浅谈江北水厂的自控系统

马东俊

（惠州市自来水总公司，广东惠州 516003）

浅谈江北水厂的自控系统

马东俊

（惠州市自来水总公司，广东惠州 516003）

浅谈惠州市自来水总公司江北水厂一、二期自动化控制系统的架构、设计思路，深入简出的总结了一期生产运行过程中的生产经验，在二期工艺以及自控方面的优化和实际运用中遇到的问题及解决方法。

自控系统；组态软件；MELSECNET/H双环网

0 前言

惠州市江北水厂占地面积18万平方米，厂区位于江北云山27号小区，吸水口设在汝湖虾村东江边，设施规模日供水能力为60万m3，计划平均分三期进行。首期工程1999年9月竣工投产，为了更有力的支持城市的经济建设，二期工程应运而生。公司技术人员在一期运行过程中累计了不少宝贵经验，都投入到二期工程中去，在一年多的建设时间里，工程建设者克服了种种困难，二期供水于2008年4月顺利竣工投产，本文浅谈水厂一、二期自控系统的设计思路及实际运用中遇到的问题及解决方法。

1 设计思路和实际解决方法

两期工程净水工艺均为网格反应+平流沉淀+ V型滤池，吸水泵房与供水泵房共用，二期工程增添了三期共用的配水井和供水泵房PLC站。在工艺方面：由于一期反应池的反应时间过短，混凝效果有待改进。在二期工艺上把反应池加长加深30%（一期池深4.5米，池长18.15米，反应时间延长约一倍），达到延长反应时间的目的，沉淀池的沉淀效果有明显提高；一期滤池站因为没有做手动控制柜，为检修工作带来非常不便，二期筹建时投入资金设计了全部阀门的手动控制柜，在电脑操作画面也增加了全部阀门的手动控制；为了反冲效果好，进水阀选型时采用调节型进水阀。在筹备过程中认为：PLC设备选型要和现有组态软件SCADA系统相结合［4］，组态软件全称组态监控专用软件，英文简称分别为HMI/SCADA也就 是 Human and Machine Interface/Supervisory Control and Data Acquisition，人机界面/监视控制和数据采集。它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。目前水厂SCADA系统应用较多的是PC（工控机）+PLC模式，仅就控制功能而言，PLC具有严谨、方便、易安装、易编程、可靠性高的技术产品，但各厂家各型号的PLC都是一个系列化产品的系统平台，都有自己封闭的网络和通讯协议，不同厂家的PLC一般不能通讯，必须借助第三方协议才能实现，为避免生产运行阶段的设备互联问题，最好选用同一厂家产品。在硬件设备方面：一期自控系统架构是三菱A系列PLC、组态软件GE FANUC FIX7.0、工控机、PLC网络为MELSECNET/10同轴电缆。因此，二期自控系统相应采用了三菱Q系列PLC、组态软件GE FANUC IFIX4.0、工控机、PLC网络为MELSEC⁃NET/H光纤。两期净水系统采用微机自控系统、兼有现场手动和微机手动操作，采用PLC+PC（工控机）的控制方式，具有实时多任务集散型网络控制系统、数据处理能力强、能对生产过程进行实时监控、冗余设计、系统稳定性好、可靠性高，模块的结构设计具有扩展灵活、组网强大等特点。

MELSECNET/H网，光纤双环，25M高速通讯，光纤网络具有信号损失小、传输距离远、安全性好、不受雷电及不受电磁干扰等影响。PLC光纤网络是一种主、副环冗余的双环网，确保了网络通讯的安全性。为了让一期全部PLC并入二期光纤网，一期PLC同轴电缆均换为光纤并更换相应网络模块，将一期原主站，作为一个子站和其他子站通过光纤模块全部互联组成MELSEC⁃ NET/H网，因为是同一厂家产品，只需在主站上通过GPPW软件设置每个站的相关网络参数即可实现网络共享资源。经过整合，水厂的自控网络框架如图1所示。

按生产工艺，共有10个PLC站，所有PLC按功能分为主站、反冲站、滤池站、投加站、排泥站和供水泵房站。

主站：是自控系统的核心，通过网络共享资源，读取全厂仪表、设备运行信号经过MMI人机界面就可以监控整个水厂，主站配有以太网模块，采用星型工业以太网结构，通过RJ45接口联接网线至交换机，两台工作站电脑网络接口连至交换机，实现通讯、双机热备、冗余设计，再经过IFIX平台编程就可以实现MMI，实现对生产现场设备状态的实时监测、远程控制、生产过程数据存储分析、报表报警打印、运传数据、声光报警等功能。

图1 水厂的自控网络框架

投加站：对投矾、投氯实现自动控制。PLC通过对水质仪表的采集，将部分参数，例如源水流量、滤后水余氯、SCD值等等，进行过程控制，以实现对投矾、投氯的自动投药。控制过程：通过采集源水流量和SCD信号构成复合环控制。源水流量以（4～20 mA）比例信号控制计量泵频率，SCD仪表通过PID运算出SCD反馈值（4～20 mA）控制计量泵伺服马达控制器，控制计量泵的冲程，两者组成的复合环最终控制计量泵以实现自动投药。如图2所示。

