1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)城鎮(zhèn)供水的質(zhì)量和可靠性要求越來越高，由于淡水資源短缺，供水價(jià)格也越來越高。因此，減少水資源損耗、降低制水成本，提高供水質(zhì)量和可靠性，實(shí)現(xiàn)自來水廠（行業(yè)）的集約化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。而以計(jì)算機(jī)控制技術(shù)為基礎(chǔ)的水廠自動(dòng)化系統(tǒng)為此提供了先進(jìn)的技術(shù)手段。江西省新余市第四水廠于2008年9月建成通水，期規(guī)模為15萬噸/天。第四水廠采用圖1所示的工藝流程，主要包括取水泵房、加礬加氯間、V型濾池站和送水泵房等控制站。該水廠實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制和系統(tǒng)主要參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)；同時(shí)為節(jié)約水資源，保護(hù)水體不受污染，對(duì)濾池反沖洗水進(jìn)行回收，二期擬對(duì)污泥進(jìn)行濃縮處理。

　　2 系統(tǒng)構(gòu)成

　　全廠設(shè)中控室及取水泵房、加礬加氯間、V型濾池站和送水泵房等4個(gè)PLC子站，考慮到系統(tǒng)盡可能分散的原則，在濾池單池設(shè)有PLC控制臺(tái)，具體見圖2.

　　可編程控制器簡(jiǎn)稱PC（英文全稱：Programmable Controller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PC幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個(gè)老名字。PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

　　各PLC站與中控室之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊聯(lián)絡(luò)。中控室由2臺(tái)分別用于生產(chǎn)管理與監(jiān)控的計(jì)算機(jī)及2臺(tái)激光打印機(jī)組成。計(jì)算機(jī)采用Windows XP（sp2）操作系統(tǒng)。其中監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用世紀(jì)星組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用軟件，可顯示多個(gè)包括涉及PLC控制的機(jī)電、加礬加氯設(shè)備與濾池等在內(nèi)的模擬畫面，可對(duì)系統(tǒng)的所有設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制，并具備顯示工藝布置圖、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)、設(shè)備的工作狀態(tài)及實(shí)時(shí)/歷史報(bào)警信號(hào)、在線儀表的實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)曲線、水泵運(yùn)行時(shí)間等功能，同時(shí)可進(jìn)行離線/在線編程及設(shè)定參數(shù)的修改，編制和打印生產(chǎn)與管理報(bào)表。管理計(jì)算機(jī)采用Excel軟件，用于采集與存儲(chǔ)監(jiān)控計(jì)算機(jī)檢測(cè)的主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以便用于管理。

　　依據(jù)PLC I/O模塊，涉及PLC自控的設(shè)備，均可通過在機(jī)旁控制箱手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)、在PLC站操作面板XBT上設(shè)置來實(shí)現(xiàn)機(jī)旁控制箱、PLC站XBT、中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)三地控制。 PLC站XBT上均能夠顯示與設(shè)置該站現(xiàn)場(chǎng)操作所涉及到的所有自控設(shè)備、儀表等運(yùn)行參數(shù)及上下限報(bào)警值，同時(shí)這些參數(shù)均可通過網(wǎng)絡(luò)線傳輸?shù)街锌厥冶O(jiān)控計(jì)算機(jī)，由它來進(jìn)行控制。

圖2

　　取水泵房站

　　該站主要監(jiān)控3臺(tái)水泵機(jī)組的運(yùn)行工況及相關(guān)的參數(shù)，同時(shí)在取水泵房吸水井中裝有水位計(jì)，通過PLC可隨時(shí)顯示水庫水位狀況。取水泵房水泵機(jī)組開/停由清水池水位情況、送水泵的運(yùn)行情況、用水高峰時(shí)段以及送水管網(wǎng)壓力等因素決定。水泵機(jī)組只能在沒有配電線路故障、機(jī)組設(shè)備完好、出水電動(dòng)閥門完好并且處于關(guān)到位的狀態(tài)才可依據(jù)程序自動(dòng)開啟。

