嶗山水庫管理處自動控制技術(shù)簡介

1、嶗山水庫管理處自動控制技術(shù)簡介劉天成 陳衛(wèi)國摘要：本文主要是對嶗山水廠自動化控制系統(tǒng)的組成、工藝操作模式進行相關(guān)介紹，通過自動化改造，實現(xiàn)嶗山水庫向現(xiàn)代化水廠的轉(zhuǎn)變。關(guān)鍵詞：嶗山水廠 生產(chǎn)工藝 自動化改造 中控室 監(jiān)控PLC控制網(wǎng)絡(luò) 設(shè)備網(wǎng)絡(luò)前言：嶗山水廠位于青島嶗山境內(nèi)，毗鄰嶗山水庫，始建于1963年8月3日。1965年10月31日投運，設(shè)計制水能力7.5萬噸/日，以處理嶗山水庫地面水的中型凈水廠。凈水、輸水工藝見圖一,水廠于2001年4月開始實施設(shè)備自動化改造工程，目標(biāo)是實現(xiàn)水廠自動控制運行。自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與安裝由上海ASEC公司完成。水廠實現(xiàn)了自動控制和系統(tǒng)主要參數(shù)在線檢測。下面就嶗

2、山水廠自控系統(tǒng)的組成、工藝操作模式進行相關(guān)介紹。原水 混合反應(yīng)沉淀過濾 清水池二級泵房管網(wǎng)加藥（圖一水廠工藝流程）1自動控制設(shè)想1.1 嶗山水廠原水取自于嶗山水庫，制、輸水工藝設(shè)有加磯、加氯、平流式反應(yīng)池、沉淀池、普通四閥快濾池、清水池和一個出水泵房。改造工程于2001年開始，由于資金問題及考慮到對老水廠舊設(shè)備進行改造，因此整個改造項目分為出水泵房、加氯和加研以及濾池三個部分實施。1.2 水廠運行自動化系統(tǒng)采用 PC加PLC控制系統(tǒng)模式，PLC設(shè)備程序的編制由 ASEC公司完 成。系統(tǒng)由中控室操作主站以及運行現(xiàn)場的3個PLC子站構(gòu)成：35kV高壓配電室pLC子站，濾池pLC子站，送水泵房pLC

3、子站。1.3 根據(jù)水廠的工藝平面布置，確定在水廠的控制系統(tǒng)設(shè)置三個PLC工作站（Programs LogicController ）。出水泵房操作室里設(shè)置一個PLC工作站，并在加研加氯操作室里設(shè)置一個遠(yuǎn)程控制站，濾池一個 PLC工作站及35kV高壓配電室 PLC站，組成一個實時控制網(wǎng)絡(luò)（ControlNet）網(wǎng)絡(luò)是由安裝在每個控制設(shè)備里的特有的controlnet通訊處理模塊和相應(yīng)的通訊軟件組成的。這個網(wǎng)絡(luò)可以滿足工業(yè)控制的所有要求，可以取得并傳送設(shè)備實時數(shù)據(jù)和一個設(shè)備網(wǎng)絡(luò)（DeviceNet） 。PLC全部選用美國 Allen-Bradley （以下稱 A-B公司）公司系列產(chǎn)品。 出水泵和濾

4、 池PLC工作站采用Logix5000系列，濾池及沉淀池 PLC工作站選用 MicroLogix1200 系列。在水 廠設(shè)置三臺控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取和給定站（以下稱SCADA酎空系統(tǒng)），中心控制室二臺、處長辦公室一臺。監(jiān)控系統(tǒng)軟件同樣采用美國A-B公司的工業(yè)控制過程監(jiān)視與控制軟件RSView32o（圖二全廠計算機 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）1.4 中控室由2臺用于生產(chǎn)管理與監(jiān)控的 HP（惠普）計算機及一臺 HP彩色打印機用于生產(chǎn)總 調(diào)度，其主要功能是：實時顯示生產(chǎn)設(shè)備在運行過程中的不同狀態(tài)，允許操作者在系統(tǒng)中執(zhí)行指令。兩臺個人電腦用于對系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理的同時，也可進行報警記錄以及畫出歷史曲線。1.5 另

5、一部分為廠區(qū)視頻監(jiān)視系統(tǒng)：現(xiàn)場的實況攝像機通過聯(lián)接，將信號傳送到視頻服務(wù)器上，通過圖像數(shù)字化處理后，采用多媒體技術(shù)，由一臺視頻計算機完成監(jiān)控任務(wù)。1.6 生產(chǎn)管理與監(jiān)控的計算機采用Windows NT操作系統(tǒng)。均配備有 controlnet 專用通訊網(wǎng)卡，實時采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，形成CONTROLNEPLC工控網(wǎng)。其中監(jiān)控計算機采用美國ROCKWELL司的RSVEIWa控軟件，可顯示若干涉及PLC控制的機電、加研加氯設(shè)備以及濾池等在內(nèi)的模擬畫面，可對系統(tǒng)的所有設(shè)備進行遠(yuǎn)程操作和控制，并具備顯示工藝圖、實時動態(tài)參數(shù)、設(shè)備的工作狀態(tài)及實時/ 歷史報警信號、在線儀表的實時/歷史趨勢曲線等功能。1.7 此外

