简述水厂自动化改造

戚金辉

（沈阳水务集团有限公司八水厂，辽宁 沈阳 110000）

前言：

沈阳水务集团八水厂是沈阳市最大的水处理厂之一，日供水量40万吨，水厂92年建成.引进了80年代较为先进的自动化设备，具有较好的可靠性和安全性。八水厂位于东陵区东陵路李巴彦净水厂院内，管辖大伙房地表水引水系统和李巴彦、榆树地下水水源共3处，有大伙房取水竖井1座、水井18眼，李巴彦清水泵房和南塔配水厂泵房2座，地表水处理构筑物8座，取水干线3条、导水干线1条，清水池6座，潜水泵18台套、卧式泵14台套、真空泵4台套、回收用离心清水泵4台套、离心式污水泵4台套、变压器29台、协议容量7340千伏安、输配电线路7.4公里。日综合生产能力45万立方米，占市政水源总生产能力的30%，是沈阳市供水量最多、规模最大、供水品质最好、自动化程度最高的现代化供水企业。年制水能力15675.4万立方米。在沈阳市的供水企业中具有举足轻重的地位。

大伙房引水系统源水取自于大伙房水库，是沈阳市第一座地表水处理厂。为世界银行贷款项目。李巴彦净水厂占地面积11.2万平方米，南塔配水厂占地面积4.2万平方米。除取水竖井1座、压力配水厂1座、李巴彦清水泵房和南塔配水厂泵房2座外，还有大型处理构筑物稳压井、加氯间、加药间、综合泵房各1座，沉淀池、滤池各2座。

地表水处理工艺：

地下水处理工艺：

一、水厂自动化系统简介

水厂的自动化控制系统一直遵循着分散控制，集中监测和管理的控制思路，整个系统以中央控制室为中心,采用PLC+PC的集散控制系统，PLC选用施耐德的TE PLC和西门子的S7系列的PLC，由10个控制站，共计55台PLC和3台监控电脑，组成3个工业总线网络和1个无线通讯网络，根据水厂各生产环节，按照工艺或地理位置要求，在每一生产工艺建立现场控制站，完成对本工艺设备与过程的监视、操作和控制，各控制站之间通过可靠性高和实时性强的工业局域网络相连，实现彼此对等通信，达到管理集中和分散控制的目的，使得管理人员可在第一时间，实时、准确地掌握现场设备的运行状况，提高设备的运行效率和可靠性，为整个水厂的安全、可靠运行提供了保证。此系统的控制思路在现在的水处理过程控制中仍然是主流，此系统的稳定可靠运行保证了水厂近二十年的满负荷运行和较高的产出，水质达到国家饮用水标准，水量也基本接近设计能力，为沈阳的供水事业做出了贡献。

二、水厂自动化系统面临的问题

水厂一直倡导技术领先、科技为本，通过一系列的技术改造，降低了故障率，提高了执行设备的完好率，但不可否认的是，整个系统的运行是靠稳定的现场自动化设备来实现的，如果现场设备出现问题，便不能保证此系统的正常运行，最终将无法保证出厂水水质和出厂水水量。在运行的这些年里，自动化设备均为24小时连续运行工作，现在大部分设备已经老化和损坏，设备内部的电子元件多已超过了正常的使用寿命（8-10年），故障频率也成逐年增大的趋势。特别是全厂的控制基础PLC系统大多出现不同程度的问题，且大部分设备厂家不再提供备件和服务，多数型号的设备已不生产，这已严重影响到水厂正常的运行，部分系统因为设备老化的问题，出现短时间死机，整个系统运行状况越来越差，已经严重危及到水处理的整个环节了。

此前，八水厂自动化系统进行了一期改造,主要进行了滤池Ⅱ系过滤系统自动化设备（PLC）的更新和控制的改造,效果良好,不但解决了滤池工艺自动化系统的设备问题，而且在整个控制系统整体的功能上比原来有了很大的提高,到目前为止，设备运行良好,同时系统功能比原有系统大大增强，监测和控制参量是原有系统的3倍,但该系统已运行十年。

