源采集及處理工藝流程與設備控制邏輯，以車間為單元建立遠程控制站點。

自控改造項目需對每個工藝流程進行全面模擬，將其進一步轉(zhuǎn)化為設備控制邏輯（即PLC控制程序），在此過程中，重點考慮整個控制邏輯的嚴密性與穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間、不間斷的無人值守目標。

2）新建過程控制儀表，為生產(chǎn)部門提供精確生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

原有手動系統(tǒng)同時存在另一個問題：生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)只能依賴人工巡檢獲取，成本高、時效性差;并且部分數(shù)據(jù)無儀表采集，如流量、壓力等。本次改造項目徹底解決生產(chǎn)數(shù)據(jù)缺失問題。

3）實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的精確采集與統(tǒng)計的SCADA系統(tǒng)。

備用水源點自動化改造的核心功能是采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過分布式站點每間隔5秒一次的采集頻率，管理人員可以使用SCADA系統(tǒng)輕松調(diào)出時間跨度為兩年范圍內(nèi)的任意生產(chǎn)數(shù)據(jù)，該功能為生產(chǎn)管理提供強大的數(shù)據(jù)支持。

2 地下水源點自控改造項目介紹

目前，地下水源點100余口機井，作為地表水源供應的重要補充，為保障市區(qū)供水發(fā)揮重要作用。

地下水源點最小機井供水量約為80m3/h/口，最大機井供水量約為240m3/h/口，其工藝流程如下圖所示。

圖1 生產(chǎn)流程圖

地下水泵采用配電系統(tǒng)均為20世紀90年代產(chǎn)品，不具備任何遠程控制功能，工作人員巡檢每一個車間都必須實地進行數(shù)據(jù)采集工作，而很多偏遠地區(qū)的車間往往需要在路程中花費大量時間，水源點被迫長期處于巡檢員工不足的狀態(tài)，因此急需對備用井進行自動及遠程控制技術(shù)升級。

自控系統(tǒng)更新改造方案按工藝流程及工藝特點而制定，根據(jù)工藝流程配置完整的壓力、流量等檢測儀表。從工程實際情況及生產(chǎn)管理要求出發(fā)，根據(jù)設備和功能相對集中的特點，控制系統(tǒng)選用PLC組成的控制系統(tǒng)，采用集中管理、分散控制的模式，設置數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控計算機系統(tǒng)。整個控制系統(tǒng)分為三級：調(diào)度中心監(jiān)視系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、車間本地監(jiān)控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡采用GPRS遠程通信技術(shù)，連接現(xiàn)場儀表和設備的數(shù)據(jù)傳輸既有常規(guī)I/O方式，也有Modbus串口通訊方式。主要（大型）機械設備的控制采用現(xiàn)場手動控制、就地HMI控制、中央控制系統(tǒng)控制的三層控制模式，控制權(quán)限由高到低依次排列。并在現(xiàn)場PLC站配置人機界面等設備。下面是一個典型車間的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)圖：

圖2 自控系統(tǒng)拓撲圖

項目主要內(nèi)容包括：

1）自控項目總體設計。

2）GPRS遠程通訊線路測試。

3）控制系統(tǒng)設備（PLC、HMI）的硬件和軟件（編程等）的采購、安裝、編程及調(diào)試。

4）SCADA系統(tǒng)及中央控制室計算機監(jiān)控系統(tǒng)的平臺搭建和相關(guān)硬件、軟件（編程等）的采購、安裝、編程及調(diào)試。

5）生產(chǎn)過程儀表采購、安裝及調(diào)試。

6）使用部門操作員培訓。

7）過程儀表及智能電表數(shù)據(jù)的上傳及管理。

8）無人值守車間的安防系統(tǒng)。

3 創(chuàng)建PLC控制邏輯

主要控制過程共有兩部分，第一部分是地下井源水抽取控制。工藝流程為水泵啟動后，管道內(nèi)水位上升，擠占原管道內(nèi)氣體空間造成氣壓增大，排氣閥開始動作排出管內(nèi)多余氣體，當水位上升至基本填滿管道空間后，排氣閥停止動作，源水開始在管道內(nèi)正常流動;水泵啟動延時一定時間后，開啟電控閥門，管道中的水進入市政管網(wǎng)，此時開始正常供水;同時PLC將壓力表上傳的數(shù)值與系統(tǒng)中設定壓力值對比，調(diào)用專用PID控制功能塊開始調(diào)節(jié)變頻器輸出功率，使泵的出口壓力穩(wěn)定于目標值。

