某水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及建議

1、某水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及建議摘要：對(duì)某水廠的自控系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際情況，依據(jù)個(gè)人觀點(diǎn)，提出自控系統(tǒng)改善建議。關(guān)鍵詞：PLC；工業(yè)以太網(wǎng)；現(xiàn)場(chǎng)總線；分析與建議引 言參看一些文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)我國(guó)水廠自動(dòng)化在20世紀(jì)80年代得到了較大規(guī)模的發(fā)展，大量國(guó)外先進(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)與設(shè)備進(jìn)入我國(guó)，建成了一批全引進(jìn)的水廠，使我國(guó)水廠自動(dòng)化進(jìn)程大大加快，自動(dòng)化水平也快速提高。但由于歷史和現(xiàn)實(shí)的原因，我國(guó)水廠自動(dòng)化的總體發(fā)展水平還不高，發(fā)展也不平衡。而且，在一些已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的水廠中，其功能并未充分發(fā)揮出來(lái)。有的自控系統(tǒng)從未運(yùn)行過(guò)，一直處于閑置狀態(tài);有的運(yùn)行一段時(shí)間后變?yōu)榱耸謩?dòng)，甚至處于癱瘓狀態(tài)，造成了

2、自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備的極大浪費(fèi)。對(duì)于這些水廠自動(dòng)化中出現(xiàn)的問(wèn)題，究其原因，與目的（盲目追求高標(biāo)準(zhǔn)，忽視管理和運(yùn)行）、設(shè)計(jì)（自控功能僅實(shí)現(xiàn)手自動(dòng)轉(zhuǎn)換，與工藝無(wú)關(guān)）、設(shè)備（配套問(wèn)題、備品備件及維護(hù)改造問(wèn)題）和管理（缺乏管理制度和維護(hù)隊(duì)伍）等多種問(wèn)題有關(guān)。正 文一、某水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題某水廠于2010年基本完成了水廠自動(dòng)控制的系統(tǒng)建設(shè)并投入試運(yùn)行，系統(tǒng)采用PC+PLC（計(jì)算機(jī)可編程控制器）方式構(gòu)成集散型自動(dòng)控制系統(tǒng)，PLC采用羅克維爾公司的SLC500系列產(chǎn)品，大部分自控設(shè)備為進(jìn)口品牌產(chǎn)品。水廠地處寧波市鄞州山區(qū)，與城區(qū)高差為五十余米，水源取自鄞西皎口水庫(kù)。日常供水時(shí)期，水廠利用廠區(qū)與市區(qū)的高

3、差，采用重力流輸水，節(jié)約了電耗。水庫(kù)低水位時(shí)，開(kāi)啟取水提升水泵供水。某水廠工藝：皎口水庫(kù)（取水泵房）加藥、前加氯折板反應(yīng)池平流式沉淀池V型濾池后加氯清水池輸水管網(wǎng)用戶(hù)其中主要設(shè)備為提升水泵5臺(tái)，加礬計(jì)量泵4個(gè)，加氯機(jī)5臺(tái)， PAM、石灰配置和投加系統(tǒng)各1組，平流式沉淀池4組，往復(fù)式刮泥機(jī)8組，泄氯回收裝置一組，加藥增壓泵3臺(tái)，反沖洗鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，反沖洗水泵3臺(tái)，濾池及氣動(dòng)閥20組，空氣壓縮機(jī)兩臺(tái)，污泥脫水板框機(jī)2組以及各類(lèi)水質(zhì)檢測(cè)儀表若干。某水廠工作人員根據(jù)總公司中心調(diào)度室的調(diào)度指令，通過(guò)設(shè)置在各個(gè)崗位的自控裝置，控制有關(guān)設(shè)備，進(jìn)行取水、加藥、加氯、沖洗等一系列自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視操作。水廠的自