水厂的生产因一刻也离不开自动化系统，自动化设备的备件直接关系到水厂的正常运行，原来每年水厂要投入很大一部分资金进行备件的购买，这些年比重越来越大，从2001年起，水厂已无法购买到老型号自控设备的备件，这些型号及模块厂家已不生产，水厂自动化设备只能依靠自动化改造后（滤池II系）换下的设备进行更换,但各车间所用的PLC型号各不相同，且换下的设备也已用完。加药间、稳压井、加氯间、中控室、南塔、综合泵房等地的自动化设备,包括PLC、变频器、监控系统、控制柜的电气设备,各种变送仪表都出现了不同程度的问题,设备故障发生率明显增高,现库存已无备件。如果像现在这样维持下去，最后的结果就是因设备更新不到位,影响水厂正常生产和出厂水水质,那时我们的损失就无法估量了。因此，进行逐步地更新和升级改造已迫在眉睫。

三、自动化系统改造的主要目的

本次自动化改造主要的目的是替代原有的已损坏的PLC设备,包括稳压井、加药间、加氯间、综合泵房、清水泵房、两系沉淀池、滤池及中央控制室，恢复因损坏停运的设备，解决现在自动化系统出现的问题,消除各种存在的隐患和危险,将各种现场数据更多、更快的实现共享,通过光纤环网的高效性和可靠性，将水厂新老泵房及各控制站的PLC的数据完全传送到中央控制室，实现更多的远程监控的功能，达到工艺处理的正确性。在整个改造中，将采用更多的新技术，以求达到节能降耗，保证正常供水的目的。

四、自控系统的基本构成

整个系统由两台中央监控电脑和一台数据库管理计算机、一台大屏幕构成的中央控制站及各现场PLC控制站构成。现场控制站设人机界面一台，用于现场操作和动态显示工艺参数和设备工况。各现场控制站与中控站通过光纤进行工业以太网连接。

设备的控制分为三级。第一级是中控室的集中控制，第二级是现场面板控制，第三级是就地手动控制。即控制转换开关置于现场位置，控制操作不经过PLC的控制。

（一）中控室

取消原有PLC控制站，利用以太网及TCP/IP技术，上位PC机之间及它们与各现场PLC站之间相连进行数据通讯，设立大屏幕及监控电脑监控各站PLC的运行状态，同时现场PLC与现场控制器、现场PLC与现场I/O之间采用了现场总线方式，这样可大大提高信息传输的可靠性，使系统工作更加安全可靠。同时有利于系统设备维护、技术更新升级以及系统功能的进一步开发。

中央控制室三台工控机电脑装入了IFIX 软件。因为三台电脑分别从连接以太网的交换机上采集数据，同时因直接从现场PLC采取数据,缩短了采集时间，若一台PC电脑出现故障，不会影响到其它的计算机的正常运行。同时增设的工程师站监控电脑可保证维修人员第一时间了解设备的故障情况，并可在线查询故障原因和现场状态。

（二）滤池系统的功能

对I系滤池11台PLC做完整的升级，取消原I滤池冲洗的继电器控制方式，在原有EB11的控制柜内增加PLC，使冲洗水泵、鼓风机完全由PLC控制，增加电机电流和电压的采集。滤池的控制方式可实现遥控及现场控制。遥控可在中央控制室实现，可实现滤池的停止，过滤，冲洗的控制。现场控制是通过现场的人机界面实现的。并恢复与滤池II系的通讯网络。

（三）加药系统的功能：

实现加药泵的远程遥控:通过新型plc系统,实现加药泵的远程开停和自动轮切。冲程的远程设定，实现加药量的实时调节，根据不同的水质和水量、灵活、合理地调节加药流量；迅速反应原水水质、水量和加药量变化，在很短时间内实现自动跟踪调节。

（四）加氯系统的功能

实现加氯机、蒸发器、压力水泵的远程开停；实现氯瓶的自动切换，监测氯瓶的使用情况；监测各种加氯设备的报警信号，监测各加氯运行信号，保证加氯系统的稳定运行；实现加氯量的实时调节，根据不同的水质和水量，灵活、合理地调节加氯量，通过智能控制的输出信号，进行加氯机的阀位调节；实现压力水池的水位监测和压力水泵出口压力监测；实现漏氯系统的自动中和控制，一旦漏氯报警仪发出警报，自动启动中和风扇和碱泵；实现自动投氯，能够有效降低氯耗，降低了生产成本。