6、 , 用于無線通訊和打印生產(chǎn)與管理報表的數(shù)據(jù)庫, 也用計算機連接到了controlnet上， 實現(xiàn)了動態(tài)聯(lián)接生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以此來采集與存儲監(jiān)控計算機檢測的主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并且通過無線電臺將數(shù)據(jù)與自來水集團公司調(diào)度系統(tǒng)連接, 以便于管理。該部分的主要功能是：生成一個數(shù)據(jù)庫，存儲生產(chǎn)設(shè)備在運行過程中的信息；建立報表，通過打印實時數(shù)據(jù)加強控制。由于是老水廠設(shè)備自動改造，考慮到整個改造費用等問題，在改造的實施過程中，為了避免影響水庫正常生產(chǎn)供水， 每次只能對有限的一些設(shè)備進行更換，如水泵真空閥門、出水閥門電動驅(qū)動器、加氯機、加礬沖程等設(shè)備，力爭將嶗山水庫改造成一個水廠工藝數(shù)據(jù)集中監(jiān)視和全自動化控制的水廠（除

7、了出水泵）。 只要在出水泵起動投入運行的工況條件下，選擇足夠的設(shè)備處于遠(yuǎn)程自動模式狀態(tài)，其它的設(shè)備能根據(jù)水處理工藝要求，自動起動設(shè)備控制運行。在設(shè)備的起動過程中，發(fā)生由于不能正常起動或投入運行SCAD驚統(tǒng)將會出現(xiàn)文字提示并報警。2 泵房改造2.1 在出水泵房里設(shè)有 PLC控制柜。該站主要負(fù)責(zé)出水泵房、原水閥門、加氯和加研設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)檢測。出水泵房系統(tǒng)有四臺出水泵和真空設(shè)備等，每個設(shè)備都有當(dāng)?shù)夭僮骱瓦h(yuǎn)程控制模式，遠(yuǎn)程控制又有手動和自動兩種模式可選擇。2.2 當(dāng)出水泵、真空設(shè)備和出水閥門的控制模式選擇在手動模式時，操作人員可在控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)上對任何一個設(shè)備進行控制，就地操作按鈕與遠(yuǎn)程手動控

8、制是同操作級別權(quán)限。2.3 當(dāng)出水泵、真空設(shè)備和出水閥門的控制模式選擇在自動模式時，操作人員可通過監(jiān)控系統(tǒng)上的按鈕，對出水泵的起動和輔助設(shè)備進行一步化操作。如： 真空閥門、真空泵、出水閥門等。自動開起出水閥門，等水泵起動運行正常后，自動停止真空系統(tǒng)的設(shè)備。2.4 出水泵的運行模式有遠(yuǎn)程自動和手動二種模式供選擇。在遠(yuǎn)程手動模式下，操作人員可在控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)上輸入出水閥門開起度，實現(xiàn)對出廠水的壓力或流量控制。在自動運行模式下， 有流量或壓力閉環(huán)控制方式，操作人員可根據(jù)調(diào)度人員指令輸入所需的壓力或流量值，水泵能根據(jù)設(shè)置值進行自動調(diào)節(jié)出水閥門的開度，滿足設(shè)置的壓力或流量值。2.5 為了配合出水泵一

9、步化起動控制及出水壓力或流量閉環(huán)控制，選用了英國開斯通公司（以下稱KEYSTON）E F777 系列調(diào)節(jié)電動驅(qū)動器，對原來的出水閥門電動驅(qū)動器進行了更換，并且在原來的水泵真空管道上加裝了電動閥門。2.6 在二泵房的積水井里裝有歐姆龍電極式液位開關(guān)，當(dāng)積水井液位上升至極高水位時能自動起動排水泵進行排水，當(dāng)水位達到極低水位時能自動停泵。3 進水和加礬、加氯3.1 原水依賴于嶗山水庫的地勢高差通過管道流入沉淀池，在管道上分別裝有500mmm700mm勺電動調(diào)節(jié)閥門。自動化改造時，對原來的手動閥門加裝了美國KEYSTONES產(chǎn)的F777和ICON2000系列閥門電動驅(qū)動器。在加研混合池的下游配備安裝了

