自來水廠自動控制系統的應用

【摘要】自來水廠的工藝特點是各工藝單元既相對獨立，同時各單元之間又存在一定的聯系。根據這個特點，介紹了采用光纖以太網組成，控制中心兩臺監控計算機通過以太網交換機與各PLC工作站相連接的自來水廠自控系統。

【關鍵詞】自來水廠；工藝單元；自控系統；PLC；檢測參數；控制功能

【中圖分類號】C931.9 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0270-02

我國自來水廠的自動化工作起步較晚，但發展很快。從六十年代簡單的水位自動控制發展到七十年代采用熱工儀表和集中巡檢裝置，八十年代以后隨著國家工業水平的整體提高，使水廠進入了大規模的發展年代，特別是隨著外資的引入，大量國外先進的自動化控制技術與設備進入我國，建成了一批全引進的水廠，使我國水廠自動化進程大大加快，自動化水平也快速提高。

自來水廠的工藝特點是各工藝單元既相對獨立，同時各單元之間又存在一定的聯系。正因為各工藝單元相對獨立，因此通常將整個工藝按控制單元劃分，主要包括：取水泵房自動控制系統、送水泵房自動控制系統、加藥加氯自動控制系統、公共沖洗控制系統、反應沉淀池控制系統等、根據這些特點，采用多主站加多從站結構，能夠較好的滿足國內水廠自動化的監控、保護要求。

1.系統網絡結構

該方案采用光纖以太網組成，控制中心兩臺監控計算機通過以太網交換機與各PLC工作站相連接，兩臺監控計算機互為冗余，按無人值班（少人值守）運行方式設計。網絡上的各部分設備中任一部分不工作或故障，不影響系統其它部分的運行。

該方案由主控級（控制中心）和PLC1、PLC2、PLC3、PLC4、PLC5、PLC6現地控制單元組成，主控級設有二臺冗余工作的主機操作員工作站，作為控制中樞，非運行期間作為培訓等。主控級除完成對被控對象的監視控制外，還具有與Internet通信及其他外部系統通信并留有與辦公自動化聯機接口，是整個監控系統的控制核心。現地單元級設6套現地測控單元LCU，直接面向生產過程，負責對現場數據的采集和處理，能夠獨立或按主控級的命令完成對所有被控對象的監視和控制。每臺PLC柜上均配有觸摸屏。主控級監控計算機之間以及與現地單元級各控制單元均可采用TCP/IP以太網聯接，采用以太網直接聯接，傳輸速率高，安全穩定性好。

2.各分站描述

2.1 取水泵站PLC1

2.1.1 主要檢測參數

原水PH值、流量、溫度、濁度；原水進水閥開度、原水進水閥超限位報警、原水進水閥限位開關、原水進水閥故障報警。

2.1.2 主要控制功能

原水泵控制；接受并執行來自監控計算機的正確指令和參數設置；將原水泵及吸水井的運行狀態及參數傳送至監控計算機。

2.2 加藥加氯PLC2

2.2.1 主要檢測參數

溶解池、溶液池液位連續檢測、高低位、超高位報警；計量泵開停、計量泵手/自動、計量泵故障、計量泵沖程檢測、計量泵變頻裝置頻率檢測、計量泵變頻裝置故障檢測、計量泵變頻裝置手/自動；攪拌器開停、故障；稀釋水閥開關狀態；進/出液閥開關狀態。氯瓶稱重、氯氣投加量、漏氯報警、加氯機開/停狀態；氯路切換及電動球閥工作狀態；空瓶信號檢測。

2.2.2 主要控制功能

加藥泵的控制；溶藥池相關設備的監控；加氯系統的監控；將加藥泵、加氯設備、藥池等的運行狀態及相關的參數傳送至監控計算機；接受并執行來自監控計算機的正確指令和參數。

2.3 公共沖洗PLC3

濾池PLC站考慮用1臺公共沖洗PLC主站，外加12臺濾池的PLC子站組成1個二級控制系統，主站與子站之間用MODBUS網絡連接，主站與子站之間采用集中管理、分散控制方式，主站與子站從系統上互為后備，濾池的運行與反沖程序編寫在子站內，使系統更安全，同時分散的I/O又使濾池的控制系統電纜連線更為減少，使維護更加方便。

