浅谈水厂自动化设计相关综述

浅谈水厂自动化设计相关综述

倪峰

倪峰西安市政设计研究院有限公司陕西西安710068中图分类号：TU9文献标识码：A

摘要：下文主要针对水厂自动化设计，做出简要分析，做出探讨，从设计方案逐步入手。

关键词：水厂；自动化；设计理念

一、系统总体方案

可以根据水厂各生产环节，按工艺及地理位置布局要求，水厂控制系统一般采用分布式控制方案，在每一生产区域设立现场控制站，完成对本区域内设备和过程的监视，操作和控制，区域则按工艺及设备分布划分，各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N:N对等通信，达到管理集中和控制分散的目的。因此需要采取分层结构模型，设立公司级，工厂级，区域级，单元级，设备级及装置级，据此，系统设置现场监控站和一个中央控制管理站。

现场监控站由现场控制单元和现场操作站组成，现场控制单元负责区域内所有设备和过程的数据采集，顺序控制和参数调节，由PLC或PLC网络组成，现场操作站承担CRT显示，故障报警，参数设置，现场操作和数据存储等工作由于控机和工控组态软件构成。现场控制单元和现场操作站均作为独立的节点。挂于局域网上，且均可视为局域网上的一个节点站。现场操作站的另一种设置方法为通过串行口直接连于现场控制单元PLC的串口上，此时，操作站则被视为控制单元的操作终端。中央控制管理站负责对全厂工艺流程及重要设备的工作状况进行监视、控制。通常由数台工控机组成，除含有各操作站各项功能外，还负责数据处理报表打印等功能。

二、系统构成及主要控制设备

1.系统功能:

根据地理位置及功能划分，由中控室主站及设在现场的三个子站和与公司供水调节SCADA系统互联通讯子站构成。

(l)中控室主站中控室主站设置三台工控机，一台作实时显示，对各分站监控管理;一台作数据处理;还有一台供维护、调试、管理使用。配一台数字式投影仪，大屏幕动态显示全厂工艺流程及设备运行状况。

(2)现场子站按照工艺流程及平面布局设置，设泵站、投加、滤池三个现场子站.各子站设操作员终端，方便现场监控、维护、管理。

①泵站子站

1#PLC子站负责监控及管理取水泵站、送水泵站、回收水泵站及配电系统。主控处理器设在送水泵站PLC机柜内。PLC监控7台送水机泵及闸阀工况，机泵启停操作及运行、保护等，采集出厂水流量、压力、浊度、pH、余抓以及清水池水位等参数.采用1400系列电量监测仪检测并显示各台机泵以及馈电、进线、母联回路的电量参数，并通过远程I/0链与主控处理器通讯.取水泵站采用适配器通过远程I/O链与主控处理器进行通讯”PLC监控5台机泵及闸阀工况及运行、保护等，采集吸水井水位、上水管压力及流量、原水pH、浊度、水温等参数，对机泵及清垃机启停操作控制。

回收水泵站采用适配器模块与主控处理器通讯，PLC监控回收水泵站机泵的启停。PLC还监控沉泥池2台排泥车的启停操作控制及故障检测，并在每台排泥车的电气控制柜内设置小型逻辑控制器(SLC)，对排泥车进行过程控制。

②投加子站2#PLc子站负责监测及管理投矾、加灰、加抓、加氨工艺及设备.主控处理器设在投加中央控制室PLC机柜内.因加灰点距此较远，故在那儿放置PLC机柜，设适配器模块经远程I/O链与主控处理器通讯.由于矾、灰、抓、氨投加均引进国外自动化设备，所以PLC仅用于投加设备的状态参数检测、越限事故报替及后加抓系统控制，并采集水质参数及药剂的称重量、投加量，送主站监视及处理。

③滤池3#PLC子站包括滤池和沉淀池.主控处理器设在滤池PLC机柜内.PLC对24格V型滤池出水气动蝶阀分别进行等速调节控制，保持过滤时砂面以上水位稳定。当过滤周期、水头损失、清水池出水浊度中任一个达到设定值时，滤池自动反冲洗。按工艺要求进行扫洗、气水反冲洗、漂洗的顺序控制，也可以人工请求手动强制冲洗。

④与SCADA系统联网采用MOTOROLA公司的MOSCAD系统设备与PLC互连.由MOSCADRTU收集调度所需的全厂必要数据，利用公司现有的800MH:集群系统，实现实时查询水厂及管网生产参数.

