摘要: 石灣水廠是佛山市供水總公司下屬的兩個水廠之一。介紹了該水廠自控系統(tǒng)的組成、工藝操作模式及其運行結果。 介紹了組態(tài)王與PLC結合在城市自來水自動化控制系統(tǒng)中的功能實現(xiàn),組態(tài)王web功能的應用消除了水廠生產過程自動化信息孤島現(xiàn)象.

城市供水工程是保證居民日常生活用水、各行政企事業(yè)等單位用水的最基本的市政工程。隨著社會不斷向工業(yè)化方向發(fā)展，特別是我國改革開放以來，城市規(guī)模日益擴大，居民人口迅速增長。另一方面水源卻更加緊張，水污染日趨嚴重。當今城市供水設施的建設或改造，著眼于長期規(guī)劃，能夠有效利用現(xiàn)代科學技術的成果，采用先進的水處理、自動化控制、通信等技術，保護有限的水資源，跟上城市不斷發(fā)展的步伐，滿足城市日常用水數(shù)量和質量的要求。

石灣水廠是佛山市供水總公司下屬的兩個水廠之一，自1964年投產以來，現(xiàn)已形成三套相對獨立的供水系統(tǒng)，日供水能力達到45萬立方米，擔負著佛山市的供水重任。該廠曾于1991年建立了集中式遙測系統(tǒng)，但由于當時條件所限，該系統(tǒng)硬件功能不強、軟件開發(fā)手段落后，系統(tǒng)維護困難，急需進行自動化系統(tǒng)的改造。

1、系統(tǒng)方案

根據(jù)石灣水廠生產環(huán)節(jié)多，設備分散的特點，系統(tǒng)的設計采用了“以局域網為基礎、以工控組態(tài)軟件為集成平臺、以WEB訪問為信息擴展”的系統(tǒng)解決方案。整個監(jiān)測系統(tǒng)依據(jù)生產工藝流程，從地域上劃分為五大部分:調度室、一車間、二車間、三車間和WEB訪問用戶。如圖1所示，每個車間配置三套組態(tài)王軟件，負責一泵站、二泵站和凈水控制室三個相對獨立的工藝過程。由于整個監(jiān)控系統(tǒng)各個數(shù)據(jù)采集站的硬件相對獨立、可單獨運行，所以整個監(jiān)控系統(tǒng)的設計采用模塊化、結構化設計，即易于聯(lián)調、又方便系統(tǒng)擴展維護。

2、自控系統(tǒng)構成

石灣水廠三車間平面圖如圖2所示，此系統(tǒng)包括全廠中控室及取水泵房、加礬加氨加氯、回收泵房與反應沉淀池、V型濾池和送水泵房等5個 PLC子站，考慮到系統(tǒng)盡可能分散的原則，在濾池單池設有PLC控制臺。各PLC站均由一塊電源模塊，一塊CPU模塊，一塊通訊模塊以及若干塊輸入輸出(I/O)模塊組成。各PLC站之間以工業(yè)以太網通訊，各PLC站與中控室之間采用Ethernet通訊。

按照系統(tǒng)實現(xiàn)功能石灣水廠三車間自動控制系統(tǒng)由投礬、投氨、投氯、水質監(jiān)測和控制子系統(tǒng)組成。中控室由2臺分別用于生產管理與監(jiān)控的Pentium III 計算機及2臺彩色打印機組成。計算機采用Windows NT操作系統(tǒng)，均配備有遵循以太網通訊協(xié)議的3COM通訊網卡，實時采集生產數(shù)據(jù)，形成分布式工業(yè)控制網。其中監(jiān)控計算機采用亞控公司的組態(tài)王監(jiān)控軟件，可顯示包括涉及PLC控制的機電、加礬加氯設備與濾池等在內的模擬畫面，可對系統(tǒng)的所有設備進行遠程操作和控制，并具備顯示工藝布置圖、實時動態(tài)參數(shù)、設備的工作狀態(tài)及實時/歷史報警信號、在線儀表的實時/歷史趨勢曲線、電機運行時間等功能，同時可進行離線/在線編程及設定參數(shù)的修改，編制和打印生產與管理報表。管理計算機可以通過以太網采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)存儲，包括事件記錄，用于以后的分析及故障追蹤。

1、濾池監(jiān)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要監(jiān)控10格V型濾池的過濾、反沖洗過程及相關參數(shù)。每格濾池均裝有一個水位計和一個差壓計，用來檢測濾池的液位和濾池的阻塞情況。濾池的清水閥為無級可調比例閥 (開啟度為0～100%)，根據(jù)濾池的液位、阻塞值(即水頭損失值)、清水閥現(xiàn)有開度的反饋信號通過PLC系統(tǒng)自動調整閥門的開度，從而確保濾池恒水位過濾。濾池反沖洗的控制方式有3 種：①強制反沖；②根據(jù)阻塞值PLC系統(tǒng)自動反沖；③根據(jù)過濾時間PLC系統(tǒng)自動反沖。優(yōu)先原則是：第①種方式最為優(yōu)先，第②種方式次之，最后為第③種。濾池總體監(jiān)控圖如圖3所示。

濾池的操作方式有3種：①單池PLC控制臺操作，每格濾池單獨設有PLC控制臺，每個控制臺裝有5個閥門(進水閥、清水閥、水沖閥、氣沖閥、排污閥)控制按鍵與1個顯示面板，可顯示5個閥門、2臺鼓風機、2臺沖洗泵、故障信號以及濾池水位、阻塞值等參數(shù)；②V型濾池PLC站XBT操作；③中控室監(jiān)控計算機操作。中控室操作畫面如圖4所示。