2.3.1 公共沖洗PLC站

2.3.1.1 主要檢測參數

反沖洗水泵開停、故障、手/自動；反沖洗水泵電流；出口閥開關狀態、故障狀態、手/自動；反沖洗鼓風機開停、故障、手/自動；出口閥開關、故障、手/自動；出口旁路閥開關、故障、手/自動；反沖洗水流量。

2.3.1.2 主要控制功能

旁路閥控制，沖洗控制，保護設備停車控制，反沖洗水泵備用切換，鼓風機備用切換。

鼓風機開/停、相關閥開/關當濾池PLC子站接到發出的反沖洗請求，鼓風機開始工作，相關的閥門打開，反沖洗完成后，鼓風機停止工作，相關的閥門關閉。

水泵的開/停、相關閥的開/關當濾池PLC子站接到發出的反沖洗請求，水泵開始工作，相關的閥門打開，反沖洗完成后，水泵停止工作，相關的閥門關閉。

2.3.2 各濾池PLC站

2.3.2.1 主要檢測參數

每個濾池的水位連續檢測及顯示、水頭損失檢測、渾水閥、清水閥、反沖洗閥、排污閥、反沖氣閥、排氣閥等設備工作狀態，故障狀態的檢測，手/自動狀態；清水閥閥門開度、開關限位、超開/超關狀態報警。

2.3.2.2 主要控制功能：

濾池的恒水位過濾控制PLC根據每個濾池的液位計（可設定高低限報警）給出的信號，控制濾池出水閥門的開度，以保證濾池的水位恒定。濾池PLC裝有恒水位控制軟件，恒水位控制軟件是根據每格濾池中的液位信號控制出水調節閥的開度，保證濾池中水位的恒定，其控制精度≤210cm，而且調節閥的動作穩定。

濾池的反沖洗控制對于反沖洗的控制采用三種反沖洗控制方式：過濾周期：根據工藝要求，設定濾池的最大過濾時間，在濾池開始過濾時，濾池PLC子站開始計時，并與設定值比較，當兩者相等時，濾池PLC向PLC子站發出反沖洗請求。

2.4 送水泵站PLC4

2.4.1 主要檢測參數

變電所總電流、有功功率、電壓、分路電流、有功功率、總電路開關、分路開關運行狀態、時間記錄；PH值、液位、濁度、流量、余氯；出廠水閥開度、超開/超關限位、報警、出廠水閥開關限位。

2.4.2 主要控制功能

送水泵的控制；接受并執行來自監控計算機的正確指令和參數。

2.5 1#～2#沉淀池現場PLC站PLC5和PLC6

2.5.1 主要檢測參數

沉淀池水位、SCD、沉淀后濁度、沉淀池分管進水閥開關位置限位、沉淀池分管進水閥開關狀態、沉淀池分管進水閥手/自動狀態、沉淀池分管進水閥故障狀態；排泥機運行/停止狀態、排泥機前進/后退、排泥機手/自動、排泥機故障、排泥閥開關狀態、真空泵開/停、排泥機行程頭尾極限限位、排泥機行程分段限位。

2.5.2 主要控制功能

根據生產需要啟用/停用沉淀池；根據污泥濃度開關或時間周期進行排泥控制。

該自動控制方案控制點分布在水廠內不同的位置，采用就近控制原則，在設備集中區分別設置不同的PLC站對該區域設備進行監控，再通過通訊網絡，各PLC站之間進行數據通訊，實現整個水廠的自動化控制。該方案優點是使控制系統更加可靠，當某一控制單元發生故障時不會嚴重影響其它單元的自動運行，同時由于單元內控制設備、檢測儀表就近相連，減少了布線成本。

參考文獻

[1]敖波，黃錦繡.西門子S7—300PLC在自來水廠自動控制中的應用[J].沈陽大學學報.2004.06

[2]張大為，張瑩，戴春琴.自動控制技術在自來水廠的應用[J].電氣技術.2009.O 3

[3]中國科技縱橫.2010.11.自動控制系統在水廠中的應用[J].朱強