本溪市明山凈水廠的自動化

1、水工業(yè)自動化本 溪 市 明 山 凈 水 廠 的 自 動 化張致國 李大勇 高孟國 高 昕 李 昕(中國市政工程東北設(shè)計研究院,長春 130021摘要 本文結(jié)合本溪市明山凈水廠自動化控制系統(tǒng)的實(shí)例,介紹了控制系統(tǒng)的配置和功能。 該系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行 5年,節(jié)省了勞動力,提高了管理水平,產(chǎn)生了很好的經(jīng)效益,本文介紹了控 制技術(shù)、 T V S 監(jiān)視系統(tǒng)、檢測儀表、 A B 公司未來的產(chǎn)品。關(guān)鍵詞:計算機(jī)監(jiān)視及控制系統(tǒng); TV S 監(jiān)視系統(tǒng);軟件;光纖;通信網(wǎng)絡(luò)A ut om at i c C ont r ol Sys t em of B enxi M i ngsha n W a t er T r eat

2、m ent P l antZ hang Zhi o Li D ayong G ao M engguo G ao xi n L i X i n(C h i na N or t h eas t M uni ci pa l E ngi neer i ng D es i gn and R es ear ch I ns t i t ut e , C hangchun 130021A bs t r act A co or di ng t o t he des i gn exam pl e of t he aut om at i c cont rol s ys t em desi gn of B e nX

3、i M i ngs ha n w at er t r eat m ent pl ant , t hi s pap er pre s ent s c onf i gur at i on and f unc t i on char a ct er i st i c of t he c ont r ol s ys t e m . A ft er 5yea rs r unni ng , t he s ys t em can s a v e l abor pow e r and i m pr ove t he qual i t y of t he m an agem e nt , SO i t got

4、a gr ea t ec onom i c be nef i t s , T hi s paper i nt roduc es a cont rol t ech nol ogy , T V S m oni t or i ng s ys t e m , det ec t i on i nst rum e nt s , fut ure di vi ce of A B c om pa ny l i m i t e d of A m cr i ca nK ey w o r ds :com put e r m oni t o r i ng and c ont r ol s ys t em ; T V S

5、m on i t or i ng s y s t em ; sof t w ar e ; op t i cal f i ber :com m uni cat i on net w or k1引言本溪市明山凈水廠是本溪市最大的凈水廠,設(shè) 計規(guī)模為一期 10萬伽,于 2001年建成投產(chǎn):二期 為 10萬伽,待建,一、二期建成后,水廠可達(dá)到 20萬枷的供水能力。凈水廠的主要機(jī)電設(shè)備選擇了優(yōu)質(zhì)、可靠、先 進(jìn)的產(chǎn)品。電動閥門選用瓦特斯閥門,配套執(zhí)行器 選用德國奧瑪原裝進(jìn)口的;加氯機(jī)選用美國 W &T 產(chǎn)品,鼓風(fēng)機(jī)選用中 kt 合資企業(yè)的,反沖洗水泵也 選用合資企業(yè)的,刮泥機(jī)選用江蘇宜興錦昌有限公

6、 司的產(chǎn)品,混凝劑加注泵,電動球閥選用美國米德 羅公司的,主要水質(zhì)監(jiān)測儀表大部分為歐美產(chǎn)品, 水廠選用設(shè)備的質(zhì)量、先進(jìn)性決定凈水廠自動化的 成敗。對于城市供水系統(tǒng)來說,要實(shí)現(xiàn)既保證水質(zhì), 又可節(jié)約藥劑;既能節(jié)約電能,又能保證供水量和 服務(wù)水壓;既能節(jié)省勞動力降低職工勞動強(qiáng)度,又 能夠保證安全供水的凈水廠,自控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定18t ul l t l l t 2008年第 10期 運(yùn)行,不僅提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,還帶來巨大的 社會效益。2計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及 TV S 電視監(jiān)視系統(tǒng)配置2. 1計算機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)配置本溪市明山凈水廠的過程監(jiān)控系統(tǒng),其檢測模 擬量 164個,開關(guān)量 1380個;調(diào)節(jié)回路 40