10、一臺超聲波渠道流量計檢測原水的進水水流量，給整個水廠的閉環(huán)控制提供數(shù)據(jù)。3.2 在原水管道上安裝了一臺原水取樣泵供原水監(jiān)測儀表使用，目前已經(jīng)配備安裝了一臺原水濁度計。3.3 為提高水廠運行可靠性和原水高濁度時的加礬量需要，在原來的一臺加礬沖程泵的基礎(chǔ)上增加了一臺沖程泵，使水廠在正常運行狀態(tài)下加礬泵是一用一備。二個加礬池也是一用一備，當(dāng)使用中的加礬池到達設(shè)置的礬液低液位時，關(guān)閉使用中的加礬池出口閥門，待閥門完全關(guān)閉后再打開備用的加礬池的出口閥門，同時發(fā)出報警信息，提示操作人員及時輸入進礬水。二個加礬池都必須儲存足夠的礬液，如果不滿足條件會發(fā)出報警信息。3.4 加礬泵有遠(yuǎn)程手動和自動兩種控制模式，

11、自動控制模式有流量閉環(huán)和游動電流閉環(huán)二種控制模式。在遠(yuǎn)程手動控制模式下，操作人員可參照原水流量值、憑經(jīng)驗對加礬泵的轉(zhuǎn)速給出一個設(shè)定值，控制加礬泵按其設(shè)定的轉(zhuǎn)速運行。在自動流量控制模式下，操作人員根據(jù)原水水質(zhì)狀況設(shè)置一個礬液投加率，加礬泵的轉(zhuǎn)速能根據(jù)原水流量的變化而自動調(diào)節(jié)、改變加礬流量。在自動游動電流模式下，操作人員同樣根據(jù)經(jīng)驗設(shè)置一個合理的游動電流控制值，加礬泵將根據(jù)原水水質(zhì)、 流量的變化和加礬混凝效果而改變加礬泵的轉(zhuǎn)速，從而改變加礬流量，使投加礬水后的原水游動電流達到設(shè)定的最佳值。在運行任意一臺加礬泵時只要轉(zhuǎn)速達到95%以上控制系統(tǒng)能發(fā)出報警信息，并同時自動開啟備用的加礬沖程泵。3.5 加

12、氯系統(tǒng)有二用一備三臺加氯機，一臺用作前加氯、一臺用作后加氯、一臺作為前加氯和后加氯機公共的備用加氯機。前加氯機有遠(yuǎn)程手動和自動二種控制模式。手動模式時操作人員可參照原水流量和水質(zhì)情況，在控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)屏幕上，鍵盤輸入需要投加的加氯量。自動模式時操作人員可視水質(zhì)情況，通過鍵盤輸入合理的投加率，加氯機能根據(jù)流量的變化自動調(diào)節(jié)加氯量。 后加氯有遠(yuǎn)程手動和自動二種控制模式，手動模式時操作人員可參照原水流量、出廠水流量和清水池水的余氯，在控制中心的監(jiān)控系統(tǒng)屏幕上，鍵盤輸入需要投加量。自動模式時有流量和余氯二種控制模式。在自動流量控制下操作人員可根據(jù)水質(zhì)情況，通過鍵盤輸入合理的投加率。 后加氯機能根據(jù)

13、流量的變化自動調(diào)節(jié)加氯量。在自動余氯控制模式下，操作人員根據(jù)需要設(shè)置一個余氯值，后加氯機將根據(jù)后加氯水的余氯值自動調(diào)節(jié)加氯量，直到符合設(shè)置的余氯值。3.6 氯庫內(nèi)設(shè)置有 A、B兩組氯瓶，依賴氣溫對氯瓶內(nèi)的液氯進行自然蒸發(fā)，抽取氣氯對原水和出廠水進行消毒。在A B組的氣相管道上裝有電動閥門和壓力開關(guān)供選擇使用A組或B組氯瓶，A、 B 組的切換有自動或手動二種模式。在手動控制模式下，當(dāng)一組使用的氯瓶壓力低于壓力開關(guān)設(shè)定的壓力時，監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)出報警信息，提醒操作人員進行人工切換。在自動控制模式下，當(dāng)使用的氯瓶壓力低于設(shè)定的壓力時，系統(tǒng)能自動進行A、 B 組的切換，并在監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)出信息，提醒操作人員

14、及時對空瓶進行更換。在 A、 B 組氣氯的管道上分別安裝了真空調(diào)節(jié)器，氯氣使用時，若真空調(diào)節(jié)器的出口管道發(fā)生爆裂或泄漏故障，真空調(diào)節(jié)器能自動關(guān)閉氯氣進口管道上閥門，防止事故繼續(xù)擴大。在水廠正常運行時，A、 B 組氯瓶必須是一用一備，否則監(jiān)控系統(tǒng)會報警提示。3.7 在氯庫內(nèi)裝有氯氣排風(fēng)扇。水廠運行時應(yīng)至少選擇一臺排風(fēng)扇在自動模式，一旦氯庫內(nèi)發(fā)生氯氣泄漏，漏氯探測器測得氯氣泄漏，能立即起動該排風(fēng)扇，對氯庫內(nèi)的氯氣進行排風(fēng)。4 濾池和沉淀池4.1 濾池的沖洗輔助設(shè)備有兩臺進水泵和一個高位水箱。在濾池操作房里設(shè)有公共設(shè)備控制PLC柜，對這些設(shè)備進行遠(yuǎn)程手動控制或自動控制。在水廠正常運行時，必須選擇一組

