水廠自動化范文

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關(guān)鍵詞：PLC控制；水廠；自動化

引言

PLC，即可編程邏輯控制技術(shù)（Programmable Logic Controller），起源于上個世紀(jì)60年代末，是繼繼電器之后的主要機(jī)械設(shè)備控制技術(shù)，具有邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)、運(yùn)算等多項(xiàng)功能，用數(shù)字化技術(shù)代替原有的機(jī)械設(shè)備控制方法，可以極大地提高控制信息輸入、輸出速度，提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和工作效率，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行控制領(lǐng)域。自來水企業(yè)作為大型生產(chǎn)服務(wù)企業(yè)，機(jī)械設(shè)備使用規(guī)模很大，在自來水企業(yè)生產(chǎn)中使用PLC控制技術(shù)，是保障自來水正常、穩(wěn)定、安全生產(chǎn)、供應(yīng)的重要技術(shù)措施，也是自來水廠提高現(xiàn)代化水平，打造企業(yè)競爭力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。加強(qiáng)對PLC技術(shù)的深入研究，對于實(shí)現(xiàn)自來水企業(yè)自動化生產(chǎn)運(yùn)行，具有極為深遠(yuǎn)的積極意義。

1 水廠自動化控制系統(tǒng)分析

自來水廠是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是工業(yè)生產(chǎn)、居民生活的重要保障，是現(xiàn)代城市正常運(yùn)行中不可或缺的組成部分。自來水廠的自動控制系統(tǒng)主要包括配電系統(tǒng)、出水泵房、沉淀池以及濾池等單元。這些單元通過控制室的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、管理，相關(guān)設(shè)備運(yùn)行信息從一線傳遞到控制室，控制室以此做出指示并將指令發(fā)送給一線，有現(xiàn)場設(shè)備予以執(zhí)行。下面，就對自來水廠的的自動化控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行簡要介紹。

1.1 自動化系統(tǒng)具有顯示功能

自來水廠自動化系統(tǒng)可以將系統(tǒng)內(nèi)主要機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以指標(biāo)形式顯示出來，同時對生產(chǎn)過程中的主要工藝參數(shù)進(jìn)行顯示，以此使得技術(shù)人員對生產(chǎn)過程有著較為全面的了解和掌握，從而進(jìn)行針對性的調(diào)整和操控。

1.2 自動化系統(tǒng)具有報(bào)警功能

針對生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的異常情況，系統(tǒng)設(shè)置了相應(yīng)的報(bào)警功能，一旦設(shè)備狀況出現(xiàn)問題，偏離允許范圍，報(bào)警系統(tǒng)會立即發(fā)出警報(bào)，提升相關(guān)部門人員處理，并顯示出具體的報(bào)警信息和畫面，存儲在數(shù)據(jù)庫中可以打印查看。

1.3 自動化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一定程度的自我控制和操作

在實(shí)際工作中，中央控制室可以對生產(chǎn)流程中的機(jī)械設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行必要的調(diào)整和控制，并對PLC系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)以及分控站的程序進(jìn)行重新設(shè)定。

1.4 自動化系統(tǒng)具有可以對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效管理

為了充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)自動化控制目的，自來水廠自動化控制系統(tǒng)建立了生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和事故數(shù)據(jù)庫，分別對應(yīng)生產(chǎn)過程中和事故處理過程中需要的相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄、存儲、整理、分析以及使用。當(dāng)工作需要時，系統(tǒng)會對指定的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，提存數(shù)據(jù)使用并做好相關(guān)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的動態(tài)積累。

1.5 自動化系統(tǒng)具有輸出和打印報(bào)表功能

針對生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)信息、數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以對其進(jìn)行分析、整理，并以報(bào)表的形式輸出打印出來，為管理者決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.6 自動化系統(tǒng)具有通訊功能

總調(diào)度室和中控室之間具有專線聯(lián)系，可以進(jìn)行實(shí)時通信，以保證數(shù)據(jù)和信息的有效傳遞與溝通。

1.7 自動化系統(tǒng)建有WEB服務(wù)器

這一功能主要是為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息共享提供服務(wù)的。

2 自來水廠水處理流程

自來水廠生產(chǎn)中使用的自動化控制系統(tǒng)是為企業(yè)生產(chǎn)而服務(wù)的，所以受企業(yè)生產(chǎn)工藝流程影響很大，不同的工藝路線、處理方法、機(jī)械設(shè)備等都會使得自動化系統(tǒng)呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。但萬變不離其宗，我國自來水廠所采用的水處理流程大體上還是相同的，一般包括取水、制藥、加藥、混凝、沉淀、過濾、消毒和送水等環(huán)節(jié)。

水廠的水主要來自于湖泊、河流、地表水和地下水等。這些水源通過輸送管道進(jìn)入水廠時會帶入大量雜質(zhì)，必須經(jīng)過必要的處理才能滿足人們生產(chǎn)、生活使用要求。在水的處理過程中，第一道工序就是除去水中的大量雜質(zhì)和有害物質(zhì)，水中存在的懸浮物、膠體以及細(xì)菌等危害人類健康的有害成分都是需要清除、凈化的對象。水廠取得水源后按照實(shí)際的生產(chǎn)需要采用合理的生產(chǎn)工藝，根據(jù)工藝參數(shù)等條件科學(xué)進(jìn)行混凝劑的配制。在向水中加入混凝劑的同時還要通入氯氣，利用氯氣的消毒殺菌作用對水中的微生物、細(xì)菌進(jìn)行處理。在藥劑的作用下，水中雜質(zhì)形成顆粒狀的凝體，這個過程稱之為混凝。在這一過程中，三氯化鋁、硫酸鋁等水處理藥劑被大量使用。之所以使用含鋁藥劑，主要是因?yàn)殇X具有很強(qiáng)的吸附能力，可以促進(jìn)水中的雜質(zhì)和懸浮物的聚集。實(shí)際使用過程中，水處理藥劑溶解在水中后，析出大量鋁粒子，在其作用下，許多常態(tài)下難以沉淀的雜質(zhì)顆粒等形成絮粒狀，并在重力的作用下向下沉淀，在將這部分沉淀與水主體分離，從而達(dá)到除雜的目的。水廠中主要使用沉淀池進(jìn)行這一過程。水加入藥劑后先導(dǎo)入沉淀池，進(jìn)行沉淀，達(dá)到處理效果后再導(dǎo)入下一工序。隨著生產(chǎn)時限的增長，沉淀池中沉淀的污物越來越多，必須使用石英砂等具有孔隙的顆粒物將它們排除過濾，并利用濾料層的粘附性攔截水中的懸浮顆粒。這一過程中，水中的細(xì)小雜質(zhì)、細(xì)菌、有機(jī)物等都得到了較好的凈化處理。但由于石英砂吸附的雜質(zhì)不能自動消除，必須定期清洗，才能保證過濾層的工作效率和質(zhì)量。在此之后，水還要進(jìn)行必要的消毒處理，以清除水中殘余的細(xì)菌病毒等，保證用水安全。最后處理好的水導(dǎo)入清水池匯中，向用戶供應(yīng)。

3 PLC控制在自來水水廠自動化控制的應(yīng)用

3.1 使用PLC可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的邏輯控制

邏輯控制是PLC技術(shù)的最基本功能。水廠的生產(chǎn)過程中存在大量的開關(guān)量，通過PLC對這些開關(guān)量進(jìn)行有效的邏輯控制。在PLC問世之前，繼電器是實(shí)現(xiàn)這一功能的常用技術(shù)，PLC出現(xiàn)后，可以更加簡潔、高效、迅速的的實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制以及單個設(shè)備的控制等多種功能。此外，在多個水廠生產(chǎn)流水線中，加礬、加氯等操作也可由PLC進(jìn)行自動化控制。

3.2 PLC可以進(jìn)行模擬量控制

在水廠生產(chǎn)過程中，溫度、流量、壓力、液位等是重要的生產(chǎn)參數(shù)，必須對其進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和控制。而這些參數(shù)控制的實(shí)現(xiàn)主要依賴于PLC的編程控制。PLC控制系統(tǒng)配置有配套的轉(zhuǎn)換模塊，模擬量可在編程控制器的作用下進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語

憑借著強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢，PLC在水廠自動化控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，水廠自動化水平會越來越高，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也會更加寬廣，發(fā)揮的作用也會不斷加大。各水廠要高度認(rèn)識到PLC的重要作用，深入研究，不斷探索，將PLC的作用發(fā)揮到最大，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活用水安全提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

[1]劉玉芹，劉敬文.PLC在長治污水處理廠中的應(yīng)用[J].中國儀器儀表，2005（9）.