7、個,系 統(tǒng)配置圖如圖 l 所示。(1 模擬量監(jiān)視 (A I 10kV 變電所:包括對兩路 10kV 進(jìn)線的電壓、 電流、頻率、功率因數(shù)、功率、電度、無功電度、 補(bǔ)償電容器的電流等參數(shù),進(jìn)行監(jiān)視測量以及各主 要配電環(huán)節(jié)的耗電量。水質(zhì):包括對水的溫度、濁度、 PH 值、堿度等 參數(shù)的監(jiān)測,在凈水過程中,各主要凈水設(shè)施的出 水濁度和出廠水的余氯監(jiān)視。水位:穩(wěn)壓井、濾池、清水池、儲藥池、配藥 池等處的水位。壓力:凈水廠出廠壓力。流量:取水、濾池出水、反沖洗水、剛流水、 以及加藥系統(tǒng)的流齷參數(shù)。反沖洗水泵、川收水泵、鼓風(fēng)機(jī):電機(jī)的耗電量、 功率 I 矧數(shù) (調(diào)速電機(jī) 、轉(zhuǎn)速、電機(jī)繞組溫度及水泵 電機(jī)的軸

8、承溫升、泉前后壓力 (計算機(jī)凈揚(yáng)程 等。 其他:閥門開度、加約泉的沖程、轉(zhuǎn)速、加氯 瓶重量、真窄罐真窄度、鼓風(fēng)系統(tǒng)壓力、配水出水 閥開度、加氯系統(tǒng)氣體流量、漏氯等。(2 模擬量調(diào)節(jié) (A O 濾池反沖洗閥 f J 閥位調(diào)節(jié)、清水閥門閥位調(diào)節(jié)、 加藥泵的沖程、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),加氯機(jī)流量、調(diào)節(jié)調(diào)速 電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。(3 狀態(tài)量監(jiān)視 (D I 10kV 變電所:各路開關(guān)、母聯(lián)形狀的狀態(tài)。 水處理設(shè)備:溶液池、配藥池等處的攪拌機(jī); 加藥計量泵;排泥各閥門的開關(guān)狀態(tài):濾池氣動閥 門開、關(guān)、停狀態(tài)、檢修狀態(tài)、故障狀態(tài)等。 加氯設(shè)備:加氯機(jī)的運(yùn)行、停 I E 、檢修、故障 以及投加混凝劑設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。反沖洗水泵、

9、叫收水泵、鼓風(fēng)機(jī):泵及電機(jī)的 運(yùn)行、停 J :、檢修、故障等運(yùn)行狀態(tài)。以及出口閥 門運(yùn)行、停止、檢修、故障等運(yùn)行狀態(tài)。水工業(yè)口動化其他:漏氯中和裝置的工作狀態(tài)、真空系統(tǒng)、 鼓風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等輔助 藝設(shè)備的 f =作狀態(tài)。 (4 狀態(tài)量控制 (D O 取水改備:根據(jù)凈水廠給定的流量指令,控制 取水泵的轉(zhuǎn)速和運(yùn)行臺數(shù) (用,二定速泵,是通過出 J 閥門開度的控制,調(diào)節(jié)取水量 。澄清設(shè)備:對取水廠來水加藥后的絮凝控制, 排泥控制,以及對 |口 J 流水泉的控制。過濾設(shè)備:對濾池表面的沖洗和反沖洗控制。 前加氯、濾后水加氯等設(shè)備的控制.兩處投加混凝劑點(diǎn)的加藥控制 (穩(wěn)壓配水井、 濾前,根據(jù)水質(zhì)和工豈