15、設(shè)備處于自動控制模式，否則監(jiān)控系統(tǒng)會發(fā)出報警信息提示操作人員。當(dāng)一組設(shè)備選擇在自動控制模式后，一旦有濾池排序準(zhǔn)備沖洗時，這些設(shè)備將自動起動運行，給準(zhǔn)備沖洗的濾池創(chuàng)造條件。在進水過程中，如果進水時間不正常，進水時間監(jiān)控系統(tǒng)將會發(fā)出報警提示操作人員。4.2 水庫共有8 組普通四閥濾池，濾池的運行模式有遠(yuǎn)程手動控制和自動控制兩種模式。在每個濾池的現(xiàn)場設(shè)有一個獨立的操作臺，供操作人員現(xiàn)場對濾池的運行進行控制。在操作臺里裝有小型PLC控制器。8個濾池PLC控制器掛在濾池 PLC的DeviceNet網(wǎng)上，與濾池 PLC站進行數(shù)據(jù)交換， 一旦自動控制系統(tǒng)發(fā)生故障、不能進行自動控制時，操作人員可到現(xiàn)場對濾池進

16、行運行操作。 水廠正常運行時，操作人員應(yīng)將控制選擇在遠(yuǎn)程自動控制方式，選擇足夠的濾池投入運行，盡可能的降低濾速，提高濾后水的水質(zhì)。濾池的運行周期，高位水箱的高、低水位等參數(shù)都可通過監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)置變更。當(dāng)濾池達到運行周期時間后立即排序，判斷是否有濾池正在沖洗后，作出是否起動進水泵程序。如果有濾池正在沖洗，進行排序后等待沖洗完畢后再起動進水程序，如果目前沒有濾池正在沖洗，排序后立即起動進水程序。水箱達到規(guī)定的沖洗水位后停止進水進入濾池沖洗程序。4.3 濾池在沖洗過程中，控制系統(tǒng)對沖洗濾池的末濾速、沖洗強度、沖洗時間數(shù)據(jù)進行收集，供水庫對濾池運行參數(shù)及濾料狀態(tài)分析提供參考。4.4 在濾池管廊的積水

17、井里，裝有歐姆龍電極式液位開關(guān)，當(dāng)積水井液位上升至極高水位時， 能自動起動排水泵進行排水，當(dāng)水位達到極低水位時能自動停泵。4.5 水庫有兩組平流式沉淀池。在每個沉淀池排泥行橋上，按裝了獨立的控制操作箱，操作箱上安裝有手動操作按鈕，供操作人員進行就地操作。操作箱內(nèi)還裝有小型PLC,接收來自二泵房 PLC 的運行控制指令及相互間的信息交換。一旦行橋的排泥或運行發(fā)生故障，能及時采取措施，停止行橋的排泥或運行。同時在監(jiān)控系統(tǒng)上發(fā)出報警信息提示操作人員。在監(jiān)控系統(tǒng)上有行橋運行的時間、停止時間顯示和排泥的狀態(tài)顯示。4.6 排泥行橋的運行和排泥控制模式有遠(yuǎn)程手動和自動控制兩種模式。在遠(yuǎn)程手動模式下，操作人員

18、可根據(jù)需要任意控制排泥行橋和排泥裝置的運行或停止。在自動模式下，只要水廠處于運行狀態(tài)，排泥行橋即自動投入運行，排泥裝置則根據(jù)操作人員的選擇，自動進行半程或全程排泥控制。5 原水閥門5.1 在原水管道上并聯(lián)安裝了500mm口 700mm的電動調(diào)節(jié)閥門。根據(jù)出水流量、清水池液位、排泥狀態(tài)、濾池運行狀態(tài)等參數(shù)計算，得出需求的原水流量，控制調(diào)節(jié)閥門的開啟度，直至達到該流量值。使水廠運行在自動閉環(huán)控制調(diào)節(jié)運行狀態(tài)下。一旦原水和所需原水流量之間的誤差值大于一定值,并超過一定的時間，SCAD繇統(tǒng)將發(fā)出報警和文字提示。6 過程管理系統(tǒng)軟件6.1 過程管理系統(tǒng)軟件開發(fā)工具，采用現(xiàn)行通用的VISUAL BASIC

19、6.0 工具，數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL SERVER7.0,報表工具采用目前最通用的MICROSOFT OFFCIE200O勺EXCEL工具。6.2 過程管理系統(tǒng)肩負(fù)著承上啟下的作用。6.3 系統(tǒng)通過動態(tài)連接功能從RSLINX中獲取PLC中的數(shù)據(jù)，存入 SQLSERVE瞰據(jù)庫，為以后分析歷史數(shù)據(jù)提供了數(shù)據(jù)源。系統(tǒng)的通信模塊承擔(dān)了與總公司的數(shù)據(jù)定時傳輸功能，為總公司的總體實時調(diào)度提供了依據(jù)。6.4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和報表功能，為水庫的運行提供了數(shù)據(jù)分析工具；為管理部門提供了數(shù)據(jù)匯總和分析的操作平臺；為水庫的整個管理手段實現(xiàn)自動化又前進了步。7 運行狀態(tài)存在問題與建議嶗山水庫自動化控制系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試

