水廠自動控制系統(tǒng)的改造設(shè)計

張婉青

（南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程學(xué)院，江蘇 南京210046）

0 引言

水廠實現(xiàn)自動化的根本目的是提高生產(chǎn)的可靠性和安全性，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和高效供水,獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。而在20世紀(jì)90年代初，在水廠自動化設(shè)計中，過分依賴進(jìn)口設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)投資居高不下，性價比不高，在生產(chǎn)運行中也沒有得到很好的實施。同時在自動化運行過程中，常常出現(xiàn)設(shè)備誤動作或故障的現(xiàn)象，需要自動化設(shè)計工作中加強控制系統(tǒng)可靠性，提高控制程序智能化程度。因此，目前國內(nèi)的許多水廠都面臨著升級改造的建設(shè)任務(wù)。本文針對以上問題，對江蘇某水廠的自動化控制系統(tǒng)提出了改造方案，并付諸實施。

1 自控系統(tǒng)主要功能描述

水廠自控系統(tǒng)采用分布式集散控制系統(tǒng)，即由中控室操作站組成的上位管理級，和由現(xiàn)場各PLC站分控站及現(xiàn)場在線測量儀表組成的現(xiàn)場管理級。現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)通過分控室分布式集散控制系統(tǒng)采集，并通過高速工業(yè)以太網(wǎng)傳送到中控室操作站集中監(jiān)視和管理。同樣，中控室監(jiān)控主機可通過高速工業(yè)以太網(wǎng)傳送控制命令到分控室現(xiàn)場分布式集散控制系統(tǒng)的測控終端，實施各單元的分散控制。

現(xiàn)場設(shè)備設(shè)三級控制：就地、現(xiàn)場PLC站（包括工藝設(shè)備配套控制設(shè)備）、水廠中控室。現(xiàn)場PLC站、水廠中控室級均設(shè)有“手動/自動”兩種控制方式，就地控制級設(shè)有“就地/遙控”兩種方式?，F(xiàn)場PLC站與中控室控制優(yōu)先權(quán)，以“申請優(yōu)先”的方式，通過程序確定，為無擾動切換。

當(dāng)中控室監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障，不影響水廠的運行，操作人員可通過各現(xiàn)場PLC站按預(yù)先設(shè)置的運行模式來監(jiān)控水廠的運行；當(dāng)現(xiàn)場PLC站發(fā)生故障時，可通過就地控制級上的“就地/遙控”選擇開關(guān)切換實現(xiàn)就地手動操作。

當(dāng)廠級數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，各現(xiàn)場PLC站可獨立完成本站的監(jiān)控任務(wù)，使水廠的凈水生產(chǎn)流程仍能正常運行。

2 中控室主要功能

（1）信息處理功能：即生成全廠工藝流程、變配電系統(tǒng)實時動態(tài)圖，提供實用、清晰、友善、中文化的人機界面，生動形象地反映工藝流程、變配電系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，完成報警、歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢曲線的儲存、顯示和查詢。生成、打印各類生產(chǎn)運行管理報表。

（2）設(shè)備的控制功能：即在基于圖形和中文菜單的方式上，操作人員在中控室操作員站通過鍵盤或鼠標(biāo)對現(xiàn)場PLC站的控制參數(shù)進(jìn)行在線修改。在下級釋放控制優(yōu)先權(quán)的情況下，對生產(chǎn)過程進(jìn)行廠一級的控制。具有計算機輔助調(diào)度功能，可根據(jù)出廠壓力自動提出配泵方案。

（3）通訊功能：中控室監(jiān)控系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進(jìn)行通訊，如與各現(xiàn)場控制單元、與自來水公司調(diào)度中心、與水廠MIS系統(tǒng)（預(yù)留）之間的通訊。

（4）故障處理和報警功能：本系統(tǒng)具有監(jiān)視生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)及運行參數(shù)變化的能力，并對越限超時等報警進(jìn)行相應(yīng)的安全處理。