10、要求切換注入點(diǎn) 。漏氯中和裝置、真空加氯系統(tǒng)、壓力自動切換 系統(tǒng)。其他控制:系指水附屬設(shè)備,如取樣泵、混凝 劑藥品配制、運(yùn)輸?shù)炔糠值膿踔啤?. 2TV S 電視監(jiān)視系統(tǒng)配置電視監(jiān)控系統(tǒng)是高科技的現(xiàn)代化管理手段之 一,是安傘防范技術(shù)的蓖要組成部分。管理者在中 心控制室,通過電視監(jiān)控系統(tǒng)在顯示屏上可以實(shí)時 看到監(jiān)視現(xiàn)場的實(shí)際情況,根據(jù)監(jiān)視的情況可以及 時進(jìn)行決策與控制。電視監(jiān)控系統(tǒng)的目的就是在中曰圖 l 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置圖2008-年 g 10期電鼉技術(shù) I 19水工業(yè)自動化心監(jiān)控室管理者通過系統(tǒng)町以有效地、系統(tǒng)地、較全 面地觀察生產(chǎn)范圍內(nèi)的生產(chǎn)情況、設(shè)備運(yùn)行情況、廠 區(qū)的安全情況以及廠內(nèi)人員的

11、流動情況,一旦出現(xiàn)問 題時,可以較快地找出問題的根源,以便管理者及時 采取措施解決問題,減少以至卡 l :絕“ 4i 安全”的隱患, 確保水 J 生產(chǎn)的安傘性,系統(tǒng)配置圖如圖 2所示。圖 2T V S 電視監(jiān)控系統(tǒng)配置圖2. 3檢測儀表一一次檢測儀表為國外原裝進(jìn)口,其中低濁度計 1720C 。 個變送器,通過信號擴(kuò)展單元可帶 8個 傳感器探頭;流通式水位計為非接觸的超聲波水位 計;壓力變送器為 E +H產(chǎn)品;流量汁選用德國科隆 公司標(biāo)準(zhǔn)短管的帶刮泥刀的產(chǎn)品,該產(chǎn)品比有自動 清洗功能的其他型 u|電磁流量計好,實(shí)踐汪明自動 清洗實(shí)現(xiàn)的效果很差。余氯分析儀、漏氯探測儀為 美國 W &T 產(chǎn)

12、品;電了稱為合資企業(yè)產(chǎn)品;電動閥 門不論調(diào)節(jié)型還是開關(guān)型均帶閥位變送器。加藥泵 帶沖程變送器及轉(zhuǎn)速變送器,加氯機(jī)有變送器,又 稱推論式流量變送器,所有儀表均為國外最新的智 能型儀表,并帶有現(xiàn)場總線。3系統(tǒng)控制軟件采用 C ont r ol N et 的 R SN et W or x 軟件 (9357. C N E T L 3 和 D evi ceN et 的 R SN et W or x 軟件 (9357一 C N ET L 3 , 是 C ont r ol N et 或 D evi ceN e t 網(wǎng)絡(luò)的組態(tài)和 規(guī)劃 J . 具 。 R S N e t W or x 軟件使用戶叮以創(chuàng)建一個圖

13、 形化的界面,用于網(wǎng)絡(luò)組態(tài)和定義網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)組態(tài)。 R SN e t W or x 軟件還可對所有的網(wǎng)絡(luò)組件執(zhí) i J 二規(guī) 劃功能。例如,每個網(wǎng)絡(luò)掃描器均有各自的扣描列 表和內(nèi)存映象,這些信息存儲在掃描器的組態(tài)文件 里。當(dāng)掃描列表的內(nèi)容發(fā)牛改變時, R SN et W orx 軟 件會自動計算整個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)帶寬,以及每個網(wǎng)絡(luò) 組件使用的帶寬。用戶在 C ont r ol L ogi x 系統(tǒng)中,必須使用 R SN e t -W or x 軟件來對 Cont r ol N et 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組態(tài)和規(guī)劃。20Q -l l t l l t 2008年第 10期 4重要工藝單元的控制4. 1反應(yīng)池的控制把