20、運行，基本上達到了設(shè)計方案目標(biāo)，同時也出現(xiàn)了一些新問題。為使嶗山水庫自動化控制系統(tǒng)進一步完善、運行更加可靠，淺議如下 :7.1 建議增加對原水 PH氧化還原參數(shù)的連續(xù)檢測儀表。7.2 調(diào)整二次加氯水的取樣點，增裝一臺出廠水余氯檢測儀表。使取出的樣品能真實反映余氯含量 , 解決滯后現(xiàn)象。7.3 對目前已安裝的兩臺沉淀池出口水濁度檢測儀表進行調(diào)整，一臺用作沉淀池出水濁度檢測，一臺用作濾后水濁度檢測。取樣水用電磁閥進行切換循環(huán)檢測。7.4 SCD 游動電流監(jiān)測儀，從理論上分析是一種很理想的監(jiān)測控制儀表，但是實際上應(yīng)用還有很多問題。7.5 加礬間自動控制模式增加投加比例曲線法。7.6 原水超生波流量計

21、相對誤差值偏大。7.7 建議擴大嶗山水庫自動化控制監(jiān)控系統(tǒng)半徑，將庫區(qū)水位、防汛、溢洪等管理內(nèi)容，納入自動監(jiān)控系統(tǒng)。7.8 嶗山水庫自動化控制的運行管理、維護保養(yǎng)、備品備件、定時大修提高完善是今后研究、解決、面對的重要的課題。仙家寨新水廠自控系統(tǒng)分析與體會青島市海潤自來水集團有限公司科技中心張克剛摘要 : 本文介紹了水廠自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)配置進行了說明，并詳述了水廠自控系統(tǒng)的幾個主要控制單元的功能， 并對水廠自動化談了自己的一些體會并對仙家寨新水廠整個自動化系統(tǒng)進行總結(jié)。關(guān)鍵詞：水廠、自動化、PLC、控制單元仙家寨新水廠是為適用青島城市發(fā)展和人民生活需要，根據(jù)青島市城區(qū)供水現(xiàn)狀

22、，在原仙家寨水廠（城陽區(qū)仙山路7 號）以南擴建的一座自動化新水廠。其凈水系統(tǒng)規(guī)模為18.3萬立方米/日 。 二級泵房等生產(chǎn)構(gòu)筑物和加藥間等生產(chǎn)附屬物土建規(guī)模按36.6 萬立方米/日考慮， 35KV 變電所滿足36.6 萬立方米/日的規(guī)模，待老水廠改造時，全廠規(guī)模將達到36.6萬立方米/日。仙家寨水廠采用絮凝、沉淀（澄清）、過濾的二級處理方案：原水經(jīng)混凝劑混合后進行絮凝反應(yīng)，經(jīng)沉淀（澄清）進入濾池。濾池為均質(zhì)濾料氣水反沖濾池。該廠引進了國外先進的加藥、加氯、閥門、儀表和自控設(shè)備，在工藝處理的關(guān)鍵部位安裝在線式智能儀表，成為一個較為先進的自動化水廠。下面結(jié)合參加自動控制系統(tǒng)安裝、調(diào)試及運行的實踐，

23、對自動化系統(tǒng)作一粗淺分析并談幾點體會：一、自控系統(tǒng)概述仙家寨水廠自動控制系統(tǒng)采用德國西門子公司SIMATIC PCS7 S7-400系列過程控制系統(tǒng)，PCS7是自動化任務(wù)的一種創(chuàng)新解決方案，它與TE M , SIMATIC PCS和SIMA TIC S5系統(tǒng)具有一致性，又是對它們的進一步開發(fā)和總結(jié)，它能通過單一全集成自動化系統(tǒng)解決所有的自動化任 務(wù)，它的網(wǎng)絡(luò)使控制級一直到現(xiàn)場級的一致性通訊成為現(xiàn)實。仙家寨水廠的整個自動控制系統(tǒng)由一個中央控制室，4個分PLC控制站，1套無線電系統(tǒng)，及一套35KV變電所自動監(jiān)控系統(tǒng)組成。(見網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖)4個分站分別為：(1) 一級泵房分控站(原水泵房分控站)；(2

24、)加藥間分控站；(3)濾池分控站；(4)二級泵房分控站(清水泵房)。1#PLC 2#PLC3#PLC-4#PLCMPI網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖本系統(tǒng)的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用環(huán)形光纖工業(yè)以太網(wǎng)，通訊速率為10MB o主要特點如下：連接簡單，具有高可用性，能適用嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境，并已有10多年成熟的使用經(jīng)驗。環(huán)形光纖支持冗余配置，具有抗電磁及RF干擾、低衰減、防雷擊、速度快等優(yōu)點。此外光纖電纜的運行是完全與電位差無關(guān)，無須對等電位接地連接。本系統(tǒng)的上位機實時監(jiān)控軟件由于考慮到水廠二期擴建工程控制系統(tǒng)不確定性，我們在WINDOWS 2000 操作平臺上選用美國 WONDERWARE 公司的INTOUCH 7.1（64k

