水厂自动控制系统的改造设计

张婉青

（南京工业职业技术学院机械工程学院，江苏 南京210046）

0 引言

水厂实现自动化的根本目的是提高生产的可靠性和安全性，实现优质、低耗和高效供水,获得良好的经济效益和社会效益。而在20世纪90年代初，在水厂自动化设计中，过分依赖进口设备，导致系统投资居高不下，性价比不高，在生产运行中也没有得到很好的实施。同时在自动化运行过程中，常常出现设备误动作或故障的现象，需要自动化设计工作中加强控制系统可靠性，提高控制程序智能化程度。因此，目前国内的许多水厂都面临着升级改造的建设任务。本文针对以上问题，对江苏某水厂的自动化控制系统提出了改造方案，并付诸实施。

1 自控系统主要功能描述

水厂自控系统采用分布式集散控制系统，即由中控室操作站组成的上位管理级，和由现场各PLC站分控站及现场在线测量仪表组成的现场管理级。现场各种数据通过分控室分布式集散控制系统采集，并通过高速工业以太网传送到中控室操作站集中监视和管理。同样，中控室监控主机可通过高速工业以太网传送控制命令到分控室现场分布式集散控制系统的测控终端，实施各单元的分散控制。

现场设备设三级控制：就地、现场PLC站（包括工艺设备配套控制设备）、水厂中控室。现场PLC站、水厂中控室级均设有“手动/自动”两种控制方式，就地控制级设有“就地/遥控”两种方式。现场PLC站与中控室控制优先权，以“申请优先”的方式，通过程序确定，为无扰动切换。

当中控室监控设备发生故障，不影响水厂的运行，操作人员可通过各现场PLC站按预先设置的运行模式来监控水厂的运行；当现场PLC站发生故障时，可通过就地控制级上的“就地/遥控”选择开关切换实现就地手动操作。

当厂级数据通讯网络出现故障时，各现场PLC站可独立完成本站的监控任务，使水厂的净水生产流程仍能正常运行。

2 中控室主要功能

（1）信息处理功能：即生成全厂工艺流程、变配电系统实时动态图，提供实用、清晰、友善、中文化的人机界面，生动形象地反映工艺流程、变配电系统的实时数据，完成报警、历史数据、历史趋势曲线的储存、显示和查询。生成、打印各类生产运行管理报表。

（2）设备的控制功能：即在基于图形和中文菜单的方式上，操作人员在中控室操作员站通过键盘或鼠标对现场PLC站的控制参数进行在线修改。在下级释放控制优先权的情况下，对生产过程进行厂一级的控制。具有计算机辅助调度功能，可根据出厂压力自动提出配泵方案。

（3）通讯功能：中控室监控系统与其它系统进行通讯，如与各现场控制单元、与自来水公司调度中心、与水厂MIS系统（预留）之间的通讯。

（4）故障处理和报警功能：本系统具有监视生产过程、设备状态及运行参数变化的能力，并对越限超时等报警进行相应的安全处理。

3 新增PLC站主要功能

3.1 PLC站功能概述

现场各PLC站自动连续监测所辖区域各仪表检测参数和设备运行状况，并通过中间继电器或现场工业总线，对系统的工艺设备进行开停、流量变化等控制。通过现场工业总线与主要工艺设备配电回路电力智能仪表通讯，接收主要设备运行时的电流、有功功率、有功电度等电气参数信号。

在现场PLC站所配彩色触摸屏上动态实时显示相关工艺流程、各主要工艺设备运行状态、工艺参数，使生产管理人员掌握当前生产运行情况。

现场PLC柜负责向所辖区域内的仪表供电。

PLC站主要包括提升泵房PLC站、活性炭滤池PLC主站及各滤格PLC子站、臭氧车间PLC主站及预臭氧池远程站等。由于篇幅关系，重点介绍活性炭滤池PLC主站及各滤格PLC子站的设计。

3.2 活性炭滤池PLC主站及各滤格PLC子站主要功能

活性炭滤池PLC主站主要包括对气冲鼓风机、出口阀门、冲洗泵、冲洗泵出口阀门等监控。对鼓风机出口压力、总管压力、冲洗水泵出口压力、吸水池水位、出水总管流量的实时检测。上述I/O信号通过活性炭滤池PLC主站的输入/输出模块接入，智能电量表可接入该站的MODBUS通讯模块。

滤格PLC子站主要包括对各滤格进水阀、出水阀、水冲阀、气冲阀、排水阀、排气阀等监控。对液位计、出口压力表及整个滤池出水水质仪表的实时检测。上述I/O信号通过活性炭滤池各滤格PLC子站的输入/输出模块接入。

3.3 鼓风机系统及冲洗泵系统切换调度控制程序

鼓风机及其阀门协调连动运行：启动——开放空阀至全开——启动鼓风机至正常运行——打开出口阀门至全开——关闭放空阀至全关——连动启动完成；停止——停鼓风机——关闭出口阀全关——开放空阀至全开——连动停泵完成。

水泵及其出口阀门协调连动运行：启动——关闭阀门至阀门全关——启动水泵至水泵正常运行——打开阀门至全开——连动启动完成；停止——关闭阀门至阀门全关——停水泵——连动停泵完成。

鼓风机及其阀门的连动控制一步化开启流程如图1所示。

4 结束语

本项目是在江苏某水厂自控系统的基础上，增加深度处理的控制系统，并且融入原有的控制系统，使之成为一个有机的整体。整个改造设计包括在水厂原有中控室增加一台工程师/操作员站，负责扩建系统的后台管理,并对中控室原有后台系统进行完善，满足扩建后全厂的运行需求。

图1 鼓风机及其阀门连动控制一步化开启流程图

在生产现场新增提升泵房PLC1，炭滤池PLC2，臭氧车间PLC3；在炭滤池PLC2下挂滤格子站PLC10个，在臭氧车间PLC3下挂预臭氧远程I/O站。经过改造后的自动控制系统，遵循了安全可靠及经济的原则，将自动化技术和制水工艺有机地结合，较大地提高了该水厂的自动化水平。

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