14、加藥后處理水的沉淀物質(zhì)除去,選用電控水 力閥門,先導(dǎo)閥為二位三通電磁閥,排泥按周期進(jìn) 行程序控制。4. 2沉淀池的控制由反應(yīng)池來的絮凝體通過斜管沉淀到池底,池 中的 8臺剮泥機(jī)將其刮走送至池子一側(cè)的泥料斗 中,然后由沉淀池的電控水力閥門排掉,刮泥機(jī)開、 停操作由汁算機(jī)實(shí)現(xiàn),其工作、停止、正行到位、 逆行到位、正行超限、逆行超限、剪力銷保護(hù)等信 號送汁算機(jī)。4. 3V 型濾池的控制V 型濾池的閥門為瓦特斯閥門、電動執(zhí)行器為 德國奧瑪公司產(chǎn)品,除出水閥為調(diào)節(jié)型,其余均為 開關(guān)型。V 型濾池足把用藥品沉淀處理后不能處理的細(xì) 小的濁物分了通過過濾層除去。濾池控制的核心是 保持過濾速度一定的流量控制,為

15、了清洗過濾層上 殘留的污物要進(jìn)行濾池反沖洗控制。 V 型濾池的控 制內(nèi)容包括以下項(xiàng)目。(1 過濾流量控制過濾的速度以 7m /h 為標(biāo)準(zhǔn),為了穩(wěn)定這個標(biāo)準(zhǔn) 而控制過濾的流量。過濾流量的 ' 發(fā)定是通過過濾池共 同的一 t 設(shè)定,控制過濾池的總流量,按照這個總流量 設(shè)定值上設(shè)定各個過濾池調(diào)節(jié)器的設(shè)定值。過濾池的 池 及總過濾流量的設(shè)定是根 操作人員的判斷進(jìn)行手動設(shè)定和根據(jù)配水的需求量的測量結(jié)果,計算 池的水位平衡來進(jìn)行自動設(shè)定兩種方式。由于急劇 過濾速度的變化會使過濾池濾料的狀態(tài)產(chǎn)生沖撞而 導(dǎo)致濾后水的濁度上升,因此要緩慢的變更設(shè)定值。 (2 反沖洗流量的控制過了清除濾層上的污物,要從下

16、向上 (反沖洗 噴水,使濾料顆粒相 I :碰撞,為了保持沖洗水的濁 度要進(jìn)行沖洗水的流量控制。(3 過濾阻力計過濾阻力是監(jiān)視濾層過濾能力的重要的檢測參 數(shù),將濾層的堵塞程度 (壓力損失 視為過濾阻力, 用過濾阻力計來測量。一般阻力計的指示值到達(dá) 22. 5m 時就要進(jìn)行沖洗,還有一種反沖洗控制方 式,條件是設(shè)定過濾時間。(4 當(dāng)滿足了 (3 的沖洗開始的條件時,就 要開始按程序進(jìn)行自動沖洗。也就是說,過濾阻力 值到達(dá)設(shè)定值或過濾時間到達(dá)設(shè)定時間時或過濾水 的濁度超過濁度的設(shè)定值時,進(jìn)水閥門關(guān)閉。水位 降低到 F 限時,出水閥 f J 關(guān)閉,開始進(jìn)行反沖洗。 一般沖洗是一個池一個池分別進(jìn)行的。4