4、控系統(tǒng)投入運(yùn)行一年以來(lái)，基本實(shí)現(xiàn)例如數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、信息管理，圖形監(jiān)控功能，報(bào)表功能，支持報(bào)警和事件窗口，歷史數(shù)據(jù)處理功能等功能，總體上是安全、可靠的，但隨著自控技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)自控需求的不斷變化，逐漸暴露出一些問(wèn)題，亟待完善：1、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（組態(tài)軟件）a）保存的實(shí)時(shí)和歷史監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)有限，無(wú)法方便地獲取以及利用采集的數(shù)據(jù)。b）報(bào)警功能不全，暫無(wú)聲光報(bào)警，操作人員很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，存在較大的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。c）水廠工藝參數(shù)主要為人工干預(yù)和報(bào)表記錄，不利于操作人員觀察比較工藝參數(shù)的變化，僅憑借人員的工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)管控工藝運(yùn)行。d）軟件程序編輯復(fù)雜，功能簡(jiǎn)單，但不易修改，未對(duì)人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，不

5、利于PLC程序故障的診斷和修改。e）自控運(yùn)行速率較低，自控界面切換及信息傳輸會(huì)產(chǎn)生一到數(shù)秒時(shí)間的滯后。f）公司與水廠之間沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)通訊，公司無(wú)法監(jiān)視水廠的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，水廠也無(wú)法獲取管理信息。2、總控制中心系統(tǒng)a）DLP顯示屏及其附件由于DLP顯示屏為不常用的設(shè)備部分，開(kāi)啟次數(shù)有限，但全套系統(tǒng)時(shí)常會(huì)發(fā)生一些例如開(kāi)啟失敗、顯示誤差的狀況，水廠人員未參與到系統(tǒng)安裝、調(diào)試過(guò)程，需要加強(qiáng)DLP顯示屏管理軟件，硬件接線的相關(guān)培訓(xùn)，以實(shí)現(xiàn)日后DLP顯示屏正常顯示功能（它也是作為水廠對(duì)外的關(guān)鍵窗口系統(tǒng)）。b）CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)未建立相關(guān)監(jiān)控視頻系統(tǒng)運(yùn)行管理制度，該系統(tǒng)目前屬于閑置狀態(tài)，并

6、未有專(zhuān)人進(jìn)行看管和維護(hù)，并且整個(gè)系統(tǒng)的管理、運(yùn)行、操作部分還有待人員培訓(xùn)。3、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備3.1 取水泵房取水泵房的取水方式有兩種：當(dāng)水庫(kù)水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí)取水通過(guò)兩只調(diào)流閥自流，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定水位時(shí)取水通過(guò)取水泵進(jìn)水。調(diào)流閥的控制方式有手動(dòng)、中控和自動(dòng)控制三種。自動(dòng)控制時(shí)，PLC根據(jù)“進(jìn)水流量”參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度，以保證清水池水位保持在最佳水位段。提升水泵的控制方式有手動(dòng)、中控和自動(dòng)控制三種。自動(dòng)控制時(shí)，操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)下達(dá)的命令，來(lái)一步化開(kāi)、關(guān)相應(yīng)的取水泵和其出口閥門(mén)。PLC根據(jù)“每小時(shí)進(jìn)水流量”來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證清水池水位控制在最佳的水位。其主要問(wèn)題為遇到外圍來(lái)水變化或者應(yīng)

7、急事故而需要進(jìn)行調(diào)流閥與提升水泵人工切換時(shí)，水廠相關(guān)人員的操作還不到位，需要建立相關(guān)制度來(lái)規(guī)范操作。3.2 加藥系統(tǒng)某水廠加藥間現(xiàn)安裝有4組加礬系統(tǒng)。加礬系統(tǒng)可以中控開(kāi)關(guān)的設(shè)備有加礬泵、出礬閥門(mén)、配礬進(jìn)水閥門(mén)和進(jìn)藥閥門(mén)，檢測(cè)的開(kāi)關(guān)量有加礬泵、出礬閥、配礬進(jìn)水、藥閥門(mén)的開(kāi)停信號(hào)；檢測(cè)的模擬量有加礬泵的頻率和沖程、礬池液位、加礬泵加藥流量等。配礬、加礬與礬池切換的控制方式有手動(dòng)、中控、自動(dòng)三種，自動(dòng)加礬系統(tǒng)屬于前饋控制，根據(jù)礬原液濃度以及需礬量自動(dòng)調(diào)節(jié)加藥濃度。主要存在問(wèn)題有配礬礬液消泡未徹底導(dǎo)致藥液濃度偏差，以及前饋控制的反應(yīng)周期較長(zhǎng)，應(yīng)急性較弱。3.3 加氯系統(tǒng)加氯系統(tǒng)的主要設(shè)備有氣源切換部分