　　加礬加氯站

　　從取水泵房過來的原水進(jìn)入位于凈水廠的流量計(jì)表井，在此通過在線儀表檢測(cè)原水的流量、濁度、pH值、溫度等，并將其轉(zhuǎn)換成4~20mA DC信號(hào)輸入PLC系統(tǒng)為加礬加氯系統(tǒng)提供控制參數(shù)。 加礬系統(tǒng)采用2套計(jì)量泵（配三菱變頻調(diào)速器）投加，變頻器運(yùn)行頻率由流量信號(hào)控制，控制流量為取水流量與回收流量之和，計(jì)量泵行程由流動(dòng)電流儀（SCD）值控制。2 套計(jì)量泵1用1備，當(dāng)正在使用的計(jì)量泵出現(xiàn)故障，PLC系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換。2套投礬系統(tǒng)的礬液取自3個(gè)貯礬池，每個(gè)貯礬池均裝有液位計(jì)，可隨時(shí)檢測(cè)礬液高度，同時(shí)通過裝在貯礬池的攪拌機(jī)定時(shí)攪拌，可防止藥液沉淀影響濃度。3個(gè)貯礬池出礬管線上均裝有電動(dòng)球閥，通過手/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，可選擇機(jī)旁控制箱操作或中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)人工操作，也可根據(jù)3個(gè)貯礬池液位PLC系統(tǒng)自動(dòng)選擇，切換工作池。

　　目前國(guó)內(nèi)常用加氯系統(tǒng)為真空式加氯系統(tǒng)，為循環(huán)水系統(tǒng)消毒工藝提供前加氯、后加氯功能。加氯系統(tǒng)由氯源提供系統(tǒng)，氣體計(jì)量投加系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)及安全保護(hù)系統(tǒng)三個(gè)部分共同組成。其工藝流程為：氯瓶（帶電子秤）--過濾器--自動(dòng)切換器--減壓閥--真空調(diào)節(jié)器--加氯機(jī)--水射器--加氯點(diǎn)。加氯系統(tǒng)源于19世紀(jì)，目前美國(guó)西門子W&T、波特塞爾、首都控制Capital Control、德國(guó)ALLDOS等處于世界的先進(jìn)水平，在競(jìng)掙激烈的情況下不斷完善，不斷提高。濾后加氯機(jī)的控制流量為濾前加氯機(jī)的控制流量減去濾池反沖用水量。出水加氯機(jī)的控制流量為出廠水余氯信號(hào)。氯庫裝有電子秤和自動(dòng)切換單元，同時(shí)裝有泄漏報(bào)警儀，通過檢測(cè)泄漏報(bào)警信號(hào)經(jīng)PLC系統(tǒng)可自動(dòng)啟動(dòng)氯氣回收裝置，并且PLC系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉所有加氯系統(tǒng)等待故障處理。

　　V型濾池站

　　該站主要監(jiān)控5格V型濾池的過濾、反沖洗過程及相關(guān)參數(shù)。每個(gè)濾池均裝有一個(gè)水位計(jì)和一個(gè)差壓計(jì)，用來檢測(cè)濾池的液位和濾池的阻塞情況。濾池的清水閥為無級(jí)可調(diào)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(hào)通過PLC系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整閥門的開度，從而確保濾池恒水位過。

　　濾池的操作方式有3種：①單池PLC控制臺(tái)操作，每格濾池單獨(dú)設(shè)有PLC控制臺(tái)，每個(gè)控制臺(tái)裝有5個(gè)閥門（進(jìn)水閥、清水閥、水沖閥、氣沖閥、排污閥）控制按鍵與1個(gè)顯示面板，可顯示5個(gè)閥門；②公共沖洗泵PLC站XBT操作；③中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)操作。

　　公共沖洗泵站

　　該站主要監(jiān)控3臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)、3臺(tái)沖洗泵、2臺(tái)空壓機(jī)開/停、故障信號(hào)以及濾池水位、阻塞值等參數(shù)及反應(yīng)沉淀池36個(gè)氣動(dòng)排泥閥的狀態(tài)。

　　送水泵房站

　　該站主要監(jiān)控1臺(tái)變頻水泵與1臺(tái)大水泵及2臺(tái)小水泵運(yùn)行工況及相關(guān)的參數(shù)，同時(shí)在出廠管線上裝有壓力表、流量計(jì)、濁度計(jì)、余氯分析儀、pH計(jì)等儀器儀表，用于在線檢測(cè)出廠水的生產(chǎn)與衛(wèi)生指標(biāo)。送水泵房水泵機(jī)組開/停由管網(wǎng)壓力等因素決定。送水泵運(yùn)行必須要求配電系統(tǒng)、機(jī)組設(shè)備等性能完好，且吸水井達(dá)到一定水位才能正常實(shí)現(xiàn)。

　　3 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　3.1 畫面監(jiān)控功能豐富，所有需要監(jiān)測(cè)的各種參數(shù)的實(shí)時(shí)和歷史曲線圖，各種運(yùn)行和管理報(bào)表，水廠的工藝流程圖和動(dòng)畫等顯示。

　　3.2 實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集，并能對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，處理后的數(shù)據(jù)記錄到歷史數(shù)據(jù)庫，以備系統(tǒng)調(diào)用和隨時(shí)查詢。