17、. 4加藥的控制(1 加藥量的控制方式加藥量的變化取決于原水的流量變化,由下式 決定:Qz=Q -K式中, Q 為藥品的加入量:Q ,為原水的流量; 足為藥品的加入率 (原水與加藥量的比值 。(2 用計量泵進(jìn)行加藥量的控制采用改變計量泉的回轉(zhuǎn)數(shù)和沖程的辦法來控制 加藥量。在計算機(jī)內(nèi)根據(jù)計算出的加藥量做為調(diào)節(jié)器的 設(shè)定值,根據(jù)設(shè)定值來調(diào)節(jié)泵的回轉(zhuǎn)數(shù),當(dāng)回轉(zhuǎn)數(shù) 達(dá)到上限或下限時不能繼續(xù)調(diào)節(jié)時,切換到調(diào)節(jié)泵 的沖程,沖程的調(diào)節(jié)是多段進(jìn)行的。4. 5加氯的控制加氯機(jī)有三個模擬輸入通道:流量、余氯、計 算機(jī)。計算機(jī)不僅能取代調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)比例調(diào)節(jié)、復(fù) 合環(huán)路調(diào)節(jié),還能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制,優(yōu)化控制由第三 個通道完成

18、,沒有第三個通道實(shí)現(xiàn)不了計算機(jī)控制。 前加氯 (穩(wěn)壓井 :為了處理原水中的藻類和殺 菌,用流量信號控制加氯量。后加氯 (V型濾池出口 :進(jìn)步殺滅細(xì)菌和使 出廠水中保持一定的余氯量,用復(fù)合環(huán)控制加氯量。 電動閥上裝有手動裝置,一旦電動頭失靈,可水工業(yè)自動化立即改手動操作。加氯系統(tǒng)控制:該系統(tǒng)加氯機(jī)分成兩組,一組 用于原水預(yù)氯化 (前加氯 ,一組用于濾后投加。 原水預(yù)加氯按水量比例摔制:C l =CuQ i x 10。式中, C l 為原水投氯蹙 (g/s ; G 為單位投氯 量設(shè)定值 (mg /L ; Q j 為與投氯點(diǎn)對應(yīng)的原水進(jìn)水 量 (m 3I s 。濾后加氯按水量比例和余氯復(fù)合刨路控制:

19、按水量比例:C f=K4C qQ i x 10 3式中, c 廠為濾后水投氯量 (g /s ; K 4為流量系 數(shù)取 0. 98; C q 為單位投氯量預(yù)設(shè)值 (m g /L :Q i 為 與投氯點(diǎn)對應(yīng)的原水進(jìn)水量 (m 3/s 。按濾后余氯值對比設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行反饋調(diào)節(jié), 余氯滯后時 l 日 J 在 23m i n 。按出廠余氯預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)值校正濾后余氯設(shè)定標(biāo)準(zhǔn) 值:C r =Cv (Cd-C s 式中, D 為自動設(shè)定值 (mg /L ; C v 為原水設(shè) 定值 (mg /L :C d 為出廠水余氯 (m g /L :C s 為出 廠水余氯預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)值 (m g /L 。這種把出廠余氯儀的信號二次

20、反饋給加氯機(jī)的 控制方式比國內(nèi)目前一些水廠采用的濾后余氯控制 值反饋調(diào)節(jié)控制要可靠優(yōu)越得多。這樣無論原水水 質(zhì)怎樣變化,即在原水水質(zhì)遭到污染時,仍能經(jīng)過 一段時間調(diào)整余氯達(dá)到出廠設(shè)定值,從而保證出廠 余氯保持在一定數(shù)值不會產(chǎn)生較大的差距。漏氯處理系統(tǒng)控制:在氣源室和加氯機(jī)房分別 設(shè)置了通風(fēng)道并與通風(fēng)機(jī)室的 2臺通風(fēng)機(jī)組聯(lián)接, 在加氯問、氯瓶間地面以上 350r a m 處分別安裝了漏 氯傳感器,一旦發(fā)生漏氯事故,該上作區(qū)域的空氣 濃度超過了預(yù)設(shè)值 (0. 5ppm 時,安裝于控制室內(nèi)的 氯氣泄漏檢測儀,立即進(jìn)行聲光報警。同時通過工 業(yè)控制機(jī)動通風(fēng)機(jī)組,在 612r ai n 內(nèi)將該區(qū)域的空 氣