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1．水廠自動化的目的

對水廠實(shí)施自動化的根本目的認(rèn)識不夠全面或出現(xiàn)偏向，是造成一些水廠自動化系統(tǒng)未能充分發(fā)揮作用的一個原因。水廠實(shí)現(xiàn)自動化的根本目的是提高生產(chǎn)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和高效供水，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但是，有的水廠實(shí)現(xiàn)自動化是為了趕時髦，將其作為一種點(diǎn)綴；有的水廠是迫于形勢，在大批水廠紛紛實(shí)現(xiàn)自動化的情況下，自己也不能不上；有的水廠使用的自動化功能過于復(fù)雜，特別是在考察自動化水平較高的水廠后，更是盲目地提高標(biāo)準(zhǔn)。這些不正確想法的存在，使水廠實(shí)現(xiàn)自動化的根本目的發(fā)生了偏向，造成了自動化設(shè)計(jì)不切合水廠實(shí)際，不注重生產(chǎn)過程特別是關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的自動化，并忽略了在運(yùn)行和管理模式方面的相應(yīng)改革，從而導(dǎo)致自動化未能充分發(fā)揮作用，甚至建成后處于閑置狀態(tài)。

2．水廠自動化的設(shè)計(jì)

2.1未解決的相關(guān)理論問題

在水廠自動化中，工藝?yán)碚搶ψ詣踊岢龅目刂埔蟊旧泶嬖谖唇鉀Q的理論問題或理論不夠完善，使控制未能達(dá)到規(guī)范化和最優(yōu)化，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)不到理想的控制狀態(tài)，從而影響了自動化的實(shí)際運(yùn)行效果。

（1）絮凝理論不夠完善。加藥系統(tǒng)是一個大延時、強(qiáng)耦合、干擾因素多的非線性系統(tǒng)，目前廣泛采用的控制方法為：用原水流量按比例前饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的頻率，用流動電流儀（SCD）反饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程，從而構(gòu)成加藥復(fù)合控制系統(tǒng)。在有的系統(tǒng)中，雖然采用了智能技術(shù)如專家系統(tǒng)、自學(xué)習(xí)模糊控制等方法，取得了一定效果，但并未完全解決加藥量優(yōu)化控制的問題。

(2)加氯系統(tǒng)理論問題。在加氯系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方法為：前加氯采用流量比例控制，后加氯采用余氯反饋控制。由于影響加氯效果的因素很多，如水質(zhì)、天氣、水廠的具體工藝特點(diǎn)等。在有的系統(tǒng)中，雖然采用了一些其他控制方法，如采用雙因子控制方式（用流量和余氯控制前加氯和后加氯）或多參數(shù)非線性控制方式，取得一定的效果，但并未完全解決加氯系統(tǒng)存在的問題。

(3)其他理論問題。如變頻供水泵和定速供水泵的臺數(shù)比例確定、變頻供水泵的自動調(diào)節(jié)方法以及供水泵的科學(xué)調(diào)度等問題，理論上還未完全解決，管理上還有待進(jìn)一步研究。

2.2技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問題

到目前為止，我國在供水行業(yè)自動化控制方面，除《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》等少量規(guī)劃性技術(shù)文件之外，尚無制定供水行業(yè)自動化控制方面的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，致使水廠在實(shí)施自動化過程中，技術(shù)上缺乏統(tǒng)一的規(guī)范性，設(shè)計(jì)上存在一定的盲目性和隨意性，不同類型的水廠自動化分別應(yīng)該達(dá)到的主要功能和主要技術(shù)指標(biāo)不明確，影響了自動化系統(tǒng)配置的科學(xué)性和合理性。

2.3專著和文章問題

我國供水行業(yè)的自動化起步較晚，總體發(fā)展水平也不高，致使在供水自動化方面發(fā)表的文章數(shù)量有限，總體質(zhì)量也不太高，出版的專著更少，既不利于在實(shí)施自動化時提供必要的理論指導(dǎo)和技術(shù)參考，也不利于行業(yè)內(nèi)的技術(shù)交流和經(jīng)驗(yàn)交流，影響了自動化知識普及和提高的速度。

2.4設(shè)計(jì)中存在的一些具體問題

水廠的生產(chǎn)過程是一個較為復(fù)雜的連續(xù)過程，對于其自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求較高，涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，設(shè)計(jì)本身具有一定的難度，故在有些水廠自動化設(shè)計(jì)中存在的問題較多，影響了自動化功能的發(fā)揮，甚至影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（1）缺乏統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃。在有些水廠自動化設(shè)計(jì)中，對控制系統(tǒng)的持久性和未來發(fā)展規(guī)劃一致性考慮不夠全面，導(dǎo)致控制系統(tǒng)開放性和擴(kuò)展性不夠，造成系統(tǒng)很快落后于生產(chǎn)發(fā)展的需要。

（2）功能設(shè)置過于復(fù)雜。在有些水廠自動化設(shè)計(jì)中，由于片面追求高標(biāo)準(zhǔn)，致使功能設(shè)置過于復(fù)雜，而忽略了水廠的實(shí)際工藝情況和管理水平，使系統(tǒng)的故障率增高，而維護(hù)管理又跟不上，導(dǎo)致關(guān)鍵工藝的自動控制得不到保證。

（3）功能設(shè)置過于簡單。在有些水廠自動化設(shè)計(jì)中，工藝過程的功能設(shè)置過于簡單，達(dá)不到控制要求，特別是關(guān)鍵工藝的控制要求，造成雖有自動化系統(tǒng)，但關(guān)鍵工藝(如投藥等)仍由手動完成的現(xiàn)象，失去了實(shí)現(xiàn)自動化的實(shí)際意義。

（4）設(shè)置過多的手動功能。有些設(shè)計(jì)為了在自動化系統(tǒng)故障時不影響生產(chǎn)，而設(shè)置了過多的手動操作功能，從設(shè)計(jì)上就將自動化系統(tǒng)置于可有可無的地位，既造成了設(shè)備的重復(fù)投資，也使生產(chǎn)人員產(chǎn)生了不正確的依賴心理，加上運(yùn)行管理改革力度不夠，出現(xiàn)了自控設(shè)備擱置不用而仍由人工手動操作的現(xiàn)象。

（5）設(shè)計(jì)人員水平不夠。水廠的自動化設(shè)計(jì)涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，要求設(shè)計(jì)人員既要掌握先進(jìn)的控制技術(shù)，又要熟悉生產(chǎn)工藝過程，同時對設(shè)備也要有相當(dāng)?shù)牧私狻?/p>