25、 變量）工業(yè)組態(tài) 軟件及INSQL實時數(shù)據(jù)庫。INTOUCH 7.1是利用 WINDOWS技術(shù)，建立起來的強大的、多功 能、全開放的組態(tài)應(yīng)用程序。二、系統(tǒng)的監(jiān)控功能水廠設(shè)備的控制分為三級。第一級是中控室的集中控制，中控室操作人員可以選擇兩種控制方式進行控制，一種方式是程序自控：PLC程序根據(jù)工藝狀況自動控制或調(diào)節(jié)設(shè)備；一種方式是操作人員對單臺設(shè)備進 行控制或調(diào)節(jié)。第二級是現(xiàn)場 OP控制，現(xiàn)場操作人員同樣可以選擇兩種控制方式進行控制，一種方式是程序自控：PLC程序根據(jù)工藝狀況自動控制或調(diào)節(jié)設(shè)備；一種方式是操作人員對單臺設(shè)備進行 控制或調(diào)節(jié)。第三級是就地手動控制。即控制轉(zhuǎn)換開關(guān)置于現(xiàn)場位置，控制操

26、作不經(jīng)過PLC的控制。各分站的自動控制配置及功能描述：（一）各分站PLC的標(biāo)準(zhǔn)配置每個控制分站配置為：1 個 s7-400 系列 9 槽機架、1 個電源模塊（PS407 10A）、 1 個 CPU模塊（ CPU 414-3 DP） 、 1 個通訊處理器模塊（CP443-1 ） 、1 個 s7-400 16 路開關(guān)量輸入模塊，并根據(jù)情況配置不同數(shù)量ET-200 I/O 站。 CPU 通過通訊處理器CP443-1 與中控室上位機通訊，通訊協(xié)議為Industrial Ethernet ，同時在PLC 柜盤上裝一操作面板OP17B 用于現(xiàn)場操作，OP17B接在 PROFIBUS DP 網(wǎng)上。ET-20

27、0 I/O 站根據(jù)監(jiān)測參數(shù)的不同,配置相應(yīng)數(shù)量s7-300 系列的輸入輸出模塊,并通過接口模塊IM153-1 與 CPU 的 DP 端口相接，通訊協(xié)議為PROFIBUS DP 。（二 ） 各分站 PLC 控制功能:1、一級泵房分控站（原水泵房分控站）：一級泵房主要有4 臺配套電機功率為160KW 的立式離心泵和低壓配電設(shè)備， PLC 可在中控室或 OP 面板上進行一步化啟停及分步啟停，并根據(jù)清水池水位、出廠水流量和進水量報警提醒開停泵臺數(shù)，根據(jù)運行時間及是否有故障提醒開停那一臺泵。系統(tǒng)也可對原水進水電動閥門及泵出口電動閥門的閥位控制，同時PLC 可實現(xiàn)對設(shè)備的保護，并對水質(zhì)及運行參數(shù)在線監(jiān)測。

28、2、加藥加氯間 PLC分站加藥加氯間PLC主要監(jiān)控自動配藥、自動加藥、自動加氯。PLC監(jiān)測參數(shù)及控制設(shè)備主要有：1） 配藥部分PLC 主要對礬儲液池液位監(jiān)測，實現(xiàn)下限聯(lián)鎖提升泵空載保護；對礬溶解池液位監(jiān)測，實現(xiàn)下限聯(lián)鎖攪拌機、提升泵運行保護；對溶液池液位監(jiān)測，實現(xiàn)上下限聯(lián)鎖自動配藥、加藥泵運行保護、攪拌機運行保護；同時可對兩個儲液池提升泵及氣動閥門，溶解池提升泵及氣動閥門，溶解池、溶液池攪拌機，溶液池進料閥、進水閥、出料閥進行程控。2）加藥系統(tǒng)采用三臺米頓羅液壓隔膜計量泵，兩用一備，實現(xiàn)了配藥（液體藥）、提藥、加藥、加藥管路清洗的全過程自動控制。三臺泵可自動按時間周期（7 天）切換，工作泵故障