（五）综合泵房系统功能

实现自动监测回收水池及污水池液位、监测回收水流量的功能；实现自动控制回收水泵及污水泵，根据实际情况在不同水位设定报警点，将报警点与泵的开、停联动。

（六）沉淀池系统的功能

水处理中的沉淀工艺，主要控制空压机和排泥阀，同时检测沉后的PH值、浊度、气路压力等参数，改造后的沉淀池系统可以实现以下功能：

1.空压机子系统

在手动方式，操作人员可以在现场开停空压机，检测储气罐和管路压力；在自动方式下，PLC系统通过检测储气罐压力的低高，自动控制空压机的启停，当工作的空压机故障时，备用的空压机自动投入工作；当工作的空压机故障或储气罐压力出现低低或高高报警时，发出报警信号。在监控电脑上显示空压机的运行状态、遥控空压机的开停、显示空压机的运行时间和运行曲线，提供声光等报警，特别是在气路压力低低时，不允许滤池系统冲洗。

2.排泥阀自动控制子系统

每一个沉淀池均设有独立的手动/自动选择开关；在手动方式下，操作人员可以在现场手动开关排泥阀，同时在监控电脑上显示沉淀池和排泥阀的工作状态；在自动方式下，每个沉淀池的排泥阀分为四组，每组进行独立排泥，每组排泥阀设有可以更改的循环周期和排放时间，操作人员可现场/远程设定时间及周期；当排泥阀有故障时，在现场和监控电脑上显示故障报警，计算排泥时间，同时在中控室产生报警；增加排泥阀远程控制系统，通过远程控制，可单独对某一排泥阀进行开闭操作。

（七）稳压井系统的功能

实现自动监测原水PH值、浊度、温度、两系列原水流量及四个液位及加药流量的变化，如水位出现异常将会发出报警信号并传至中央控制室。采集取样泵的工况信息，并可手/自动开启。

（八）工业以太网的应用

沈阳市自来水八水厂控制系统原有三个网络，分属于不同的物理结构，网内通讯速度还可满足生产的需要，但网络间的速度则很滞后，并且网络间的连接设备起着关键的作用，如果设备出现问题，则不能保证生产的稳定性和准确性。这次改造完成了水厂控制系统从封闭的专有网络向开放的工业以太网的过渡。

这次改造通过工业以太网与交换机和plc的连接，解决了多个网络出现的通讯问题。解决了部分不具备网络功能设备的联网方法。特别是原有串口设备，RS485总线，专用网络等的连网问题。由TCP/IP协议可远程、机动性管理各种设备，实现设备的预先报警、同时降低系统故障维护与成本，是一种值得推广的设备网络模式。

五、系统主要特点

新型的网络拓扑：采用工业控制以太网络实现PLC之间,计算机与PLC之间的数据通讯和资源共享,数据通讯速率可达10M，是原有速度的100倍。新型的自动化平台：高度分布式结构提高整个控制系统的速度,缩短反应时间,解决现有的问题，减少了风险和系统集成时间。各种执行设备由传统的单一PLC监控转变为由不同的自动化设备硬件分担其功能，真正做到功能上的分布和地理上的分散。各控制单元和检测单元按不同位置安装后，和主单元间连接仅为屏蔽双绞线或光纤，节约了大量的二次电缆和安装调试费用，缩短了设计及施工周期。通过设立工程师子站,大大简化了系统的故障检修,设备维护,功能开发等技术工作的时间和反应时间.

六、自动化设备的选型与依据

本次改造将采用新型的PLC设备、新型的网络、新型的控制方法、新型的节能技术，完整的自动化监控平台，分散的控制思路，力求达到水厂处理工艺对自动化系统的要求。自控系统应满足水厂运行管理和安全处理的要求，即生产过程自动控制和报警、自动保护、自动操作、自动调节，提高运行效率，降低运行成本，减轻劳动强度，对水厂内各处理系统工艺流程中的重要参数、设备工况等进行计算机集中在线实时监测，重要设备进行计算机集散在线控制，确保水厂的出水水质和水厂的安全生产。

七、结束语

八水厂的自动化系统是保障优质供水、降低供水成本的必要条件。通过自动化技术在水厂的应用，是实现国内水厂生产、管理现代化的必要途径。水厂中最主要是合理的控制药耗和氯耗，通过本次自动化改造，可以解决水厂面临的自动化设备瘫痪的危险；先进的监控系统,功能齐全的生产信息的管理系统，会使水厂的自动化系统更加完善,水厂的安全运行更有保障,此系统集生产过程监控与管理于一体，提高了管理效率，达到提高自来水质量、降低能耗、人耗及物耗的目的，并全面提高了水厂自动化水平。