3．水廠自控設(shè)備存在的問題

設(shè)備方面存在的問題也是影響水廠自動化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個主要因素，具體表現(xiàn)在如下幾個方面：

（1）質(zhì)量問題。

（2）配套問題。

（3）備品備件問題。

（4）檢修和改造問題。

4．管理方面存在的問題

水廠自動化系統(tǒng)建立后，管理水平滯后是影響自動化功能正常發(fā)揮的一個重要因素。由于管理人員受自身素質(zhì)和傳統(tǒng)觀念的束縛，未能在管理方面進(jìn)行及時的調(diào)整和改革，導(dǎo)致管理水平落后，無法適應(yīng)水廠自動化的發(fā)展需要。如何提高管理水平和管理人員素質(zhì)是自動化水廠目前面臨的一個重要課題。

（1）不注重設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程的人員參與。很多水廠在建設(shè)自動化系統(tǒng)時，由于受人員和素質(zhì)的限制，常采用交鑰匙工程的方式，這樣在建設(shè)時輕松省事，但后患無窮，由于沒有自己的技術(shù)力量參與設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程，導(dǎo)致投產(chǎn)后出現(xiàn)很多問題，影響了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。

（2）對自動化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉。由于值班人員缺乏必要的技術(shù)知識，對自動化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉或掌握不夠，導(dǎo)致設(shè)備得不到正常的保養(yǎng)、調(diào)校和檢修，造成儀表精度降低或設(shè)備故障；導(dǎo)致軟件得不到必要維護(hù)和調(diào)整，造成因一些小軟件故障得不到及時處理而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；有的甚至出現(xiàn)誤操作或引起人為故障。

（3）缺乏完善的自動化管理規(guī)程。水廠實(shí)現(xiàn)自動化后，其運(yùn)行管理和維護(hù)管理已和傳統(tǒng)水廠不一樣，但不少水廠在這方面的改革力度不夠，缺乏滿足自動化生產(chǎn)需要的管理規(guī)程，如崗位職責(zé)、運(yùn)行管理制度、操作規(guī)程和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及檢修規(guī)程等，致使運(yùn)行管理滿足不了生產(chǎn)需要，維護(hù)管理達(dá)不到要求。

（4）缺乏專業(yè)的、穩(wěn)定的維護(hù)隊(duì)伍。自動化系統(tǒng)和設(shè)備雖然具有較高的可靠性，但也會出現(xiàn)故障，需要維護(hù)人員盡快排除。同時，設(shè)計(jì)情況與實(shí)際運(yùn)行情況不一定完全一致，即使與投入運(yùn)行時一致，過一段時間后也會有所變化，另外經(jīng)過一段時間的實(shí)際運(yùn)行后，一般都需要對系統(tǒng)中存在的某些缺陷進(jìn)行改進(jìn)，以使系統(tǒng)更加優(yōu)化，這就要求維護(hù)人員對自動化系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行必要維護(hù)和調(diào)整，特別是當(dāng)生產(chǎn)工藝變化后，需要對控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)修改和開發(fā)。但是，由于缺乏專業(yè)的、穩(wěn)定的維護(hù)隊(duì)伍，使一些小的軟硬件故障得不到及時的修復(fù)和處理，漸漸由小問題變成大問題，甚至導(dǎo)致自動化系統(tǒng)癱瘓。

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關(guān)鍵詞：水廠自動化系統(tǒng)防雷瞬間過電壓

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer)、控制技術(shù)(Control)、通訊技術(shù)(Communication)、顯示技術(shù)(CRT)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，目前水廠的自動化控制普遍采用由工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC或可編程控器PLC組成的集數(shù)據(jù)采集、過程控制和信息傳送于一體的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。由于這些設(shè)備大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，其對瞬間過電壓的承受能力大幅降低，成為水廠受雷電損害的主要設(shè)備。所以對自動化系統(tǒng)采取有效的保護(hù)措施是非常必要的，明析瞬間過電壓產(chǎn)生途徑和危害是正確采取防護(hù)措施的前提。

一、瞬間過電壓的產(chǎn)生

瞬間過電壓是指在微妙至毫秒之內(nèi)所產(chǎn)生的的尖峰沖擊電壓而非一般電源上的所謂過壓(一般電源過壓可能維持?jǐn)?shù)秒及以上)，瞬間過電壓有兩種產(chǎn)生途徑：雷擊和電氣開關(guān)動作。

1、一般構(gòu)筑物避雷網(wǎng)只能保護(hù)其本身免受直擊雷損害，雷擊會通過以下兩種方式破壞電子設(shè)備：①直擊到電源輸入線，經(jīng)電源線進(jìn)入而損害設(shè)備，因電力線上安裝的各種保護(hù)間隙和電力避雷器，只可把線對地的電壓限制到小于6000伏(IEEEC62.41)，而線對線無法控制。②以感應(yīng)方式(電阻性、電感性、電容性)偶合到電源、信號線上，最終損害設(shè)備。

2、當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動時，會產(chǎn)生磁場存儲能量并與電流大小和導(dǎo)線長度成正比，當(dāng)電器設(shè)備(大負(fù)荷)開關(guān)時會便產(chǎn)生瞬間過電壓而損害設(shè)備。

二、瞬間過電壓對電子設(shè)備的危害

瞬間過電壓使電子設(shè)備訊號或數(shù)據(jù)的傳輸與存儲都受到干擾甚至丟失，至使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動作或暫時癱瘓；重復(fù)影響而降低電子設(shè)備壽命甚至立即燒毀元器件及設(shè)備。這一切都會給生產(chǎn)和工作帶來較大損失。

通常水廠自動化系統(tǒng)的控制站都置于構(gòu)筑物之中，網(wǎng)絡(luò)線、電源線鋪設(shè)于電纜溝中，因而遭受直接雷擊的可能性不大，其防護(hù)的主要對象是雷電波侵入(感應(yīng))。按國外資料統(tǒng)計(jì)雷電波侵入(感應(yīng))占計(jì)算機(jī)類設(shè)備雷擊事故原因的85%，按成都市自來水總公司資料統(tǒng)計(jì)占水廠自動化系統(tǒng)雷擊事故原因的100％。雷電波侵入(感應(yīng)偶合)對自動化系統(tǒng)的破壞，主要是通過侵入電源線、天饋線、通訊線和信號線而分別損壞電源模板、通訊模板、I／O模板；也可能因感應(yīng)從信號采集線和接地網(wǎng)引入有害的信號電流和接地電流，損壞自動化系統(tǒng)或影響其運(yùn)行。

根據(jù)瞬間過電壓產(chǎn)生、危害途徑和自控系統(tǒng)大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元及集控制、通訊、監(jiān)測為一體且分散面廣的特點(diǎn)，我們認(rèn)為對自控系統(tǒng)要盡可能降低雷電帶來的損失，就必須采取系統(tǒng)的、綜合的防雷措施。特別應(yīng)從配電系統(tǒng)防雷、自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)線路防雷、構(gòu)筑物防雷和合理接地等四方面著手。

1、自控配電系統(tǒng)的防雷

當(dāng)雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時，都將在輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫的低端，容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進(jìn)入自控設(shè)備的電源模塊以及從配電線路感應(yīng)到同一電纜溝內(nèi)的自控網(wǎng)絡(luò)線上進(jìn)入自控設(shè)備的通訊模塊的幾率比從天饋和信號線路進(jìn)入的要高得多。因此配電線路的防雷是自控系統(tǒng)防雷的重要部份。