3 新增PLC站主要功能

3.1 PLC站功能概述

現(xiàn)場各PLC站自動連續(xù)監(jiān)測所轄區(qū)域各儀表檢測參數(shù)和設(shè)備運行狀況，并通過中間繼電器或現(xiàn)場工業(yè)總線，對系統(tǒng)的工藝設(shè)備進(jìn)行開停、流量變化等控制。通過現(xiàn)場工業(yè)總線與主要工藝設(shè)備配電回路電力智能儀表通訊，接收主要設(shè)備運行時的電流、有功功率、有功電度等電氣參數(shù)信號。

在現(xiàn)場PLC站所配彩色觸摸屏上動態(tài)實時顯示相關(guān)工藝流程、各主要工藝設(shè)備運行狀態(tài)、工藝參數(shù)，使生產(chǎn)管理人員掌握當(dāng)前生產(chǎn)運行情況。

現(xiàn)場PLC柜負(fù)責(zé)向所轄區(qū)域內(nèi)的儀表供電。

PLC站主要包括提升泵房PLC站、活性炭濾池PLC主站及各濾格PLC子站、臭氧車間PLC主站及預(yù)臭氧池遠(yuǎn)程站等。由于篇幅關(guān)系，重點介紹活性炭濾池PLC主站及各濾格PLC子站的設(shè)計。

3.2 活性炭濾池PLC主站及各濾格PLC子站主要功能

活性炭濾池PLC主站主要包括對氣沖鼓風(fēng)機、出口閥門、沖洗泵、沖洗泵出口閥門等監(jiān)控。對鼓風(fēng)機出口壓力、總管壓力、沖洗水泵出口壓力、吸水池水位、出水總管流量的實時檢測。上述I/O信號通過活性炭濾池PLC主站的輸入/輸出模塊接入，智能電量表可接入該站的MODBUS通訊模塊。

濾格PLC子站主要包括對各濾格進(jìn)水閥、出水閥、水沖閥、氣沖閥、排水閥、排氣閥等監(jiān)控。對液位計、出口壓力表及整個濾池出水水質(zhì)儀表的實時檢測。上述I/O信號通過活性炭濾池各濾格PLC子站的輸入/輸出模塊接入。

3.3 鼓風(fēng)機系統(tǒng)及沖洗泵系統(tǒng)切換調(diào)度控制程序

鼓風(fēng)機及其閥門協(xié)調(diào)連動運行：啟動——開放空閥至全開——啟動鼓風(fēng)機至正常運行——打開出口閥門至全開——關(guān)閉放空閥至全關(guān)——連動啟動完成；停止——停鼓風(fēng)機——關(guān)閉出口閥全關(guān)——開放空閥至全開——連動停泵完成。

水泵及其出口閥門協(xié)調(diào)連動運行：啟動——關(guān)閉閥門至閥門全關(guān)——啟動水泵至水泵正常運行——打開閥門至全開——連動啟動完成；停止——關(guān)閉閥門至閥門全關(guān)——停水泵——連動停泵完成。

鼓風(fēng)機及其閥門的連動控制一步化開啟流程如圖1所示。

4 結(jié)束語

本項目是在江蘇某水廠自控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加深度處理的控制系統(tǒng)，并且融入原有的控制系統(tǒng)，使之成為一個有機的整體。整個改造設(shè)計包括在水廠原有中控室增加一臺工程師/操作員站，負(fù)責(zé)擴建系統(tǒng)的后臺管理,并對中控室原有后臺系統(tǒng)進(jìn)行完善，滿足擴建后全廠的運行需求。

圖1 鼓風(fēng)機及其閥門連動控制一步化開啟流程圖

在生產(chǎn)現(xiàn)場新增提升泵房PLC1，炭濾池PLC2，臭氧車間PLC3；在炭濾池PLC2下掛濾格子站PLC10個，在臭氧車間PLC3下掛預(yù)臭氧遠(yuǎn)程I/O站。經(jīng)過改造后的自動控制系統(tǒng)，遵循了安全可靠及經(jīng)濟(jì)的原則，將自動化技術(shù)和制水工藝有機地結(jié)合，較大地提高了該水廠的自動化水平。

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［2］劉志剛.可編程控制技術(shù)與應(yīng)用[M].冶金工業(yè)出版社,2011.

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