2、排泥車監(jiān)控：對排泥閥、真空泵、行程開關以及電機等進行控制，監(jiān)視水泵和車的報警狀態(tài)信息，排泥車可以設置手動和自動方式，并設置了對行車的各種參數(shù)進行設置。

每臺排泥車配置一臺微型PLC 控制器，控制器安裝于排泥車上，對排泥車的行走、定位、真空泵、電磁閥等實施自動控制，減少滑導線的數(shù)量。由于沉淀池內淤泥沉積的厚度不同，排泥車的行程將分成三段，對不同的行程區(qū)域，PLC控制將以濁度、流量、時間為參數(shù)，根據(jù)反時限原理，自動計算安排不同的排泥工作周期和排泥次數(shù)。

3、投礬子系統(tǒng)：該系統(tǒng)采用米頓羅計量泵，其投加量根據(jù)抽水量按比例投加，同時根據(jù)反應池反應效果和沉淀池出水濁度對計量泵的沖程開度進行手動微調。系統(tǒng)監(jiān)控圖如圖6所示。

在自來水行業(yè)，加礬自動控制系統(tǒng)是復雜和關鍵的環(huán)節(jié)。以流動電流SCD為主參數(shù)形成負反饋控制的內環(huán)，以出水蝕度信號為目標值形成負反饋控制的外環(huán)，以源水流量及源水濁度值為參考值形成前饋控制模型，全系統(tǒng)中心控制器采用PID和智能模糊控制算法，消除大慣性系統(tǒng)的不利因素。保證清水濁度標準。本系統(tǒng)采用雙回路投礬系統(tǒng)，互為備用，當某一路發(fā)生故障比如：礬池液位下限；攪拌系統(tǒng)故障；計量泵故障；閥門故障；脈動緩沖器故障；管路故障；需要檢修等情況時，均能自動切換到另一路投礬系統(tǒng)。確保不間斷投加，保證供水質量。礬液提升機和攪拌機：根據(jù)液位和時間啟停。

4、投氯子系統(tǒng)：該系統(tǒng)根據(jù)源水流量計的讀數(shù)按比例自動投加，由氯瓶、電動球閥、壓力開關、切換控制裝置、真空調器、加氯機、水射器及相應管道組成，兩組氯瓶町互相切換，做到無間斷投氯。水質監(jiān)測系統(tǒng)包括各種水質監(jiān)測儀表，負責對源水、待濾水、出廠水水質進行檢測，為自動投加系統(tǒng)提供水質狀況反饋，為控制系統(tǒng)提供大量數(shù)據(jù)參數(shù)。系統(tǒng)監(jiān)控圖如圖7所示。

5、投氨子系統(tǒng)：該系統(tǒng)根據(jù)投氯量按比例投加，采用的壓力式投加系統(tǒng)為佛山市供水總公司首次使用，避免了舊投氨系統(tǒng)水射器投加孔經常堵塞以至影響出廠水余氯的現(xiàn)象。投氨子系統(tǒng)由氨瓶、氨切換裝置、減壓閥、加氨機及相應管道組成，兩組氨瓶可相互切換，從而實現(xiàn)無間斷投氨。監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖8所示。

自動加氨系統(tǒng)以PH值、壓力、溫度、離子濃度、信號運算輸出后經變頻調節(jié)控制計量泵電機轉數(shù)，以控制加藥頻率，其中PH值為主閉環(huán)信號，離子濃度和溫度壓力為補償加藥信號；流量信號經變送輸出后，經行程調節(jié)器控制計量泵沖程以控制加藥量；采取除鹽水供水管的瞬時PH值進行調節(jié)，時刻保證了除鹽水供出的供水PH值穩(wěn)定在規(guī)定范圍內，避免了滯后和失調。

6、系統(tǒng)數(shù)據(jù)功能：除了對以上自系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和工藝流程控制功能以外，系統(tǒng)還具備以下特點：使用清晰準確的生產畫面描述生產現(xiàn)場的操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)；監(jiān)控和記錄所有的報警信息；顯示實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線；存儲和查詢歷史數(shù)據(jù)；利用WEB技術發(fā)布實時生產信息，通過公司的局域網供其他授權用戶訪問。

本系統(tǒng)于2002年1月在石灣水廠生產監(jiān)控系統(tǒng)正式投入運行，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。由于監(jiān)控系統(tǒng)對整個生產過程都進行了實時連續(xù)監(jiān)控，值班管理人員通過監(jiān)視器就能了解生產運行情況，出現(xiàn)事故可以及時處理，便于安排運行，檢修計劃，提高勞動生產率，達到了節(jié)能降耗、提高水質，為合理調度提供了決策依據(jù)。組態(tài)王作為監(jiān)控軟件，實現(xiàn)了系統(tǒng)得數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報警提示（包括聲音報警）、歷史數(shù)據(jù)存儲并方便生成報表進行輸出或打印，并且實現(xiàn)了系統(tǒng)安全管理功能，保證了監(jiān)控系統(tǒng)的安全運行。組態(tài)王具有方便的web發(fā)布技術，在石灣水廠得到了完美的應用，實現(xiàn)了生產信息與管理信息的動態(tài)連接，為消除水廠生產過程自動化信息孤島現(xiàn)象起到了典范的作用。