城市供水自動化檢測系統在甘河子水廠的應用

曹林霞，胡　萍，陳　勇（新疆怡林實業股份有限公司，新疆　烏魯木齊　830063）

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城市供水自動化檢測系統在甘河子水廠的應用

曹林霞，胡萍*，陳勇
（新疆怡林實業股份有限公司，新疆烏魯木齊830063）

摘要：本文介紹了甘河子水廠計算機自動控制系統的設計、系統組成與使用，水廠計算機自動控制系統作為保證安全、連續、優質供水的措施，其應用前景非常廣闊。

關鍵詞：恒壓供水；PLC控制；光纖環網；供水企業自動化；動態監測；系統調試

供水工程是一個關系國計民生的重要產業，隨著我國改善人民生活條件、提高勞動生產力水平等目標的實現，對自來水水質的要求也越來越高[1]。本文以甘河子飲水安全工程水廠的計算機自動控制系統為實例，結合凈水處理工藝的特點，介紹了該水廠工藝流程、工藝特點，并根據現場設備及控制對象特點進行了控制系統的開發，設計了由基礎自動化層和過程監控層組成的2級計算機控制系統。基礎自動化層接受過程控制系統的各種指令，完成控制功能，并把工藝參數、設備狀態等數據傳送給過程控制系統，由過程控制系統完成對水處理過程的監督、優化控制、故障診斷、操作指導等，保證水廠得以最安全、最優化的方式運行，為甘河子的經濟發展和人民生活水平的提高提供應有的保障。

1　總體框架設計

1.1系統結構

計算機監控層（水廠中心控制室）：水廠中央監控系統設在水廠廠區綜合辦公樓中心控制室。通過單模光纖或無線通訊方式實現全廠生產過程的實時監控及系統運行維護。

PLC監控層：PLC1控制站設在機械攪拌澄清池車間，PLC3控制站設在變配電室，PLC2控制站設在濾池間室，上述3個主現場控制站通過有線或無線的通訊方式與設在水廠的計算機監控層進行通信。

1.2系統組成

系統設備由新疆怡林實業股份有限公司提供，該設備符合或者超過控制要求水平，在性能、價格比、經久耐用和功能方面都完全滿足控制要求。

本系統方提供的中央控制計算機系統由現場PLC控制系統、儀表監測系統、防雷接地系統、工業電視監控系統等組成，是根據以往的實踐經驗和工程功能要求緊密結合而設計的，在可靠性、易用性等方面都完全滿足或者超過控制所要求的水平。

自控系統采用PLC+計算機的方式構成，是一種典型的集散控制方式。它充分體現了“分散控制、集中管理、數據共享”的原則，為每道工藝、每一設備的控制提供標準的解決方案，能適應過程控制、順序控制、連鎖控制、單體設備的步進控制、開/關機等各種控制。

通過自動控制系統，監控計算機通過工業以太網絡或無線通訊方式與PLC控制系統中各主站的PLC控制器進行通訊，把PLC采集的實時數據和受控設備的狀態信息制成各種報表、曲線、數據庫等，并提供充分方便、友好的人機界面，操作員可通過鍵盤或鼠標下達各種調度指令和調整工藝參數，起到集中管理的作用。

2　系統組成與使用

2.1中央計算機系統

系統中的硬件和軟件都具有充分的可擴展及升級能力。系統軟件使用基于客戶機/服務器（C/S）結構開放的WindowsXP系統軟件。

管理軟件采用北京杰控系統公司組態軟件，它具有友好的圖形用戶界面，系統的配置組態、實時采樣、控制點組態、控制過程組態、流程顯示、操作畫面組態、生產記錄、統計報表組態等均為模塊化設計。系統實時數據庫符合工業數據庫的發展方向，實現真正的開放互連及分布式的數據庫管理。

2.2現場控制系統

PLC控制器作為現場控制站，擔負著整個供水處理的自動控制任務。供水廠自動控制系統是通過PLC控制器來實現的，PLC控制器通過采集現場儀表的生產實時數據和控制設備的狀態信息，根據供水處理的工藝要求，實現供水處理的過程控制、順序控制、連鎖控制、設備的開機、停機等各種控制。同時PLC控制器通過現場儀表采集水位、流量等生產實時數據，主站PLC控制器對采集的數據進行分析，當超過設定報警值時，發出報警信號，提醒操作人員注意。PLC控制器根據現場工藝的要求，自動控制現場設備的運行，完成供水廠的自動控制。