第二部分為次氯酸鈉消毒系統(tǒng)控制。當水泵啟動后，消毒系統(tǒng)的電磁計量泵（注射藥液）同步啟動;PLC通過獲取藥液流量值與進水流量值，計算出當前出水的次氯酸鈉濃度，將計算出數(shù)值與系統(tǒng)中設定濃度值對比，調(diào)用專用PID控制功能塊開始調(diào)節(jié)電磁計量泵工作頻率，使次氯酸鈉濃度穩(wěn)定于目標值。

圖3 典型工藝流程PID圖

遠程車間的控制模式共分為現(xiàn)場手動、遠程手動、遠程自動三類：

1）現(xiàn)場手動。

深井地下水泵的控制選擇制設在現(xiàn)場配電柜面板上，選擇LOCAL，在現(xiàn)場配電柜面板上，開啟或停止深井地下水泵。

2）遠程手動。

在現(xiàn)場配電柜的控制方式選擇面板上選擇REMOTE，在監(jiān)控軟件的控制單元或在現(xiàn)場配電柜HMI人機界面上，選擇遠程手動開啟或者關(guān)閉深井地下水泵。

3）遠程自動。

在現(xiàn)場配電柜控制方式選擇面板上選擇REMOTE，在供水調(diào)度中心的監(jiān)控計算機監(jiān)控軟件的控制單元上或在現(xiàn)場配電柜HMI人機界面上，選擇遠程自動。

注意：在自動模式下，泵的啟動和停止由軟起動器控制，控制模式如下，在不同的時間段設定不同的出口壓力范圍，當出口管網(wǎng)壓力在一延時時間范圍內(nèi)低于壓力范圍的下限時，水泵自動啟動運行，當出口壓力在一延時時間范圍內(nèi)高于壓力范圍的上限時，水泵自動停止。壓力上下限值必須是可調(diào)的，且僅能由具備調(diào)節(jié)權(quán)限的操作人員做出調(diào)整。

4 儀表的安裝與調(diào)試

備用水源廠自動化改造項目中儀表配置相對簡單，每個水源點車間內(nèi)，包括出水流量計、出水壓力計、藥液液位計、藥液流量計、電力儀表共5個儀表設備。但在實際安裝與調(diào)試中，都必須嚴格按照每一類儀表的安裝要求與運行特性進行施工，否則會出現(xiàn)各種運行不穩(wěn)定的問題。

某車間構(gòu)筑物空間狹小，取水管道直管段相對較短，而且當時在建設車間時，取水管道與供水管道之間由一個喇叭口形狀的變徑頭連接。項目中配置的出水壓力計就安裝在變徑頭附近。在實際運行中發(fā)現(xiàn)，啟動水泵后壓力計讀數(shù)居然小于停泵后讀數(shù)，也就是說，開泵后管道壓力低，停泵后管道壓力高，這顯然違背最基本的管道運行規(guī)則。

經(jīng)過反復測試與討論，最后發(fā)現(xiàn)問題出在喇叭口形狀的變徑頭上。當大量的流體經(jīng)過由大變小的管道時，受到管壁擠壓從而在內(nèi)部形成漩渦，致使安裝于附近的壓力計受到干擾測量到錯誤的信號，最終導致壓力數(shù)值違背基本的管道運行規(guī)則。在調(diào)整了壓力計的安裝位置，遠離喇叭口后，顯示數(shù)值恢復正常。

5 結(jié)束語

從備用水源廠自動化改造項目整個實施過程看，該項目關(guān)鍵核心之處就在于現(xiàn)場控制設備的運行狀態(tài)調(diào)整，以及現(xiàn)場儀表優(yōu)化，每一個環(huán)節(jié)，每一個細節(jié)決定了整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量、運行效率與運行成本。通過項目實施過程中對各種問題的處理，對整個自控系統(tǒng)的掌握程度與分析水平也獲得提升。更重要的是，獲得的經(jīng)驗可用于其它水源點車間改造中，自動化系統(tǒng)會變得更加完善、穩(wěn)定。

參考文獻

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