孟加拉国帕德玛水厂自控系统的设计

□ 李海波□ 赵小磊 □ 李传东

1.中工国际工程股份有限公司 北京 100080

2.中国市政工程西北设计研究院有限公司 北京分公司 北京 100037

3.山东钢铁股份有限公司莱芜分公司 能源动力厂 山东莱芜 271104

1 设计背景

孟加拉国帕德玛水厂位于于孟加拉国达卡市南部，帕德玛河（恒河）北岸，是一座日处理能力45万t的水厂。

中工国际工程股份有限公司于2014年启动帕德玛水厂的设计及建设工作。项目建成后，帕德玛水厂将解决孟加拉国达卡市的供水短缺问题，是孟加拉国的一项民生工程。

2 水厂工艺流程

帕德玛水厂主要由三部分组成。

第一部分为位于帕德玛河北岸的原水车间，将帕德玛河水引入水泵房，加压后通过输水管线输送到净水厂。设计取水量为4.95×105m3/d，进水泵房的设计流量为5.73 m3/s。进水泵房配有六台立式混流泵，其中四台日常使用，一台备用，还有一台作为备件不安装。每台泵流量为1.43 m3/s，扬程为17 m，电机功率为350 kW，并配有一套变频器。

第二部分为净水厂，净水厂负责对原水进行澄清、过滤，然后通过送水泵房送入输送管线。送水泵房计划安装八台泵，至少有两种可变输送速度。六台泵用于正常使用，另外两台备用。每台泵的排放量为0.87 m3/s，扬程为 57 m，转速为970 r/min，电机功率为710 kW。

第三部分为增压泵房。增压泵房将处理后的水供向城市供水管网。增压泵房出水管道上的压力为0.30 MPa，日供水量为4.5×105m3/d。泵房内设有八台水泵，均有两个可变输送速度。六台泵正常使用，两台备用。每台泵的流量为0.87 m3/s，转速为970 r/min，电机功率为1 000 kW。

水厂的主要工艺参数见表1、表2。

表1 原水主要工艺参数

表2 净水主要工艺参数

3 水厂自控系统

3.1 设计步骤

（1）确定设计依据和范围，包括设计的依据性文件和资料、适用的设计规范和标准、其它专业所提供的设计委托书等。

（2）根据工艺要求及总图布置，确定自控系统的控制方式和拓扑图。

（3）根据各车间工艺设备情况，确定每台可编程序控制器（PLC）的具体配置情况，包括通信接口模块及输入、输出模块。

（4）确定上位机监控系统和网络通信方式。

（5）确定中央控制室和电控室的布置方式。

（6）确定自动控制设备选型。

（7）完成自动控制系统设备非标设计和施工图设计。

（8）结合工艺要求，完成编程调试工作。

3.2 总体方案

水厂自控系统设计遵循技术先进、经济合理、运行可靠、操作方便的原则,根据工艺要求、流程特点、操作需要，以集中监视、分散控制为主，采用设置现场分布式控制站的方式完成生产过程的数据采集、过程控制、信息处理、安全报警、联锁保护等功能。在主控室设置上位机操作员站和工程师站，可以实现操作员对全厂生产情况监控，以及生产数据的存储与报表打印功能[1]。

根据水厂总图布置方式，设置四套现场PLC控制站。1号PLC控制站设置于反冲洗泵房配电室，2号PLC控制站设置于送水泵房配电室，3号PLC控制站设置于投药车间控制室，4号PLC控制站设置于加氯车间控制室。每一个现场PLC控制站都可以独立完成对工艺工段进行生产过程控制，现场PLC控制站与变频器，以及软启动器与远程子站之间通过现场总线通信。每个现场PLC控制站通过工业以太网相互连接，形成一个光纤冗余环网结构。环网通过设置在中控室的交换机与上位机相连，并预留与二、三级管理系统通信接口。这样整个控制网络拓扑结构为一个分层控制网络，可以将电气、仪控、信息管理通过数据连接，实现电气控制信息一体化[2-3]。水厂控制系统结构如图1所示。

水厂的主要流程为：原水→格栅和配水池→澄清池→过滤池→净水蓄水池→送水泵房→输水管→增压泵站→注入点。

3.3 反冲洗泵房PLC控制站

反冲洗泵房PLC控制站设在反冲洗泵房的配电室，负责以下设备监控和工艺参数的采集。

（1）控制井。测量流入流量、混浊度、pH值、温度、溶解氧和控制井水位等。

（2）澄清池。测量澄清池的污泥界面和出水混浊度。监测设备状态，以及控制搅拌器。

图1 水厂控制系统结构

（3）过滤。测量格栅过滤池的压力损失、过滤水位和过滤出水混浊度等。监测入水气动蝶阀、出水气动蝶阀、反冲洗进水气动蝶阀、反冲洗排水气动蝶阀和排气电磁阀的设备状态[4]。