　　3.3 具有完善的報(bào)警和安全訪問功能，保證系統(tǒng)的安全。

　　3.4 系統(tǒng)可擴(kuò)展性好，與二期污泥處理工藝、與企業(yè)的生產(chǎn)工藝調(diào)度、生產(chǎn)水質(zhì)監(jiān)控等密切結(jié)合的自動(dòng)信息系統(tǒng)提供接口。

　　4 軟件應(yīng)用

　　工業(yè)以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3 （Ethernet）的強(qiáng)大的區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)。利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET 提供了一個(gè)無縫集成到新的多媒體世界的途徑。 企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)（Intranet），外部互聯(lián)網(wǎng)（Extranet），以及國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)（Internet） 提供的廣泛應(yīng)用不但已經(jīng)進(jìn)入今天的辦公室領(lǐng)域，而且還可以應(yīng)用于生產(chǎn)和過程自動(dòng)化。繼10M波特率以太網(wǎng)成功運(yùn)行之后，具有交換功能，全雙工和自適應(yīng)的100M波特率快速以太網(wǎng)（Fast Ethernet,符合IEEE 802.3u 的標(biāo)準(zhǔn)）也已成功運(yùn)行多年。采用何種性能的以太網(wǎng)取決于用戶的需要。通用的兼容性允許用戶無縫升級(jí)到新技術(shù)。

　　中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用Windows XP操作系統(tǒng)，與各PLC站之間通過以太網(wǎng)交換機(jī)，用工業(yè)以太網(wǎng)通信聯(lián)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享，各PLC站之間通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊聯(lián)絡(luò)，除了對(duì)本站設(shè)備進(jìn)行操作顯示外，還可了解其他站的情況。

　　上位監(jiān)控系統(tǒng)用世紀(jì)星V7.22組態(tài)軟件開發(fā)，該監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面精美，能直觀、生動(dòng)呈現(xiàn)整個(gè)水生產(chǎn)過程中的工藝，動(dòng)畫形式多樣、直觀、逼真，且與各種型號(hào)的PLC通訊簡(jiǎn)單。該中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)完成的功能主要有：

　　A、遠(yuǎn)程控制各PLC現(xiàn)場(chǎng)子站，實(shí)時(shí)接收PLC采集的各種數(shù)據(jù)，建立檢測(cè)參數(shù)數(shù)據(jù)庫；處理并顯示各種數(shù)據(jù)。

　　B、監(jiān)測(cè)整個(gè)生產(chǎn)工藝流程和各細(xì)部的動(dòng)態(tài)模擬圖形。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水廠整體工藝流程、各主要工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、過程控制及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與現(xiàn)實(shí)。主要流程畫面有：取水泵房流程圖、加礬間流程圖、加氯間流程、反應(yīng)沉淀池流程、V型濾池流程、公共沖洗泵房流程、送水泵房流程、10kV系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)等畫面。實(shí)現(xiàn)的工藝生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控功能有：所有被監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、啟停控制、設(shè)備與設(shè)備之間的連鎖控制、工藝參數(shù)的設(shè)定，以及設(shè)備溫度、電流、壓力、液位、流量等參數(shù)的顯示、報(bào)警、記錄、趨勢(shì)及累積量計(jì)算等。

　　C、從檢測(cè)項(xiàng)目中，按需要顯示歷史記錄和趨勢(shì)分析曲線。能夠了解生產(chǎn)參數(shù)的動(dòng)態(tài)情況，便于生產(chǎn)調(diào)度管理。

　　D、重要設(shè)備主要參數(shù)的工況及事故報(bào)警、打印制表。包括工藝數(shù)據(jù)報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警、系統(tǒng)故障報(bào)警，并根據(jù)不同的報(bào)警信息提供不同的報(bào)警畫面。

　　E、編制和打印生產(chǎn)日、月、年統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

　　F、對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。

　　下圖為世紀(jì)星開發(fā)的組態(tài)畫面示意圖：

圖3

　　5 小結(jié)

　　該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水廠全自動(dòng)化控制，提高了水質(zhì)處理的效率，減輕了運(yùn)行人員的負(fù)擔(dān)，提高了水廠運(yùn)行的安全和可靠性。世紀(jì)星組態(tài)軟件開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、操作界面直觀友好、報(bào)警、報(bào)表、數(shù)據(jù)記錄、趨勢(shì)顯示分析和安全管理等功能完善的特點(diǎn)，完全實(shí)現(xiàn)了規(guī)劃的功能，系統(tǒng)操作和維護(hù)都十分簡(jiǎn)便，為水廠的安全運(yùn)行提供了可靠的保障，并且利用世紀(jì)星良好的開放性為系統(tǒng)的二期功能集成提供了很好的接口。