水廠的配電系統(tǒng)在高、低壓進(jìn)線都已安裝有閥型避雷器、氧化鋅避雷器等避雷裝置，但自控設(shè)備的電源機(jī)盤仍會遭受雷擊而損壞。這是因?yàn)檫@些措施的保護(hù)對象是電氣設(shè)備，而自控設(shè)備耐過壓能力低，同時，這些避雷器啟動電壓高而且有些有較大的分散電容，與設(shè)備負(fù)載之間成為分流的關(guān)系，如《圖一》，從而加在自控設(shè)備上的殘壓高，至少高于避雷裝置的啟動電壓，一般為峰峰值2-2.5倍(單相殘壓不低于800V)，極易造成自控設(shè)備損壞。同時大型設(shè)備啟停產(chǎn)生的操作過電壓也是危害自控系統(tǒng)的重要原因之一。

由上述，用單一的器件或單級保護(hù)很難滿足要求自控設(shè)備對電源的要求，所以對電源防雷應(yīng)采取多級保護(hù)措施。具體級數(shù)根據(jù)各自實(shí)際情況而定，《圖二》為自來水司水廠采用的三級保護(hù)方案。(原有的高壓避雷器保留)

第一級在變壓器二次側(cè)，主要泄放外線等產(chǎn)生的過電壓，其雷通量大，啟動電壓高(920-1800V)。第二級在各控制站PLC專用隔離變壓器前，主要泄放第一級殘壓、配電線路上感應(yīng)出的過電壓和其它用電設(shè)備的操作過電壓、其電流通量居中，啟動電壓居中(470-1800V)。隔離變壓器的安裝非常重要，它能有效抑制各種電磁干擾，對雷電波同樣有效。末級在PLC專用電源模板前，主要泄放前面的殘壓，完全可達(dá)到箝位輸出，其殘壓低，響應(yīng)時間快。

有條件盡可能以從總配電柜開始將自控系統(tǒng)的電源線單獨(dú)布排。各級避雷器應(yīng)盡量靠近被保護(hù)設(shè)備以免雷電侵入波發(fā)生正的全反射。各級啟動電壓可據(jù)系統(tǒng)而定，但末級應(yīng)盡量達(dá)到箝位輸出。國內(nèi)和國外的各系列電子避雷器均有較好的性能，其原理圖如圖三。有些還增加了放電管、雷擊計(jì)數(shù)器、避雷器漏電流檢測電路，其使用、檢測很方便。自來水司水廠采用電子避雷器后其自控系統(tǒng)一般不會在再遭受過電壓損壞。

2、通訊線、天饋線避雷

自控系統(tǒng)通訊線一般都采用特制屏蔽雙絞線(如DH+、MB+)，并且一般在安裝時都是穿管直埋(或電纜溝)鋪設(shè)，所以雷電在此處的感應(yīng)電壓不高(1KV-2KV)。但由于其直接進(jìn)入PLC或計(jì)算機(jī)通訊口這一薄弱環(huán)節(jié)(正常電壓一般為正負(fù)5V、12V、24V、48V等)，故損害也很大。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換或通訊頻率是從直流到幾十兆赫茲(據(jù)系統(tǒng)而定)，在選用避雷器件時一般都不采用氧化物避雷器，因?yàn)樗姆植茧娙荽蟆Ω哳l損耗大，除非對之進(jìn)行特殊處理。通常避雷器原理如《圖四》，其中箝位二極管殘壓很低，若額定電壓為24V，則殘壓在于24-30V之間。選用此類避雷器時應(yīng)以通訊電平和頻率或速率來確定，對于比較高頻的訊號便需要特殊設(shè)計(jì)的防雷器以確保其阻抗與該系統(tǒng)對應(yīng)，否則會有信號反射的現(xiàn)象。避雷器應(yīng)靠近通訊接口處安裝(減小反射損耗)。網(wǎng)絡(luò)通訊線路避雷的最好方法當(dāng)然是采用光纖網(wǎng)絡(luò)。

水廠與上級部門及水廠之間的無線電通訊一般距離近，功率低，其連接線都采用同軸電纜。所以對天饋的防雷主要是選用同軸電纜避雷器(直擊雷防護(hù)見后)。我們知道，雷電波能量主要集中在工頻和幾百赫的低端，與有用通訊信號頻段相距很遠(yuǎn)。把這兩種信號分開的有效手段就是采用高通濾波器，在選用這類產(chǎn)品時，應(yīng)據(jù)通訊頻率和傳輸功率而定(天線應(yīng)置于構(gòu)筑物避雷網(wǎng)45°角內(nèi)，否則須有相應(yīng)接地措施)。目前國內(nèi)市場上的同軸電纜避雷器就是利用這一原理。

3、控制站構(gòu)筑物的防雷

總控站是控制和信息中心，集中了很多位重值高的計(jì)算機(jī)設(shè)備、通訊設(shè)備、儀器儀表，大多數(shù)還有電臺和天饋線，是全廠生產(chǎn)監(jiān)控、調(diào)度中心，在裝修中大量采用了鋁、鐵等金屬材料，所以在防雷上的要求就更高一些，其目的是要形成均壓等電位屏蔽措施。

控制站所在構(gòu)筑物應(yīng)安裝避雷帶、避雷網(wǎng)，只安裝避雷針效果不好，因?yàn)樗畯S構(gòu)筑物高度雖低，但地勢空曠，臨近水源，所以極易遭受各方向的各種形式的雷擊。控制站所在構(gòu)筑物的接地電阻須小于10歐。

有天饋線或通訊鐵塔的應(yīng)安裝避雷針，并置于構(gòu)筑物避雷網(wǎng)45°角內(nèi)，避雷針以及通訊鐵塔的接地除用建筑物內(nèi)鋼筋結(jié)構(gòu)接地以外，還應(yīng)單獨(dú)鋪設(shè)引下線引至構(gòu)筑物接地網(wǎng)。如只采用構(gòu)筑物鋼筋結(jié)構(gòu)接地，因?yàn)樵跇?gòu)筑物修建時其鋼筋焊接質(zhì)量不一定能得到保證，雷擊時其均壓要求不能保證而易在構(gòu)筑物內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)磁場。構(gòu)筑物外墻上的所有金屬門窗應(yīng)接入構(gòu)筑物的接地網(wǎng)。

前面已述，雷電的危害途徑主要通過感應(yīng)而進(jìn)入自控系統(tǒng)，所以避雷針、帶、網(wǎng)的引下線應(yīng)盡量多設(shè)幾條，使雷電電流有更多的分流途徑，以減小每條線上的泄放電流量從而降低感應(yīng)能量。室內(nèi)計(jì)算機(jī)、自控設(shè)備要盡量置于遠(yuǎn)離避雷網(wǎng)導(dǎo)地金屬體。

4、合理接地

防雷的最終措施是"泄放"，因而對"接地"切不可輕心。一般廠內(nèi)的接地主要有構(gòu)筑物接地、配電系統(tǒng)及強(qiáng)電設(shè)備接地、計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)接地。如這三種接地配置不合理，極易在雷擊時通過接地網(wǎng)對自控系統(tǒng)造成反擊。

計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)是一個特殊用電系統(tǒng)，它包括以下幾種接地：系統(tǒng)工作地(小于4歐)，直流工作地(信號屏蔽地、邏輯地等小2歐)，安全保護(hù)地(小于4歐)。在安裝時難以分開(特別是對PLC系統(tǒng))，對這一系統(tǒng)采用聯(lián)合接地較好。接地電阻取最小值，至少小于2歐。