8、（手動(dòng)干預(yù)）、加氯機(jī)、漏氯報(bào)警系統(tǒng)等，控制前加氯、后加氯自動(dòng)投加。主要功能有自動(dòng)加氯、漏氯報(bào)警等。加氯控制分為加氯機(jī)控制以及PID控制（未投用）兩種方式，兩種方式互為備用。3.4 濾池系統(tǒng)某水廠的V型濾池共二十格，整個(gè)控制系統(tǒng)由一個(gè)反沖洗公共PLC站和二十個(gè)濾格子站來(lái)控制。主要被控設(shè)備有：三臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，三臺(tái)反沖洗泵，濾池的氣動(dòng)進(jìn)水、排水閘閥和氣沖、水沖、清水蝶閥以及排氣閥，在線液位儀、濁度儀等。每個(gè)濾格系統(tǒng)可獨(dú)立完成恒水位的自動(dòng)控制，濾池的自動(dòng)反沖洗暫為人工強(qiáng)制沖洗。濾池系統(tǒng)為水廠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所控制的設(shè)備、儀表也較多發(fā)生故障的概率較大，值班人員和維護(hù)人員需要通過(guò)自控系統(tǒng)和日常巡檢，加強(qiáng)對(duì)于整個(gè)系

9、統(tǒng)監(jiān)控以防止癱瘓，如發(fā)生全廠停電事件等特殊情況，需要時(shí)刻注意濾格閥門(mén)的開(kāi)啟狀況避免溢池現(xiàn)象發(fā)生。3.4 絮凝與消毒控制技術(shù)目前水廠的加藥加氯系統(tǒng)僅按單位進(jìn)水流量比例來(lái)控制藥劑的投加量。該控制方式不能根據(jù)水質(zhì)的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)投加量，在線儀表雖配置數(shù)量很多，但多僅用于在線監(jiān)測(cè)，并未對(duì)水廠運(yùn)行產(chǎn)生自動(dòng)控制效果，日常運(yùn)行主要依靠化驗(yàn)室的攪拌試驗(yàn)以及凈水工的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行控制，水質(zhì)控制的班組差異性較大。3.5 沉淀池刮泥和排泥由于沉淀池PLC通訊模塊損壞，現(xiàn)行刮泥機(jī)周期運(yùn)行無(wú)效，電腦界面的刮泥機(jī)運(yùn)行情況與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不符合。實(shí)際情況中，刮泥機(jī)的周期仍需要到現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，來(lái)配合自控系統(tǒng)的強(qiáng)制排泥操作。3.6 污泥脫水

10、系統(tǒng)某水廠的污泥脫水板框機(jī)以及附屬進(jìn)泥泵和水泵、PAM配置系統(tǒng)，均為成套一體化系統(tǒng)，自控系統(tǒng)僅用作實(shí)時(shí)監(jiān)控，該系統(tǒng)設(shè)備資料和操作規(guī)程也并未正式移交，對(duì)運(yùn)行和維護(hù)產(chǎn)生一定問(wèn)題。3.7 防雷及應(yīng)急處理由于水廠處于高發(fā)雷區(qū)，近期幾次雷電沖擊也對(duì)水廠的設(shè)備造成一定損失，因此自控系統(tǒng)應(yīng)充分考慮雷電尤其是感應(yīng)雷的防護(hù)。同時(shí)，對(duì)于遇到突發(fā)事故而造成停電的設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要詳細(xì)編制應(yīng)急預(yù)案來(lái)進(jìn)行合理控制，對(duì)于水廠PLC柜加裝UPS，重要電氣設(shè)備加裝EPS（沉淀池進(jìn)水EPS未加裝完全），從各環(huán)節(jié)上將雷電對(duì)自控系統(tǒng)的影響降至最低。二、自控系統(tǒng)建議1、水廠在建設(shè)初期時(shí)，受人員和素質(zhì)的限制，沒(méi)有將自己的技術(shù)力量參與設(shè)