21、更換一次,并將漏出的氯氣送到清水池高位水槽 內(nèi),由槽內(nèi)流動的水將其吸收。5變電所的監(jiān)控10kV 變電所選用變電所監(jiān)控系統(tǒng),由站控層、現(xiàn) 場設(shè)備層 (間隔層 、通信層三部分組成,現(xiàn)場設(shè)備(下轉(zhuǎn)第 25頁 2008年第 10期電技術(shù) l 214/5面積。由于結(jié)構(gòu)輕巧緊湊的優(yōu)點(diǎn),所以只需要很少的地 基,十建被減少全最少,囚此即使在山區(qū),巖石地帶 也可以建造變電站;不少 G I S 系統(tǒng)建存樓頂斯上。 設(shè)備足以在 l :J 組裝、調(diào)試后的整體單元運(yùn)抵現(xiàn)場, 這樣能極大地減少從簽合同到客戶手中之間所需的 時間,組合電器只需要窄氣絕緣開關(guān)變電站的占地面 積:對一個 I F 在運(yùn)行的變電站,只需要短時間的分

22、段 隔離,就可以在該變電站內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)展,這使得變電站 的停電時問減壘最短。這樣就町以降低綜合投資成 本,并保證早 H 投運(yùn)。4. 2運(yùn)行更節(jié)省、安全、可靠封閉結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)使運(yùn)行人員免于和帶電組件接 觸,在母線上和出線側(cè)的三位置隔離開關(guān)和接地開 關(guān)徹底排除了誤操作的町能性;出線側(cè)也可快速接 地開關(guān):帶有定向壓力釋放的防爆隔膜能夠防止在 殼體內(nèi)的壓力突變;所有的模塊單元在一個水、 F 面 上,使得整個布置方案結(jié)構(gòu)簡潔、清晰。除了運(yùn)行人員安全之外, H IS 方案還能避免外 力的破壞。如果需要,還叮以往短時間內(nèi)更換整個 問隔,岡此設(shè)橋的停電時間能減爭最短,可以在 24h 內(nèi)提供急需替換的部件?？傊?能最

23、大可能地保證 運(yùn)行人員和設(shè)備的安全以及可靠的運(yùn)行。4. 3免維護(hù)一 Ft .設(shè)備投入使用,它將町靠地運(yùn)行最少 50年并且只需要很少的維護(hù)工作。制造廠建議在 10電機(jī)系統(tǒng)常能年后可以進(jìn)行第次日視檢測。由于完全封閉,所 需要的清潔 :作也很少。外殼是抗腐蝕的鋁合會鑄 件,電動機(jī)構(gòu)足自行潤滑的,設(shè)備沒有外露的帶電 可接觸系統(tǒng)和連鎖機(jī)構(gòu),因此避免了外部岡素的影 響,町廣泛使用在污染、地震、沙塵等的環(huán)境條件 下,設(shè)備的運(yùn)行費(fèi) Jj相 ! j 低。4. 4保護(hù)環(huán)境無油操作機(jī)構(gòu)和外殼極其有效的密封可以防止 任何環(huán)境污染。使用壽命長、占地面積小又保護(hù)了 人類資源。4. 5適應(yīng)各種環(huán)境在大海、沙漠、山區(qū)、樓頂上等環(huán)境下使用電 器也毫無問題。4. 6經(jīng)濟(jì)性和多用性一個常規(guī)的空氣絕緣變電站能被兩個問隔所代 替,并且還有剩余的窄間。運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)一 r 作 少、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)降低了總的投資費(fèi)用。通過 在工廠內(nèi)組裝、調(diào)試后的整體問隔運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場安裝, 將大大減少現(xiàn)場安裝的 J :作量。5