2.3現場控制箱（柜）人工手動控制

通常在設備處于檢修、手動工況時采用人工控制。此時，操作人員可通過現場控制箱（柜）上的按鈕啟/停相應的設備。當中心控制室監控設備發生故障時，不影響供水廠各凈水構筑物的正常運行。各現場PLC站可按預先設置的運行模式來監控各工藝流程的運行。當現場PLC站發生故障時，可通過就地控制級上的“就地/遙控”選擇開關切換實現設備的就地手動操作。

2.4儀表監測系統

在各生產工藝段配置相應的檢測儀表，與PLC結合為工藝生產運行服務，自動控制相關設備的運行和故障檢測、報警。水廠自控系統工程儀表系統選型設計完全按照現場工藝設計要求，儀表系統的配置服務于工藝要求，與自控系統有機結合實現全廠的監控管理功能。

2.5防雷系統

由于本工程中采用了電子設備，因而一旦遭受雷擊，必將造成不可估量的損失。為了保證各系統的正常運行，保障有關人員的人身安全，建立完善的、符合國家標準的接地及防雷保護系統是非常必要的。系統防雷由電源防雷器、儀表信號防雷器等防雷裝置組成。

3　系統功能實現

供水處理廠自控系統工程主要需完成以下功能：（1）對供水處理工藝各個部分的設備進行監控；（2）對主體工藝流程的各個部分物位進行在線檢測；（3）協調各部分設備的運行，實現全過程的自動控制，滿足工藝要求；（4）設置中心控制室，使操作人員在控制室就能對遠程的設備進行監控；（5）設置動態顯示全廠工藝流程和設備運行狀態的實時運行工況和實時運行數據等；（6）設置現場操作站，更好的指導生產；編制的監控軟件具備良好的人機接口界面，方便操作人員了解生產過程，完成相關操作。

4　推動供水自動化系統應用建設的建議

（1）動態監測站的穩定性有待提升，分布太過分散，布局不夠合理，不能形成集中統一的系統化管理，系統監測人員參差不齊，綜合素質有待提高。加強人員培訓學習，提升專業素質，將會大大提高監測站的綜合效率。隨著我國加工業和信息產業的發展以及水處理工藝的不斷改進，將先進控制思想同新型處理工藝相結合，突破傳統控制的方式，使水處理向智能化、無人化方向發展將是水處理自動化發展的一個主要方向。（2）對自動化水平較低的系統進行改造升級，也是具有現實意義的課題，我國目前許多中小型凈水廠都需要自動化改造。以有限的資金改善生產控制系統，獲得較高的性能價格比，既可以改善為用戶服務的質量，也為企業本身提高了經濟效益。本文利用軟件網關等一系列技術解決了供水企業自動化系統改造中的一些難題。目前我國水工業的自動化水平雖然不高，但隨著社會的發展，供水企業的自動控制和優化的研究將會變得越來越重要。（3）供水企業與人民生活直接相聯系，其運轉情況直接影響著人民生活的質量，意義十分重要。供水企業的自動控制系統，是監測、控制凈化水水質的手段，也是保障可靠供水的方法，還是企業減低成本，提高經濟效益的途徑，具有很高的研究價值。

5　結語

甘河子水廠控制系統自投入使用后運行平穩，不但滿足了甘河子地區生活用水的自動化控制，而且改善了水廠工作人員的操作環境，降低了勞動強度，減少了水廠運行的水耗和電耗，達到了預期效果。水處理是涉及生物、化學、物理等多門學科的綜合性技術，其工藝機理較為復雜。計算機系統的設計既不能采取簡單移植的方法，也不能完全趨附于工藝使之過分復雜化[2-3]。由于我國水處理業的快速發展，開發出既滿足工藝要求又符合計算機控制規律的系列化控制模式和商品化控制軟件將是水處理市場的迫切要求。

參考文獻

[1]宋序彤.我國城市供水發展有關問題分析[[Jl.城鎮供水. 2001（2）：22-27.

[2]趙鈺，徐征和.龍口市地下水信息化管理系統的應用研究[J].地下水，2010（4）：91-93.

[3]楊忠山.北京市地下水監測示范工程的建設和應用[J].地下水，2005，27（5）：385-386.

收稿日期：2016—05—12

*通訊作者：胡萍（1968-），女，工程師，從事機械電子應用工作。E-mail：956787221@qq.com。