淺談江北水廠的自控系統(tǒng)

馬東俊

（惠州市自來水總公司，廣東惠州 516003）

淺談江北水廠的自控系統(tǒng)

馬東俊

（惠州市自來水總公司，廣東惠州 516003）

淺談惠州市自來水總公司江北水廠一、二期自動(dòng)化控制系統(tǒng)的架構(gòu)、設(shè)計(jì)思路，深入簡(jiǎn)出的總結(jié)了一期生產(chǎn)運(yùn)行過程中的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在二期工藝以及自控方面的優(yōu)化和實(shí)際運(yùn)用中遇到的問題及解決方法。

自控系統(tǒng)；組態(tài)軟件；MELSECNET/H雙環(huán)網(wǎng)

0 前言

惠州市江北水廠占地面積18萬平方米，廠區(qū)位于江北云山27號(hào)小區(qū)，吸水口設(shè)在汝湖蝦村東江邊，設(shè)施規(guī)模日供水能力為60萬m3，計(jì)劃平均分三期進(jìn)行。首期工程1999年9月竣工投產(chǎn)，為了更有力的支持城市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，二期工程應(yīng)運(yùn)而生。公司技術(shù)人員在一期運(yùn)行過程中累計(jì)了不少寶貴經(jīng)驗(yàn)，都投入到二期工程中去，在一年多的建設(shè)時(shí)間里，工程建設(shè)者克服了種種困難，二期供水于2008年4月順利竣工投產(chǎn)，本文淺談水廠一、二期自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及實(shí)際運(yùn)用中遇到的問題及解決方法。

1 設(shè)計(jì)思路和實(shí)際解決方法

兩期工程凈水工藝均為網(wǎng)格反應(yīng)+平流沉淀+ V型濾池，吸水泵房與供水泵房共用，二期工程增添了三期共用的配水井和供水泵房PLC站。在工藝方面：由于一期反應(yīng)池的反應(yīng)時(shí)間過短，混凝效果有待改進(jìn)。在二期工藝上把反應(yīng)池加長(zhǎng)加深30%（一期池深4.5米，池長(zhǎng)18.15米，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)約一倍），達(dá)到延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間的目的，沉淀池的沉淀效果有明顯提高；一期濾池站因?yàn)闆]有做手動(dòng)控制柜，為檢修工作帶來非常不便，二期籌建時(shí)投入資金設(shè)計(jì)了全部閥門的手動(dòng)控制柜，在電腦操作畫面也增加了全部閥門的手動(dòng)控制；為了反沖效果好，進(jìn)水閥選型時(shí)采用調(diào)節(jié)型進(jìn)水閥。在籌備過程中認(rèn)為：PLC設(shè)備選型要和現(xiàn)有組態(tài)軟件SCADA系統(tǒng)相結(jié)合［4］，組態(tài)軟件全稱組態(tài)監(jiān)控專用軟件，英文簡(jiǎn)稱分別為HMI/SCADA也就 是 Human and Machine Interface/Supervisory Control and Data Acquisition，人機(jī)界面/監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。目前水廠SCADA系統(tǒng)應(yīng)用較多的是PC（工控機(jī)）+PLC模式，僅就控制功能而言，PLC具有嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易安裝、易編程、可靠性高的技術(shù)產(chǎn)品，但各廠家各型號(hào)的PLC都是一個(gè)系列化產(chǎn)品的系統(tǒng)平臺(tái)，都有自己封閉的網(wǎng)絡(luò)和通訊協(xié)議，不同廠家的PLC一般不能通訊，必須借助第三方協(xié)議才能實(shí)現(xiàn)，為避免生產(chǎn)運(yùn)行階段的設(shè)備互聯(lián)問題，最好選用同一廠家產(chǎn)品。在硬件設(shè)備方面：一期自控系統(tǒng)架構(gòu)是三菱A系列PLC、組態(tài)軟件GE FANUC FIX7.0、工控機(jī)、PLC網(wǎng)絡(luò)為MELSECNET/10同軸電纜。因此，二期自控系統(tǒng)相應(yīng)采用了三菱Q系列PLC、組態(tài)軟件GE FANUC IFIX4.0、工控機(jī)、PLC網(wǎng)絡(luò)為MELSEC?NET/H光纖。兩期凈水系統(tǒng)采用微機(jī)自控系統(tǒng)、兼有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和微機(jī)手動(dòng)操作，采用PLC+PC（工控機(jī)）的控制方式，具有實(shí)時(shí)多任務(wù)集散型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、冗余設(shè)計(jì)、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、可靠性高，模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有擴(kuò)展靈活、組網(wǎng)強(qiáng)大等特點(diǎn)。