29、時自動啟用備用泵。自動加礬的控制模式：加藥是水質(zhì)凈化最重要的環(huán)節(jié)，而準(zhǔn)確投加所需要的藥量則是取得較好混凝效果的關(guān)鍵。影響藥劑投加量的因素極為復(fù)雜，除混凝過程的水力條件外，還有原水懸浮物含量、粒徑組成、膠體顆粒性質(zhì)，因此混凝投加控制是水廠控制的重點。由于混凝劑投加后的沉淀效果是一種純滯后的非線性過程，受到原水水質(zhì)（溫度、濁度、PH值等）、原水流量及藥液濃度的影響，在原水水質(zhì)不同或變化劇烈情況下，我們綜合原水流量、原水濁度、沉淀池出水濁度等影響水處理效果的有關(guān)水質(zhì)參數(shù)變化情況，采用“原水流量、濁度一沉淀池出水濁度（反應(yīng)池模擬斜管濁度）”前饋一反饋串級調(diào)節(jié)回路，并結(jié)合模糊算法的自動加研控制方式，確保

30、了原水流量發(fā)生階躍變化或原水濁度大幅變化時，控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，最大限度地擴大控制范圍，保證投加效果，節(jié)約藥耗，使系統(tǒng)更具有靈活性。主要控制思路如下：（1）流量比例前饋 ：原水濁度是影響沉淀池出水濁度的主要因素之一，將近 5年的數(shù)據(jù)進 行分析和統(tǒng)計，建立原水濁度與投加定額對應(yīng)表，自控系統(tǒng)將根據(jù)原水濁度測量值從表中得到PAC投加率，與原水流量相乘即可得到研投加量，通過調(diào)節(jié)計量泵頻率調(diào)節(jié)加藥量。其他原水水質(zhì)參數(shù)（原水溫度、PH值、電導(dǎo)率等）也影響水處理效果，將其作為模糊控制器的輸入變量之一，修正加藥比例系數(shù)，及時調(diào)節(jié)加藥量。（2）串級調(diào)節(jié)回路： 流動電流可間接反映混凝沉淀效果，使用流動電流

31、作為反饋信號，因滯后時間短，可以及時修正研投加量。控制沉淀池出水濁度在允許范圍內(nèi)，是加藥自動控制的目的，在反應(yīng)池末端增設(shè)模擬斜管來模擬沉淀池出水濁度（使2個小時的滯后時間降為約20分鐘，使控制成為可能）作為反饋信號，將其作為模糊控制器的輸入變量之一，及時調(diào)節(jié)加藥量系數(shù)，使沉淀池出水濁度更接近目標(biāo)值，使水質(zhì)更加平穩(wěn)。串級 調(diào)節(jié)回路通過調(diào)節(jié)計量泵沖程調(diào)節(jié)流量。自動加藥控制系原水流量比例調(diào)節(jié)器計量泵WSCD比例 沖程原水濁度定額表 （x）模糊控制器模擬斜管濁度其它水質(zhì)參數(shù)自動加藥控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3）加氯部分加氯分前加氯和后加氯，前加氯作為預(yù)氧化劑，投加的目的主要旨在破壞有機物，控制藻類及微生物的生長，

32、 改善混凝效果， 減少混凝劑的用量。 后加氯可起到快速有效的殺菌作用的作用，并直接關(guān)系到出廠水的水質(zhì)指標(biāo)，保證供水管網(wǎng)含有一定氯，避免細(xì)菌繁殖。前加氯機三臺，選用美國首都公司提供的柜式真空加氯機，兩用一備。加氯機本身帶有比例控制單元（SCU） 用于現(xiàn)場控制，自動控制直接由控制器完成。前加氯控制原理：按原水流量比例控制前加氯，其控制的數(shù)學(xué)模型如下：If=Kf Qm其中：If前加氯控制量（由原水流量確定）Kf比例系數(shù)Qm 原水瞬時流量比例系數(shù)可在上位機上由操作人員設(shè)定。后加氯機兩臺，帶PCU 控制器，互為備用。后加氯控制原理：以原水流量為前饋，以濾后水在清水池入口處混合后的游離余氯作反饋，通過PI

33、D調(diào)節(jié)控制后加氯量，組成一個帶前饋和反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，使游離氯控制在一定的范圍內(nèi)。4）排泥部分該 PLC 分站還完成反應(yīng)池自動排泥、沉淀池行車自動排泥的監(jiān)控工作：（ 1）折板絮凝池排泥PLC 主要控制四個絮凝池的排泥閥，64 個氣動開關(guān)閥根據(jù)原水流量、濁度按不同的時間周期排泥。 自動排泥時，各列閥門依次開10 秒。自動排泥不與行車排泥同時進行。自動排泥順序按列及閥門次序進行。（ 2）沉淀池排泥沉淀池排泥設(shè)備主要有行車、 潛水泵 、 電磁閥 ， 由安裝在排泥行架上電氣控制箱內(nèi)S7-200 PLC控制，根據(jù)污泥界面計測量的固體懸浮物濃度，自動控制排泥。同時根據(jù)池低沉泥規(guī)律，設(shè)置行車排泥四種方式，