2.系统组态软件设计

a.全厂平面布置图

b.全厂净水工艺流程图

c.全厂电气主结线图

d.取水泵站监视图及参数图

e.送水泵站监视图及参数图

f.全厂配电系统参考图

g.单台水泵电机监控图

h.出厂水24小时压力流量、水质参数图i，滤池总监视图1.单个滤池监控图及参数趋势图k.沉淀池监控图1.加氨工艺流程图m.加氯工艺流程图11.加矾工艺流程图0.加灰工艺流程图p.各类报警图考虑到仪表、设备更换等因素引起参数采集值变化，在画面上设计“参数设定”画面，必要时在键盘输入修正值即可。

另外，还设置事故报警提示画面，便于值班人员判断原因，迅速处理。在全自动方式下，一、二级泵站机组开停可由以下因素决定:一级泵站控制:

1.清水池水位低于下限时，必须有一台泵组运行;

2.清水池水位下降速率超过警戒限及清水池水位未达到上限替戒水位时，至少保持一台泵组运行;

3.泵组运行台数所进的水量与二级泵站出厂水量相对应;根据比值及清水池水位高低，水位上升或下降速率等因素决定泵组开停，尽可能保持清水池经常处于高水位，同时又要保证泵组不能频繁动作，每启动一台泵，运行时间不能少于1小时。

配电站控制:所有进线柜、母联柜、馈电柜均可通过计算机PLC自动合分闸，所有电气故障均立即在屏幕上显示，并发出声光报警信号，部分影响正常运行的故障则自动跳闸保护或切换开关，违反电气操作规程的操作，均被锁定，不予执行。在手动方式”LC自动跟踪手动调节器的运作及收集资料，自动调整模型参数，另一方面，又用来设置设定值，使其具有自学习功能，成为一模糊控制器。

与SCADA系统联网:公司中心调度室与水厂距离较远，为实现两者之间的通讯，系统采用MOTOROLA公司的MOSCAD系统设备与PLC互连。由MOSCADRTU收集调度所需的全厂必要数据，利用公司现有的800MHz集群系统，实现实时查询水厂及管网生产参数。

三、问题讨论

1.水厂自动化是一项综合课题，在系统总体设计时，除考虑实现安全供水和水质质量的主要目的外，还必须考虑到操作者的需要和供水服务的连续性要求，以及系统持久性与公司未来发展规划一致性间题。现场一级部分设备的手动控制机构仍有必要保留，以防PLC工作站万一出现较严重故障而不能迅速修复时，造成失控现象，从而提高整体全性。同时必须保证精确的检测仪表和动作可靠的执行机构。

2.部分水厂自控系统由公司科研室会同设计室、水厂共同设计、开发、安装、调试，这样有利于自己的技术人员掌握这套系统和日后的运行管理及维护，而且完全符合水厂实际运行情况，降低建设成本。而且由于统一选型，避免某些新建水厂由于各子站分别采用不同控制系统所产生的系统矛盾及缺陷。水人员直接参与系统安装和调试是保证系统正常发挥作用的重要条件之一。

3.冗员问题，是阻碍自来水行业实现自动化的障碍之一，自动化程度提高，必然导致出现富余人员，因此必须处理好安置间题，否则达不到自动化的目的，但自控系统需要增加一些专业找术人员来进行维护管理。

4.必须设立相应的维护班组，值班维护组可以处理任何操作间题.这个班组应具有系统所有设备的软件维修和硬件服务所需的技术知识。齐全的设备配件，可使维修组尽快地完成维修工作，使故障设备的停机时间缩至最短。必须认真对待信息处理，在对其进行后期处理时，不应破坏控制系统的实时性。

四、结论

部分水厂测控系统设计整体性好，采用DH+通讯网络连接全厂PLC和工控机，正式投入运行后，全厂人员包括后勤、维修仅50多人，系统维护方便，功能齐全，运行可靠，成本不高，具有令人满意的性能价格比.由此可见，现代化水厂控制系统的监、控、管一体化，是水厂现代化发展的必然趋势.。