目前水廠的三大接地網(wǎng)一般是分開設(shè)置的。雖然也有采用部分聯(lián)合接地的，但我們認(rèn)為，在水廠還是分開設(shè)置較好，原因有以下幾點(diǎn)：

l、水廠構(gòu)筑物大多數(shù)在修建時未考慮計(jì)算機(jī)等弱電設(shè)備，且其接閃地和設(shè)備地本身已分開設(shè)置。

2、一個水廠內(nèi)，為普通用電設(shè)備供電的高、低壓配電系統(tǒng)中，都采用一個接地系統(tǒng)，由于用電的復(fù)雜性，在運(yùn)行和雷擊時常常使零線(地線)電流不為零(Id)。如采用聯(lián)合接地時(Rd)，必然使計(jì)算機(jī)接地電位抬高到IdRd，從而可能造成反擊。

3、新增計(jì)算機(jī)、PLC系統(tǒng)時，若要與構(gòu)筑物接地、配電系統(tǒng)及強(qiáng)電設(shè)備接地聯(lián)合接地，其接地電阻小于0．5歐較安全，這樣一方面造價太高，在某些地質(zhì)條件下很能難做到，另一方面對舊地網(wǎng)(特別是老水廠)處理時比較困難。

地網(wǎng)分開設(shè)置時應(yīng)注意避免地網(wǎng)之間的閃絡(luò)。雷擊時，會在地網(wǎng)及附近導(dǎo)體中產(chǎn)生很高電位，地網(wǎng)分開，則可能造成接閃接地體向其它接地體閃絡(luò)。所以，地網(wǎng)之間的距離SK當(dāng)涉及自控系統(tǒng)接地時應(yīng)大于10M。在接地線引入室內(nèi)時，若與其它地網(wǎng)距離太近，可局部采取既絕緣又屏蔽的措施。

5、避雷器的選型及安裝布線

要發(fā)揮良好避雷功能，防雷器應(yīng)不會對保護(hù)的設(shè)備或線路造成任何干擾和中斷現(xiàn)象；具有低"通過"電壓(將瞬間過電壓降到設(shè)備能承受的范圍)；能承受高電流(二次感應(yīng)電流一般不會超過10000A)；反復(fù)使用壽命長且具有狀態(tài)顯示。電源避雷須提供相對地、中對地及相對中的全面保護(hù)作如《圖5》。

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關(guān)鍵詞：水廠自動化控制 儀表系統(tǒng) 技術(shù)分析

中圖分類號：TU991.62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0092-01

在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、電子技術(shù)的不斷發(fā)展下，工業(yè)建設(shè)在自動化方面也取得了顯著的成績，各種檢測傳感器、自動化感應(yīng)部件、回路自動調(diào)節(jié)器等得到了廣泛應(yīng)用。通過對水廠進(jìn)行自動化控制不僅可以有效降低一次性的采購成本，并且可以降低日后的維護(hù)工作量，提高水廠運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 水廠自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

在設(shè)計(jì)水廠自動化控制系統(tǒng)時，按照“集中管理、分散控制、共享數(shù)據(jù)”的基本原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)有良好的獨(dú)立性。一般使用PLC+IPC自動控制模式進(jìn)行集散式控制，由于PLC具有良好的擴(kuò)展性、結(jié)構(gòu)比較緊湊、價格也比較低廉，是目前使用比較廣泛的控制器。水廠集散控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，要將集中檢測作為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，并通過分散控制進(jìn)行輔助。在對水廠的位置和設(shè)施情況進(jìn)行分析后，分別使用獨(dú)立就地控制、實(shí)時監(jiān)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控三種控制措施。在水廠生產(chǎn)過程中，要做好實(shí)時監(jiān)控工作[1]。遠(yuǎn)程監(jiān)控主要設(shè)備，對水處理構(gòu)筑物進(jìn)行就地控制。通過分三個等級進(jìn)行控制，有效保證了水廠控制的安全性。水平自動化控制網(wǎng)絡(luò)主要分為三層，在實(shí)際設(shè)計(jì)時，可以根據(jù)生產(chǎn)要求和工藝要求進(jìn)行安排。根據(jù)需要設(shè)置送水控制站、取水控制站、PLC控制站、加藥加氯控制站、反沖洗控制站等。

2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 中控系統(tǒng)

中控系統(tǒng)主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、生產(chǎn)管理計(jì)算機(jī)、激光打印機(jī)構(gòu)成，使用iFIX組態(tài)軟件作為監(jiān)控計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件，可以將生產(chǎn)線的水池水位、電機(jī)、加藥設(shè)備等所有生產(chǎn)線的模擬畫面顯示出來。將中控室的電腦遠(yuǎn)程接入到系統(tǒng)中各個設(shè)施中，并且可以將水處理工藝布置圖、水廠設(shè)備工作狀態(tài)、水廠設(shè)備動態(tài)參數(shù)、測量儀表數(shù)據(jù)、設(shè)備報(bào)警信號等顯示出來，并且控制系統(tǒng)可以通過編程對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。此外，中控室還可以利用相關(guān)軟件對水廠的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和收集，并深入分析和計(jì)算檢測數(shù)據(jù)，從而對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。DCS集散控制系統(tǒng)可以利用I/O模塊遠(yuǎn)程控制PLC鍵，通過PLC監(jiān)控站的顯示器可以監(jiān)測到供水站的實(shí)際操作情況，并可以對儲液罐的液位、儀表運(yùn)行的具體參數(shù)、管道的流量等進(jìn)行采集分析。中控室通過對這些上限參數(shù)和下限參數(shù)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的目的。

2.2 取水房控制系統(tǒng)

取水房控制站主要對水泵機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況以及機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并且取水泵房中的吸水井中安裝了水位計(jì)，可以時刻監(jiān)視水庫水位的基本情況。根據(jù)送水泵的實(shí)際運(yùn)行情況、清水池的水位情況、水管網(wǎng)壓力情況、用水高峰的時間段確定水泵機(jī)組的開啟或停止。在機(jī)組設(shè)備良好、配電線路良好、出水電動閥良好并且處于關(guān)閉的狀態(tài)時，才可以自動運(yùn)行。取水泵房控制系統(tǒng)主要作用是對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，并且及時和送水泵房的控制站進(jìn)行信息互通，記錄和備份好設(shè)備的運(yùn)行情況。

2.3 送水房控制系統(tǒng)

送水房控制系統(tǒng)主要是用來對小水泵和大水泵的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)控，并且將流量計(jì)、壓力表、余氯分析儀、濁度計(jì)、PH計(jì)等設(shè)備安裝在出廠管線上。此系統(tǒng)主要用來對出廠水的衛(wèi)生情況進(jìn)行檢測。在運(yùn)行時，需要有完好的機(jī)組設(shè)備和配電系統(tǒng)，并且吸水井要達(dá)到設(shè)計(jì)水位才可以實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行。

2.4 反沖洗泵房控制站

反沖洗泵站主要由濾池反沖洗水泵、濾池鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)成，反沖洗泵站主要用來對反沖洗水管管路上的開度信號、閥門開關(guān)、手動新型號自動信號等進(jìn)行檢測；對水位數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并和中心控制站進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的傳輸。在進(jìn)行控制時，除了可以安排操作員使用就地箱進(jìn)行控制，還可以使用PLC來進(jìn)行控制。可以將操作終端作為人機(jī)接口，并利用PLC控制各個設(shè)備。此外，操作人員可以利用操作終端對參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改。

3 自動化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 主控制界面的實(shí)現(xiàn)