34、可以節(jié)省生產(chǎn)水耗，排泥更徹底。S7 200 PLC 與主 PLC 信號連接及供電電源主要通過滑觸線連接方式。3、濾站 PLC每格濾池由一臺S7-300型PLC （C7-633）控制，公共反沖部分控制由一臺S7-400型公共PLC 完成，濾池系統(tǒng)自成一個控制網(wǎng)絡(luò)。即由公共PLC 和每格濾池PLC 組成濾池MPI 控制網(wǎng)絡(luò)，每格濾池操作臺內(nèi)置一臺 C7-633型PLC,完成每格濾池的過濾控制和數(shù)據(jù)采集，并與公共PLC 交換數(shù)據(jù)信息,由公共PLC 負(fù)責(zé)反沖洗控制和與其它分控站及中控室通訊。濾池自控系統(tǒng)實現(xiàn)了濾池的恒水控制，自動反沖洗控制，并實現(xiàn)三臺沖洗水泵和三臺鼓風(fēng)機輪循控制，同時可根據(jù)原水流量大小

35、確定需投入過濾的濾格數(shù)，自動增減實際投入過濾的濾格數(shù)，并保持兩列濾格均衡運行。濾 池這種組網(wǎng)方式相對于整個濾池僅有一臺PLC 集中完成濾池的過濾和反沖洗控制的模式，具有每格濾池控制分散，可靠性高，而且每格濾池的程序編制一樣，僅需編制、調(diào)試好一格濾池即可，大大地減少了工作量，但系統(tǒng)配置復(fù)雜，成本高。4、送水泵站二級泵房現(xiàn)內(nèi)設(shè)4 臺揚程為63.5 米的臥式離心泵。其中2 臺大泵流量為4400 立方米/時，配套電機功率為1000KW ； 2 臺小泵流量為2200 立方米/時，配套電機功率為560KW。 PLC 可實現(xiàn)電動機、出水閥門、引真空設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控與保護以及水泵機組一步化/分步啟停操作，并對

36、水質(zhì)及運行參數(shù)進行在線監(jiān)測。5、 35KV 變電所綜合自動化系統(tǒng)35KV 變電所高壓變配電系統(tǒng)運行監(jiān)控由設(shè)在35KV 變電所內(nèi)的CK2000 變電所綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)完成， 系統(tǒng)通過開關(guān)柜上的微機智能控制單元實現(xiàn)35KV/6KV 變配電系統(tǒng)全面的保護、測量、監(jiān)視、控制功能，采用 C/S 工作模式與中控室上位監(jiān)控系統(tǒng)連接。為提高清水泵機組運行的可靠性、實時性，便于生產(chǎn)管理，位于35KV 變電所內(nèi)水泵高壓電機的故障、運行狀態(tài)由開關(guān)柜上智能變控裝置通過電纜直接送二級泵房PLC,控制命令由二級泵房PLC輸出端通過電纜直接送開關(guān)柜上智能變控裝置，控制水泵高壓電機開停。三、 管理功能中控室計算機網(wǎng)絡(luò)組成如

37、下：2 臺操作員站和1 臺工程師站通過CP1613 網(wǎng)卡和 OLM 模塊接至工業(yè)以太網(wǎng)，2 臺操作員站和1 臺工程師站和1 臺服務(wù)器計算機、以及廠長室計算機通過局域網(wǎng)組成了水廠管理網(wǎng)絡(luò)， 同時通過接在服務(wù)器上的無線數(shù)傳電臺可與集團公司的SCADA 系統(tǒng)進行通訊。上位機兩臺操作站由互為備用、操作透明、數(shù)據(jù)一致的PC 機組成，操作員站能夠監(jiān)控生產(chǎn)過程，存儲和分析實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，查詢技術(shù)數(shù)據(jù)、技術(shù)圖紙，并可與故障專家系統(tǒng)、設(shè)備管理等軟件結(jié)合實現(xiàn)對生產(chǎn)的全面維護與管理。工程師站具備操作員站功能并可實現(xiàn)在線編程和組態(tài)。廠長室計算機類似于中心控制室操作員站的功能。四、根據(jù)實踐及對各地水廠的考察，我認(rèn)為在自動

38、化水廠建設(shè)應(yīng)注意如下問題：1 、投加點與取樣點的選取：在自動化水廠中，投加點與取樣點的合理選取直接影響到儀表檢測的實時性、準(zhǔn)確性，從而影響到自動化控制，因此應(yīng)引起特別的重視。如某水廠后加氯點在清水池前,而余氯采樣點在二泵出廠水管上， 這樣產(chǎn)生了后氯投加與余氯檢測長達2小時的滯后，造成后加氯量變化十分明顯。同樣如果投加點與取樣點距離較近，在一次加氯量不足，破壞有機物、控制藻類及微生物的生長效果不明顯情況下，可能會出現(xiàn)二次氯反應(yīng)不充分，余氯儀檢測反饋值偏大現(xiàn)象，從而造成加氯量不足，影響水質(zhì)的問題。所以在自動化設(shè)計與施工工作中，只有正確的選取投加點與取樣點，才能保證整個自動控制成功。2、自動化水廠的防雷問題也應(yīng)該作統(tǒng)一考慮。在防