MELSECNET/H網(wǎng)，光纖雙環(huán)，25M高速通訊，光纖網(wǎng)絡(luò)具有信號(hào)損失小、傳輸距離遠(yuǎn)、安全性好、不受雷電及不受電磁干擾等影響。PLC光纖網(wǎng)絡(luò)是一種主、副環(huán)冗余的雙環(huán)網(wǎng)，確保了網(wǎng)絡(luò)通訊的安全性。為了讓一期全部PLC并入二期光纖網(wǎng)，一期PLC同軸電纜均換為光纖并更換相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，將一期原主站，作為一個(gè)子站和其他子站通過光纖模塊全部互聯(lián)組成MELSEC? NET/H網(wǎng)，因?yàn)槭峭粡S家產(chǎn)品，只需在主站上通過GPPW軟件設(shè)置每個(gè)站的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享資源。經(jīng)過整合，水廠的自控網(wǎng)絡(luò)框架如圖1所示。

按生產(chǎn)工藝，共有10個(gè)PLC站，所有PLC按功能分為主站、反沖站、濾池站、投加站、排泥站和供水泵房站。

主站：是自控系統(tǒng)的核心，通過網(wǎng)絡(luò)共享資源，讀取全廠儀表、設(shè)備運(yùn)行信號(hào)經(jīng)過MMI人機(jī)界面就可以監(jiān)控整個(gè)水廠，主站配有以太網(wǎng)模塊，采用星型工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，通過RJ45接口聯(lián)接網(wǎng)線至交換機(jī)，兩臺(tái)工作站電腦網(wǎng)絡(luò)接口連至交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)通訊、雙機(jī)熱備、冗余設(shè)計(jì)，再經(jīng)過IFIX平臺(tái)編程就可以實(shí)現(xiàn)MMI，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析、報(bào)表報(bào)警打印、運(yùn)傳數(shù)據(jù)、聲光報(bào)警等功能。

圖1 水廠的自控網(wǎng)絡(luò)框架

投加站：對(duì)投礬、投氯實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。PLC通過對(duì)水質(zhì)儀表的采集，將部分參數(shù)，例如源水流量、濾后水余氯、SCD值等等，進(jìn)行過程控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)投礬、投氯的自動(dòng)投藥。控制過程：通過采集源水流量和SCD信號(hào)構(gòu)成復(fù)合環(huán)控制。源水流量以（4～20 mA）比例信號(hào)控制計(jì)量泵頻率，SCD儀表通過PID運(yùn)算出SCD反饋值（4～20 mA）控制計(jì)量泵伺服馬達(dá)控制器，控制計(jì)量泵的沖程，兩者組成的復(fù)合環(huán)最終控制計(jì)量泵以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投藥。如圖2所示。

圖2 投礬控制示意圖

投氯：分為前加氯和后加氯；

前加氯：采集實(shí)時(shí)源水流量（4～20 mA）信號(hào)比例投加控制方式；

后加氯：采用以源水流量為前饋，濾后水余氯作反饋的復(fù)合環(huán)控制方式，再通過PID運(yùn)算調(diào)節(jié)控制加氯量。

投氯控制示意圖如圖3所示。

圖3 投氯控制示意圖

排泥站：監(jiān)控排泥車（共8臺(tái)）、排泥閥、配水井設(shè)備，控制方式分為按周期自動(dòng)運(yùn)行、遠(yuǎn)程微機(jī)手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制三種方式。

排泥車自動(dòng)控制采用單程排泥及智能化變速方式，可顯著減少排泥水量，起到節(jié)水、節(jié)能的作用，同時(shí)相應(yīng)減少反應(yīng)沉淀池等的基建和運(yùn)行費(fèi)用。

反沖站：與濾池站緊密結(jié)合，監(jiān)控反沖水泵與風(fēng)機(jī)。

反沖條件：（1）當(dāng)濾池的堵塞度達(dá)到設(shè)定值；（2）過濾周期達(dá)到設(shè)定值；（3）人為強(qiáng)行啟動(dòng)。

反沖過程分為：氣沖、氣水沖、水沖三個(gè)階段。

單格濾池反沖過程：關(guān)閉進(jìn)水閥，等待液位下降到設(shè)定的液位后，關(guān)閉濾閥，關(guān)放氣閥，打開排水閥排水。當(dāng)液位下降到?jīng)_洗液位后，打開設(shè)定的進(jìn)水閥（閥度為20），進(jìn)入少量掃洗水；排水時(shí)間后，向風(fēng)機(jī)房發(fā)氣源命令，依次開兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，稍延時(shí)后打開濾池反沖氣閥。氣沖時(shí)間后，向反沖水泵房發(fā)出水源命令，關(guān)閉一臺(tái)風(fēng)機(jī)，水泵開動(dòng)稍延時(shí)打開濾池反沖水閥，氣、水沖時(shí)間。氣水沖時(shí)間后，關(guān)反沖氣閥，關(guān)風(fēng)機(jī)，開放氣閥，同時(shí)發(fā)命令開第二臺(tái)水泵，經(jīng)水沖時(shí)間后，關(guān)反沖水閥，關(guān)水泵，打開初濾閥30秒后關(guān)排水閥，最后全開進(jìn)水閥。濾池水位升至某一值時(shí)打開濾閥，反沖結(jié)束。濾池進(jìn)入過濾階段。在反沖洗過程中，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將立即中止反沖。