图2 投矾控制示意图

投氯：分为前加氯和后加氯；

前加氯：采集实时源水流量（4～20 mA）信号比例投加控制方式；

后加氯：采用以源水流量为前馈，滤后水余氯作反馈的复合环控制方式，再通过PID运算调节控制加氯量。

投氯控制示意图如图3所示。

图3 投氯控制示意图

排泥站：监控排泥车（共8台）、排泥阀、配水井设备，控制方式分为按周期自动运行、远程微机手动控制和现场手动控制三种方式。

排泥车自动控制采用单程排泥及智能化变速方式，可显著减少排泥水量，起到节水、节能的作用，同时相应减少反应沉淀池等的基建和运行费用。

反冲站：与滤池站紧密结合，监控反冲水泵与风机。

反冲条件：（1）当滤池的堵塞度达到设定值；（2）过滤周期达到设定值；（3）人为强行启动。

反冲过程分为：气冲、气水冲、水冲三个阶段。

单格滤池反冲过程：关闭进水阀，等待液位下降到设定的液位后，关闭滤阀，关放气阀，打开排水阀排水。当液位下降到冲洗液位后，打开设定的进水阀（阀度为20），进入少量扫洗水；排水时间后，向风机房发气源命令，依次开两台风机，稍延时后打开滤池反冲气阀。气冲时间后，向反冲水泵房发出水源命令，关闭一台风机，水泵开动稍延时打开滤池反冲水阀，气、水冲时间。气水冲时间后，关反冲气阀，关风机，开放气阀，同时发命令开第二台水泵，经水冲时间后，关反冲水阀，关水泵，打开初滤阀30秒后关排水阀，最后全开进水阀。滤池水位升至某一值时打开滤阀，反冲结束。滤池进入过滤阶段。在反冲洗过程中，任何一个环节出现故障，将立即中止反冲。

滤池站：备有柜面按钮手动和微机手动操作功能，方便检修及操作。

滤池站在功能方面分为两大部分：

（1）与反冲站相结合，进行反冲；

（2）PID恒水位控制滤水。

V型滤池是恒水位等速过滤能保持滤层孔隙内水流流速基本恒定或缓慢增减，是保证滤后水水质的最好办法。阀门可根据池内水位的高低自动调节开启程度，以保证池内水位恒定。我厂采用智能比例调节阀，对滤池水位进行闭环控制。滤池恒水位控制原理如下：

电子水位感应器→PLC→比例调节阀→滤阀开度。

当滤池水位发生变化时，水位压力变送器即发出信号送到PLC系统，经过PLC内部的A/D转换，PID运算，D/A转换，将结果送入比例调节阀，驱动调节滤阀开度，使滤池水位保持恒水位不变，从而使滤速保持不变。

供水泵房站：采集出厂水仪表数据以及采集每台水泵开关机信号及水泵（电机前后端、绕组、水箱、液压、前后轴承）温度，当温度超过设定值声光报警提醒值班人员。

2 效果

每个自动控制的设备都备有现场手动操作，实用性、直观性大大增强。江北水厂投产13年（二期供水4年），供水量8亿多吨，供水水质各项指标如浑浊度、pH值游离余氯等综合合格率达99.5%以上，优于国家生活饮用水标准，设备自动控制的方便性，直观性，带来生产效率的大副提高，矾耗、氯耗相应减少，生产成本也因而下降。

3 结束语

自控行业的发展，促进了水厂自控系统的进步，江北水厂一、二期供水历程见证了这一发展结果，在二期自控系统工程设计、运行过程中，无论是硬件还是软件，公司技术人员在一期供水过程中累计的工作经验上，以人为本、节能降耗为工作指导，对水厂的自控系统的优化起到不可忽视的作用。

［1］INTELLUTION DYNAMICS iFIX培训手册［Z］.Intel⁃lution，2003.

［2］刘建.水厂泵站远程实时控制系统改造［J］.机电工程技术，2013（7）：57-59.

［3］罗俏，李志梅.水厂在线振动监测与分析系统的应用［J］.机电工程技术，2012（11）：45-48.

［4］MELSEC-Q系列大全［Z］.三菱电机自动化（上海）有限公司，2004.

(编辑：向 飞)

图9 薄板折边零件的防粘连设计

4 结束语

弹夹式上料系统，其储料箱就犹如枪支中的子弹夹一样，装料方便，上料容易，供料可靠，搬运快捷，减少重复劳动，占用空间小，成本低廉，便于通用化和规范化，可配套于各种型式的自动装配机、自动丝印机、零件加工机，相对于人工上料、可提高生产效率二倍以上，减少人工一倍以上，在自动化生产和装配中，具有非常广阔的应用前景[1]。

参考文献：

［1］寿军波.钢卷上料自动控制系统的设计［J］.机电工程，2013（1）：81-84，115.

第一作者简介：黄发喜，男，1957年生，陕西商洛人，大学本科，高级工程师。研究领域：厨房家电多士炉的新结构及全自动操作；自动化制造、装配的产品结构及设备。已发表论文8篇。

(编辑：向 飞)

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

马东俊，女，1979年生，河南南阳人，大学本科，工程师。研究领域：水厂自动化系统的安全和研究。

2014－05－04