自動化控制系統(tǒng)使用服務(wù)器和客戶端的運(yùn)行模式，通過桌面將系統(tǒng)圖標(biāo)打開后就可以進(jìn)入到首頁。用戶的權(quán)限不同，顯示操作功能也不同[2]。進(jìn)入系統(tǒng)后，可以配置水處理設(shè)備，對水廠一期和二期的濾池控制情況車沉淀池控制情況進(jìn)行控制和檢測。

3.2 取水泵房的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

取水泵房操作界面可以將泵房中機(jī)組的具體情況完全顯示出來。例如閥門的開閉情況、機(jī)組的數(shù)量情況、真空泵的運(yùn)行情況、真空泵的水壓情況和水位情況等。利用取水泵房的操作界面可以全面了解泵房中水泵的實(shí)際運(yùn)行情況，并及時調(diào)整水泵的運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 加藥間的監(jiān)控實(shí)現(xiàn)

水從濾池通過后，基本不再渾濁了。此時，需將藥劑加入到原水中來殺死水中的細(xì)菌，從而使水的質(zhì)量達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)。加藥間的加藥的監(jiān)控系統(tǒng)可以將加藥量、水的實(shí)時流量、水中氯的余量、水的渾濁度清晰的反應(yīng)出來，自動加藥系統(tǒng)可以根據(jù)具體的流量情況，對加藥量進(jìn)行控制，并且將加藥池的水位和運(yùn)行情況顯示出來，在遇到特殊情況影響水質(zhì)時，可利用操作界面調(diào)整系統(tǒng)中的設(shè)備。

3.4 預(yù)警監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

自動預(yù)警系統(tǒng)主要是為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)接入系統(tǒng)的任何一個設(shè)備的運(yùn)行數(shù)值超出設(shè)計(jì)的安全范圍值，系統(tǒng)會自動發(fā)出預(yù)警，并提供解決方法。相關(guān)數(shù)據(jù)會一直保存在系統(tǒng)中，以便及時優(yōu)化、總結(jié)水廠的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

通過在水廠中對此自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)用，有效提高了生產(chǎn)的安全性，供水的穩(wěn)定性得以提升。可以對各類設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和自動化運(yùn)行。在監(jiān)控中心就可以觀測到設(shè)備的生產(chǎn)指標(biāo)和運(yùn)行情況，對所有出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)進(jìn)行了記錄和反饋。此外，工作人員的作業(yè)效率也明顯提升，管理人員可以根據(jù)監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)調(diào)整和分析水廠的運(yùn)行情況，一些耗時、耗力的操作由計(jì)算機(jī)代替，勞動效率顯著提升。

參考文獻(xiàn)

篇5

數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于水廠電氣自動化中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面，即：第一，在標(biāo)準(zhǔn)化及開放式的平臺下所建立的編程接口，可使數(shù)字技術(shù)的使用壽命得以延長，并縮短編程周期，進(jìn)而使數(shù)字技術(shù)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。第二，數(shù)字技術(shù)的普及與發(fā)展已逐漸滲透到人們的工作與生活中，為人們的相互交流提供平臺。例如，西門子公司所推出的PCS7自動化控制系統(tǒng)，簡化了繁瑣的資格認(rèn)定，操作人員無需利用維護(hù)工具便可在短時間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的更改。

2數(shù)字技術(shù)在水廠電氣自動化中的創(chuàng)新

2.1智能終端技術(shù)的利用

水廠電氣自動化過程中，可通過光纖連接的方式，利用智能終端以及間隔層采集與控制相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而使電氣自動化中數(shù)字技術(shù)的可靠性得到提升。另外，電氣自動化能夠?qū)崿F(xiàn)有效的運(yùn)作主要得益于標(biāo)準(zhǔn)的程序接口。因此，將TCP/IP作為辦公通訊的標(biāo)準(zhǔn)，能夠幫助ERP與MES實(shí)現(xiàn)連接，進(jìn)而為用戶提供完善的程序接口。例如，數(shù)據(jù)交換可在軟件與硬件中進(jìn)行，并優(yōu)化智能結(jié)果，提高通訊質(zhì)量。

2.2GOOSE虛端子技術(shù)的利用

GOOSE虛端子技術(shù)將設(shè)計(jì)與裝置做出一定的改變，使二次回路得到改良，更具便于調(diào)試且易理解的優(yōu)點(diǎn)。GOOSE技術(shù)應(yīng)用過程中，通過測控裝置與智能裝置實(shí)現(xiàn)信息的交換，并以此控制開關(guān)及主變、母聯(lián)及母線以及全站線路等，而且其中的跳合閘能夠?qū)y控遙控裝置及聯(lián)閉鎖的間隔層進(jìn)行保護(hù)。因此，GOOSE虛端子技術(shù)通過對二次回路的改良使非電量信息更便于操控。另外，GOOSE與MMS雙網(wǎng)配置也實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)清晰、層次分明、簡捷方面的優(yōu)良性能，集中了相關(guān)結(jié)構(gòu)組屏，在主機(jī)與二者之間以通信管理的方式實(shí)現(xiàn)測控遙控、聯(lián)閉鎖以及跳閘保護(hù)。如圖2。

2.3對程序代碼控制的強(qiáng)化

程序代碼的控制是數(shù)字技術(shù)中的主要技術(shù)，主要利用程序代碼向電氣設(shè)備傳達(dá)指令。但在程序代碼控制方面，很多操作人員的意識不強(qiáng)，無法對相關(guān)指令進(jìn)行有效地下達(dá)與操控，很大程度上使水廠電氣設(shè)備運(yùn)行效率受到影響。因此在實(shí)際操作過程中，當(dāng)下達(dá)相關(guān)指令后，技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)向計(jì)算機(jī)傳輸?shù)墓ぷ鳎粜柽M(jìn)行具體的操作，可直接進(jìn)行干預(yù)，確認(rèn)設(shè)備中的開關(guān)與閘刀設(shè)計(jì)能夠保證系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行狀態(tài)，這樣系統(tǒng)能夠自行完成所有操作。

3結(jié)論

篇6

Abstract: At present, the function of some small and medium water plant automation system has not brought into full play and some systems even in the idle state. For the existing problems at these water plants, the paper made the discussion from the aspects of purpose, design, equipment and management.

關(guān)鍵詞：水廠自動化；設(shè)備管理；自控設(shè)備

Key words: water plant automation; equipment management; automation equipment

中圖分類號：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）12-0270-01

1 水廠自動化的目的

對水廠實(shí)施自動化的根本目的認(rèn)識不夠全面或出現(xiàn)偏向，是造成一些水廠自動化系統(tǒng)未能充分發(fā)揮作用的一個原因。水廠實(shí)現(xiàn)自動化的根本目的是提高生產(chǎn)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和高效供水，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。但是，有的水廠實(shí)現(xiàn)自動化是為了趕時髦，將其作為一種點(diǎn)綴；有的水廠是迫于形勢，在大批水廠紛紛實(shí)現(xiàn)自動化的情況下，自己也不能不上等等。

2 水廠自動化的設(shè)計(jì)

2.1 未解決的相關(guān)理論問題

2.1.1 絮凝理論不夠完善。加藥系統(tǒng)是一個大延時、強(qiáng)耦合、干擾因素多的非線性系統(tǒng)，目前廣泛采用的控制方法為：用原水流量按比例前饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的頻率，用流動電流儀（SCD）反饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程，從而構(gòu)成加藥復(fù)合控制系統(tǒng)。由于凝聚作用本身有多種理論，決定加藥量多少的水質(zhì)成分因素在理論上還不夠完善，如原水濁度、溫度、pH、污染因素以及非膠體顆粒干擾因素等參數(shù)變化都對SCD有很大影響，而在SCD反饋調(diào)節(jié)方法中，只采用了反映水中膠體穩(wěn)定度的參數(shù)ζ電位來代表全部水質(zhì)因素，因此該控制方法并不完全符合生產(chǎn)實(shí)際。