11、計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程，影響了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。在自控系統(tǒng)的建立過(guò)程后，要開(kāi)展自控人員專(zhuān)題培訓(xùn)，注意軟件的構(gòu)成及軟、硬件配置，軟件編程等，以便深入了解控制系統(tǒng)，利于后期進(jìn)行維護(hù)管理。2、加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn)，這是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。在水廠日常運(yùn)行中，離不開(kāi)運(yùn)行人員的全程監(jiān)控和管理。開(kāi)展對(duì)于自控受控設(shè)備的原理、性能以及常見(jiàn)故障診斷的培訓(xùn)是必要的，這樣既提高運(yùn)行水平和巡視觀察的準(zhǔn)確性，也提高了處理意外事故的能力。3、建立以下自控系統(tǒng)運(yùn)行管理制度，以使水廠在運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)便在較完善的管理制度下運(yùn)行：3.1 水廠電動(dòng)(或稱(chēng)“手動(dòng)”)操作規(guī)程包括各個(gè)設(shè)備的說(shuō)明書(shū)以及操作規(guī)程（必要時(shí)可以請(qǐng)生產(chǎn)廠商和

12、技術(shù)人員提供說(shuō)明書(shū)原件及譯文，或者協(xié)助編制操作規(guī)程）該操作規(guī)程應(yīng)不僅適合在水廠自動(dòng)化設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員仍可在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工藝設(shè)備進(jìn)行操作，從而確保水廠不間斷供水，同時(shí)，它也適合在調(diào)試時(shí)、或設(shè)備檢修后的單體設(shè)備控制。3.2 計(jì)算機(jī)安全管理制度為避免計(jì)算機(jī)病毒感染，必須做到專(zhuān)機(jī)專(zhuān)用，自控網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)只能用于控制網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控，不得使用未經(jīng)許可的軟盤(pán)、光盤(pán)及移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備，從根本上杜絕病毒的入侵。三、自控運(yùn)行的思考1、某水廠的反應(yīng)池自動(dòng)排泥是根據(jù)PLC設(shè)定的排泥周期和排泥時(shí)間來(lái)自動(dòng)完成開(kāi)閥、排泥計(jì)時(shí)、關(guān)閥等排泥過(guò)程，基本上是以時(shí)間作為運(yùn)行參數(shù)。而污泥的堆積程度與許多因素有關(guān)：源水濁度的變化、絮凝效果的好

13、壞、水體微生物的含量、水量的變化、水溫的變化甚至氣壓的高低都可能影響污泥的堆積程度。排泥量的不穩(wěn)定會(huì)造成沉淀池出水濁度上升，濾池進(jìn)水水質(zhì)下降，濾池負(fù)擔(dān)過(guò)重，從而帶來(lái)濾池運(yùn)行效果下降以及板框機(jī)排泥效率不足（進(jìn)泥含水量過(guò)高）等問(wèn)題。因此，時(shí)間不能作為自動(dòng)排泥的唯一參數(shù)，是否可以加設(shè)泥位計(jì)、污泥界面儀等儀器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沉淀池污泥濃度和泥量，及時(shí)調(diào)整排泥時(shí)間。2、日前，水廠運(yùn)行面臨的挑戰(zhàn)就是在遇到突發(fā)情況（比如雷擊、停電等）而造成自控系統(tǒng)故障無(wú)法正常啟用時(shí)，特別是出現(xiàn)旺季供水時(shí)節(jié)自控故障而導(dǎo)致不能正常供水情況，如何保證水廠穩(wěn)定、持續(xù)供水。這里需要處理的幾項(xiàng)問(wèn)題就是自控系統(tǒng)差錯(cuò)和恢復(fù)水廠各個(gè)運(yùn)行環(huán)節(jié)的手自動(dòng)切換，安全防范措施確保有效等，這里涉及到相關(guān)技術(shù)支持包括上位機(jī)程序重啟、PLC程序丟失、通訊故障應(yīng)急處理、自控模塊線路故障處理。因此，需要進(jìn)行PLC源程序（譯文），常見(jiàn)故障及恢復(fù)說(shuō)明，模塊線路更換連接培訓(xùn)等培訓(xùn)，從而確保后續(xù)廠內(nèi)自控系統(tǒng)能夠進(jìn)行合理調(diào)整、日常維護(hù)、軟件程序重啟復(fù)位、硬件模塊更換，保證自控系統(tǒng)正常運(yùn)行。3、提供一份各個(gè)自控設(shè)備生產(chǎn)廠家（或者經(jīng)銷(xiāo)