濾池站：備有柜面按鈕手動(dòng)和微機(jī)手動(dòng)操作功能，方便檢修及操作。

濾池站在功能方面分為兩大部分：

（1）與反沖站相結(jié)合，進(jìn)行反沖；

（2）PID恒水位控制濾水。

V型濾池是恒水位等速過濾能保持濾層孔隙內(nèi)水流流速基本恒定或緩慢增減，是保證濾后水水質(zhì)的最好辦法。閥門可根據(jù)池內(nèi)水位的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)開啟程度，以保證池內(nèi)水位恒定。我廠采用智能比例調(diào)節(jié)閥，對(duì)濾池水位進(jìn)行閉環(huán)控制。濾池恒水位控制原理如下：

電子水位感應(yīng)器→PLC→比例調(diào)節(jié)閥→濾閥開度。

當(dāng)濾池水位發(fā)生變化時(shí)，水位壓力變送器即發(fā)出信號(hào)送到PLC系統(tǒng)，經(jīng)過PLC內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，PID運(yùn)算，D/A轉(zhuǎn)換，將結(jié)果送入比例調(diào)節(jié)閥，驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)濾閥開度，使濾池水位保持恒水位不變，從而使濾速保持不變。

供水泵房站：采集出廠水儀表數(shù)據(jù)以及采集每臺(tái)水泵開關(guān)機(jī)信號(hào)及水泵（電機(jī)前后端、繞組、水箱、液壓、前后軸承）溫度，當(dāng)溫度超過設(shè)定值聲光報(bào)警提醒值班人員。

2 效果

每個(gè)自動(dòng)控制的設(shè)備都備有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作，實(shí)用性、直觀性大大增強(qiáng)。江北水廠投產(chǎn)13年（二期供水4年），供水量8億多噸，供水水質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)如渾濁度、pH值游離余氯等綜合合格率達(dá)99.5%以上，優(yōu)于國(guó)家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備自動(dòng)控制的方便性，直觀性，帶來生產(chǎn)效率的大副提高，礬耗、氯耗相應(yīng)減少，生產(chǎn)成本也因而下降。

3 結(jié)束語

自控行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了水廠自控系統(tǒng)的進(jìn)步，江北水廠一、二期供水歷程見證了這一發(fā)展結(jié)果，在二期自控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行過程中，無論是硬件還是軟件，公司技術(shù)人員在一期供水過程中累計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn)上，以人為本、節(jié)能降耗為工作指導(dǎo)，對(duì)水廠的自控系統(tǒng)的優(yōu)化起到不可忽視的作用。

［1］INTELLUTION DYNAMICS iFIX培訓(xùn)手冊(cè)［Z］.Intel?lution，2003.

［2］劉建.水廠泵站遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)改造［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2013（7）：57-59.

［3］羅俏，李志梅.水廠在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的應(yīng)用［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2012（11）：45-48.

［4］MELSEC-Q系列大全［Z］.三菱電機(jī)自動(dòng)化（上海）有限公司，2004.

(編輯：向 飛)

圖9 薄板折邊零件的防粘連設(shè)計(jì)

4 結(jié)束語

彈夾式上料系統(tǒng)，其儲(chǔ)料箱就猶如槍支中的子彈夾一樣，裝料方便，上料容易，供料可靠，搬運(yùn)快捷，減少重復(fù)勞動(dòng)，占用空間小，成本低廉，便于通用化和規(guī)范化，可配套于各種型式的自動(dòng)裝配機(jī)、自動(dòng)絲印機(jī)、零件加工機(jī)，相對(duì)于人工上料、可提高生產(chǎn)效率二倍以上，減少人工一倍以上，在自動(dòng)化生產(chǎn)和裝配中，具有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。

參考文獻(xiàn)：

［1］壽軍波.鋼卷上料自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.機(jī)電工程，2013（1）：81-84，115.

第一作者簡(jiǎn)介：黃發(fā)喜，男，1957年生，陜西商洛人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師。研究領(lǐng)域：廚房家電多士爐的新結(jié)構(gòu)及全自動(dòng)操作；自動(dòng)化制造、裝配的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及設(shè)備。已發(fā)表論文8篇。

(編輯：向 飛)

The Automatic Control System in Jiangbei Water Plant

MA Dong-jun
（Huizhou City Water Corporation，Huizhou516003，China）

Jiangbei Waterworks in one or two stage automation control system of Huizhou City Water Corporation of the architecture, design idea,depth summarizes the production process in a stage production experience,ask questions encountered in the two period and the optimization of process and control aspects and the practical application of solutions.

automatic control system；configuration software；MELSECNET/H loop network

TP273

A

1009－9492(2014)07－0137－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.040

馬東俊，女，1979年生，河南南陽人，大學(xué)本科，工程師。研究領(lǐng)域：水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的安全和研究。

2014－05－04