2.1.2 加氯系統(tǒng)理論問題。在加氯系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方法為：前加氯采用流量比例控制，后加氯采用余氯反饋控制。由于影響加氯效果的因素很多，如水質(zhì)、天氣、水廠的具體工藝特點(diǎn)等，而且后加氯存在時間滯后問題，同時對控制方法和投加氯氨存在的問題目前有不同的看法，特別是對水射器安裝位置和余氯取樣位置的規(guī)范化確定目前尚無完整的理論，從而使加氯系統(tǒng)不夠規(guī)范，實(shí)際運(yùn)行效果也不是十分理想。

2.1.3 其他理論問題。如變頻供水泵和定速供水泵的臺數(shù)比例確定、變頻供水泵的自動調(diào)節(jié)方法以及供水泵的科學(xué)調(diào)度等問題，理論上還未完全解決，管理上還有待進(jìn)一步研究。

2.2 技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問題 到目前為止，我國在供水行業(yè)自動化控制方面，除《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》等少量規(guī)劃性技術(shù)文件之外，尚無制定供水行業(yè)自動化控制方面的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，致使水廠在實(shí)施自動化過程中，技術(shù)上缺乏統(tǒng)一的規(guī)范性，設(shè)計(jì)上存在一定的盲目性和隨意性，影響了自動化系統(tǒng)配置的科學(xué)性和合理性。而在其他行業(yè)，如水電行業(yè)，國家有關(guān)部門早已經(jīng)頒布了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這對該行業(yè)的自動化設(shè)計(jì)和實(shí)施起到了積極的促進(jìn)作用。

2.3 設(shè)計(jì)中存在的一些具體問題 ①缺乏統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃。②功能設(shè)置過于復(fù)雜。③功能設(shè)置過于簡單。④設(shè)置過多的手動功能。有些設(shè)計(jì)為了在自動化系統(tǒng)故障時不影響生產(chǎn)，而設(shè)置了過多的手動操作功能，從設(shè)計(jì)上就將自動化系統(tǒng)置于可有可無的地位，既造成了設(shè)備的重復(fù)投資，也使生產(chǎn)人員產(chǎn)生了不正確的依賴心理，加上運(yùn)行管理改革力度不夠，出現(xiàn)了自控設(shè)備擱置不用而仍由人工手動操作的現(xiàn)象。

3 水廠自控設(shè)備存在的問題

3.1 質(zhì)量問題 水廠中有些設(shè)備容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，如堿度計(jì)、氯氨測定儀、溶解氧測定儀、濃度測定儀、壓差變送器、加氯機(jī)、計(jì)量泵等，這些質(zhì)量問題有的是設(shè)備本身的質(zhì)量不過關(guān)，有的則是安裝或維護(hù)質(zhì)量達(dá)不到要求，但均影響了自動化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 配套問題 在有的水廠自動化系統(tǒng)中，設(shè)備如傳感器、測量儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身并無質(zhì)量問題，而是精度不夠或穩(wěn)定性達(dá)不到系統(tǒng)要求，即與系統(tǒng)配套不合理，也是影響自動化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個原因。

3.3 備品備件問題 有些設(shè)備發(fā)生故障后，由于缺乏備品備件而一時無法修復(fù)，這對進(jìn)口設(shè)備尤為明顯。如果由原產(chǎn)品供應(yīng)商修理，則時間長、費(fèi)用高，特別是有的產(chǎn)品已更新?lián)Q代而根本無法得到備品備件，造成了這些設(shè)備的檢修十分困難，從而導(dǎo)致這些設(shè)備長時間處于癱瘓狀態(tài)，影響了自動化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4 檢修和改造問題 對于部分進(jìn)口設(shè)備如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由于外商對通信協(xié)議和通信軟件的公開性不夠，且本身的技術(shù)要求也較高，既增加了這些設(shè)備的維護(hù)和檢修難度，也降低了自動化系統(tǒng)的開放性，影響了系統(tǒng)的正常更新和改造工作。而且很多進(jìn)口通信設(shè)備較難與國內(nèi)設(shè)備互聯(lián)，致使更新和改造困難，從而降低了自動化系統(tǒng)的合理性和統(tǒng)一性。

4 管理方面存在的問題

4.1 不注重設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程的人員參與 很多水廠在建設(shè)自動化系統(tǒng)時，由于受人員和素質(zhì)的限制，常采用交鑰匙工程的方式，這樣在建設(shè)時輕松省事，但后患無窮，由于沒有自己的技術(shù)力量參與設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過程，導(dǎo)致投產(chǎn)后出現(xiàn)很多問題，影響了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。

4.2 對自動化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉 由于值班人員缺乏必要的技術(shù)知識，對自動化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉或掌握不夠，導(dǎo)致設(shè)備得不到正常的保養(yǎng)、調(diào)校和檢修，造成儀表精度降低或設(shè)備故障；導(dǎo)致軟件得不到必要維護(hù)和調(diào)整，造成因一些小軟件故障得不到及時處理而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；有的甚至出現(xiàn)誤操作或引起人為故障。

篇7

關(guān)鍵詞：中小型水廠 技術(shù)改造 自動化控制 體會

一、振華水廠簡介

振華水廠于1994年底投產(chǎn)，規(guī)模：6萬立方米／日，屬中型水廠，擔(dān)負(fù)著開平市城區(qū)大部的自來水供應(yīng)，其供水水質(zhì)及安全性對整個城區(qū)都有著重要的影響。

工藝流程：

該廠生產(chǎn)控制方式為現(xiàn)場手動控制方式，投藥、加氯的準(zhǔn)確度、連續(xù)性，濾池反沖洗、二級泵站供水的安全可靠性都受到相當(dāng)大的制約。為適應(yīng)《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》要求及人們對水質(zhì)和供水安全性要求的提高，1999年5月我水司與有關(guān)高校科研人員及自控專業(yè)公司合作對該水廠進(jìn)行了自動化改造。經(jīng)改造后的生產(chǎn)實(shí)踐證明，效果相當(dāng)不錯，說明中型水廠自動化改造是必要和可行的，具有一定的推廣價值。

二、自控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)思路

2.1 系統(tǒng)組成

本自動控制系統(tǒng)主要由中央控制室兩臺計(jì)算機(jī)（Pentium Ⅱ/450，內(nèi)存96M）、模擬屏及現(xiàn)場兩套PLC（SIMATIC S7－300，CPU314）組成，控制規(guī)模DI160點(diǎn)、DO96點(diǎn)、AI24點(diǎn)和AO12點(diǎn)。采用DCS（Distribute Control System）系統(tǒng)，為中央控制室集中監(jiān)控、PLC分散控制和現(xiàn)場操作臺手動控制的三級控制。PLC軟硬件主要由西門子公司提供，使用 Windows NT 4.0操作系統(tǒng)構(gòu)成C／S結(jié)構(gòu)，分別以STEP7和WinCCV4.0為編程與監(jiān)控軟件。整個系統(tǒng)采用MPI多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)，PLC框架采用內(nèi)部總線，PLC與計(jì)算機(jī)之間采用RS－485通訊接口，兩套PLC站通過專用雙絞線聯(lián)接，如圖1所示。