（4）反冲洗室。测量水流、气流、风管压力、水管压力。监测反冲洗泵、鼓风机和空气压缩机。

反冲洗泵房PLC控制站工艺控制的作用如下。

（1）根据高密度澄清池的污泥界面，控制运行排污泵。

（2）根据进水流量和高密度澄清池出水混浊度，控制比例剂量。

（3）根据格滤池的水位，控制出水气动蝶阀，保持水位恒定。

（4）根据过滤压力损失和反冲洗期，控制每个气动阀的开关，实现顺序反冲洗。一次只允许清洗一个格滤池，在这个格滤池清洗过程中，禁止其它格滤池启动清洗程序[5]。

（5）根据反冲洗池水位保护反冲洗泵。当水位太低时，停泵以防止空运行。

3.4 送水泵房PLC控制站

送水泵房PLC控制站设置在送水泵房和配电室，负责以下设备监控和工艺参数的采集。

（1）变配电房。中压系统微机综合保护与自动控制系统连接，通过通信接口，获得电力参数。

（2）水泵房。测量吸水井水位、出水流量、出水管压、出水剩余氯、出水混浊度和pH值等，并监控水泵。

（3）清水池。测量清水池的水位。

送水泵房PLC控制站工艺控制的作用如下。

（1）根据吸水井水位参数保护送水泵。当水位较低时，停泵以防止空运行。

（2）根据出水管压力，控制送水泵的变频，以实现恒压水供给。送水泵房计划安装八台泵，六用两备，其中两台为变频控制。通过设置水泵的并联特性曲线，结合配水量、出水管压力值，使送水泵工作在高效区范围内。每台送水泵出水管上安装电动出水阀及液力缓闭止回阀，当阀门正常关闭或水泵机组发生事故时，液力缓闭止回阀自动关闭，消除停泵水锤，使出水管水压保持平稳，保证水泵及管道的安全运行。水泵的启停与电动阀一步化操作。

3.5 投药车间PLC控制站

投药车间PLC控制站设置在投药车间的控制室，负责设备监控和工艺参数的采集，具体有化学溶解槽水位、计量箱水位等，同时监控计量泵和搅拌机的动作过程。

投药车间PLC控制站工艺控制的作用如下。

（1）通过水位控制化学溶解搅拌机的启停。

（2）当搅拌室的计量泵失效或未以最小标准计量时，由警报设备提醒。

3.6 加氯车间PLC控制站

加氯车间PLC控制站设置在投药车间的控制室，负责以下设备监控和工艺参数的采集。

（1）测量氯气瓶的质量和氯气泄漏警报器。

（2）监控加氯机。

加氯车间PLC控制站工艺控制的作用如下。

（1）根据总进水参数，控制进水氯化井以实现氯配比的控制。

（2）根据清水池的水流和进水残余氯，控制清水池进水管以实现复合环路加氯的控制[6]。

3.7 中央控制室

中央控制室内放置三个操作员站、一个工程师站、两台打印机、一台投影仪，以及不间断电源、网络交换机等。中央控制室布置如图2所示。

图2 中央控制室布置

操作员站采用三台硬件配置相同的工业计算机，软件采用基于WinCC平台开发的专用监控系统，正常运行时采用两用一备方式，提高系统的可靠性。工程师站采用专用工控机，可使仪控工程师在线实时监控各PLC控制站、变频器、软启动器运行状态，在线修改PLC应用程序，以及处理紧急事故[7]。

3.8 人机交互界面功能

（1）使操作人员对全厂生产情况和设备运行情况进行实时监视。如送水泵房内各台送水泵的工作状态显示，包括泵电机的启停、电压、电流、频率、转速、机组运行工况、流量、压力、水位信号、温度、混浊度等主要生产运行参数[8]。

（2）使操作人员对全厂各设备进行远程控制。如操作员站可远程对设备的启停进行操作。

（3）对生产过程数据进行采集、处理、存储、显示和打印，包括工作班组记录、操作记录、设备运行记录、报警记录、历史趋势和动态流程画面等[9]。

（4）报表生成及打印，包括日报表、月报表、年报表及多年历史数据。

（5）提供系统分级管理功能，对不同级别操作人员提供不同的监控权限。

4 结语

孟加拉国帕德玛水厂自控系统设计时，在确保高可靠性的基础上实现了智能化、网络化和低成本的特点。通过对设备的集中管理与分散控制，确保生产正常稳定运行，并进一步促进生产效率的提升，降低运行成本，提高供水质量。此外，充分考虑控制系统的先进性、可扩展性，为今后用户改造和扩建提供空间和技术上的支持[10]。