其中，二級泵站PLC監(jiān)控泵站電機(jī)、水泵、真空泵及閥門工作狀態(tài)，監(jiān)測調(diào)速泵頻率、運(yùn)行時間、電流、電壓、電源有功功率、耗電量、機(jī)泵閥開關(guān)量狀態(tài)及出廠水水質(zhì)指標(biāo)；而中控室PLC同時監(jiān)控加礬、加氯、過濾、反沖洗和反沖洗水池補(bǔ)水系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行工況，監(jiān)測混合SCD值、濾后水余氯及原水水質(zhì)指標(biāo)。

2.2系統(tǒng)功能

監(jiān)視功能

模擬屏以直觀的表達(dá)方式，通過色彩和動態(tài)顯示數(shù)據(jù)，形象表示出制水生產(chǎn)全過程。監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以對生產(chǎn)進(jìn)行全面監(jiān)控，并對投藥、加氯、濾池及送水泵站各系統(tǒng)以立體圖和平面圖表現(xiàn)相應(yīng)的工藝流程、設(shè)備運(yùn)行工況以及儀表參數(shù)。此外還具有歷史數(shù)據(jù)分析和報(bào)表系統(tǒng)功能，自動生成7種不同類型生產(chǎn)報(bào)表，并可隨時進(jìn)行修正和打印。

自動控制

自動控制分為人工和自動方式，前者是把輸出模擬量固化，后者則通過預(yù)設(shè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，控制單元對設(shè)備檢測部份傳來的信號進(jìn)行運(yùn)算，將結(jié)果送至設(shè)備執(zhí)行部分。

故障診斷

PLC外部控制電路和Ⅰ／O接線系統(tǒng)的故障檢測診斷，由用戶程序找出最佳矛盾邏輯狀態(tài)組，及時發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，開啟報(bào)警并記錄。通過啟動“報(bào)警置位”功能復(fù)位，消除故障。

2.3 改造后凈水工藝控制方式

（1）加礬系統(tǒng)

改造前采用重力與泵壓聯(lián)合投加：礬液從高位礬池流入礬泵，經(jīng)提升至高度與礬池項(xiàng)約相平的緩沖罐，然后應(yīng)用重力投加。受原水管道壓力變化影響，在水質(zhì)水量發(fā)生變化時，憑經(jīng)驗(yàn)人為調(diào)節(jié)造成滯后和不準(zhǔn)確。

改造后，加礬系統(tǒng)采用隔膜可控容積計(jì)量泵、變頻調(diào)速電機(jī)和美國 Mition RoySC5200－E4WJOOO游動電流檢測儀（簡稱SCD儀），見圖2。其中，以原水流量為前饋量控制電機(jī)頻率，流量越大，頻率越大，轉(zhuǎn)速也就越高，確保原水流量發(fā)生階躍變化時控制系統(tǒng)響應(yīng)速度和穩(wěn)定性；以SCD儀檢測混合SCD值為反饋量控制計(jì)量泵沖程。水廠集中采用中控室PLC內(nèi)部PID控制器，實(shí)現(xiàn)PID控制算法。

加礬系統(tǒng)在原水流量計(jì)和SCD儀的自動監(jiān)測下，實(shí)現(xiàn)頻率和沖程雙點(diǎn)調(diào)節(jié)，最大限度擴(kuò)展控制范圍，適應(yīng)了原水水量和水質(zhì)大幅度變化，并可克服原水管道壓力變化影響，保證了混凝效果。

（2）加氯系統(tǒng)

改造前只有濾后加氯，投加量偏差多少依據(jù)一小時后檢測耗氯量、余氯值來估計(jì)，再手動改變加氯機(jī)開度，調(diào)節(jié)氯氣流量，調(diào)節(jié)粗糙，反饋過慢，致使加氯不夠可靠。

改造后，濾后加氯采用復(fù)合環(huán)控制，并增加反應(yīng)前加氯系統(tǒng)。

反應(yīng)前加氯按原水流量比例投加，屬開環(huán)控制。濾后加氯以原水流量為前饋量，以濾后水余氯為反饋量進(jìn)行投加，屬閉環(huán)控制。

應(yīng)當(dāng)說明的是濾后加氯流量信號仍取之于原水流量，是因?yàn)樵髁颗c濾后水流量不等情況很少，且有余氯儀檢測反饋。這種前后反饋復(fù)合環(huán)控制加氯技術(shù)保證后加氯系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，也適應(yīng)水量和水質(zhì)變化。

（3）濾池系統(tǒng)

原系統(tǒng)過濾時靠肉眼判斷濾池水位高度，手動調(diào)節(jié)進(jìn)水閥和濾水閥門，造成水位忽升忽降且各濾池水位高度不一，濾速不均。

改造后，保持進(jìn)水閥全開，以超聲波水位儀和角度轉(zhuǎn)換器分別監(jiān)測濾池水位和濾水闊開度，執(zhí)行PID指令后，送出開度控制信號，實(shí)現(xiàn)恒水位過濾。如圖3所示。

過濾到一定周期進(jìn)行自動反沖洗。為簡單起見，反沖洗省去按阻塞值條件控制，當(dāng)過濾能力下降并形成一定水頭差，值班人易發(fā)現(xiàn)水位突破恒定水位并不斷上升，由此進(jìn)行強(qiáng)制反沖洗。另外，反沖洗水池自動補(bǔ)水，以液位計(jì)反饋液位高度信號控制水泵啟停，同時保留原靠浮球到達(dá)限位作為水泵停止信號的控制，兩者并用確保反沖洗水池滿水后水泵自動停止，以免事故發(fā)生。

（4）二級泵站系統(tǒng)

改造前，四臺型號一致大泵和一臺小泵都是定這泵。手動控制出水閥門開度來調(diào)節(jié)供水壓力，浪費(fèi)能量且不適應(yīng)管網(wǎng)壓力變化。改造后，利用壓力變送器的壓力反饋，一號大泵進(jìn)行變頻調(diào)速，達(dá)到恒壓力供水目標(biāo)，如圖4所示。

變頻器最佳輸出頻率范圍為40Hz至49Hz，當(dāng)達(dá)到設(shè)定極限50Hz時，變頻器會自動跳閘，并發(fā)出警報(bào)。在實(shí)踐中，以一號變頻調(diào)速泵與其它定速泵的不同并聯(lián)組合，使變頻調(diào)速在最佳變頻范圍進(jìn)行工作。

三、運(yùn)行效果及體會

3.1 運(yùn)行效果

（1）加礬和加氯兩套系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化控制，確保了水質(zhì)的提高。出廠水濁度一般在1.0NTU以下，余氯值在0.4～0.7mg/L之間，達(dá)到Ⅰ類水司水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其它指標(biāo)均符合或優(yōu)于國標(biāo)。另外，自控監(jiān)測儀表一般都有靈敏度高、準(zhǔn)確性好和易于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

（2）自動化控制，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，提高工作效率。同時，也提高了凈水生產(chǎn)的穩(wěn)定性、連續(xù)性與供水的安全性，符合供水行業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展要求。

（3）降低了能耗、藥耗。

利用調(diào)速泵與定速泵不同并聯(lián)組合來適應(yīng)不同供水需求，在滿足管網(wǎng)壓力逐時變化前提下提高效率，節(jié)約了電能。我們對調(diào)速大泵和一臺定速大泵并聯(lián)運(yùn)行與兩臺定速大泵并聯(lián)運(yùn)行作出比較，節(jié)能約為10％左右。不僅節(jié)約電能，而且經(jīng)統(tǒng)計(jì)節(jié)約礬藥約10％。

如表1所示。

3.1 體會

中小型水廠規(guī)模小，自動化改造的投資成本相對較高，因而需要在保持技術(shù)先進(jìn)的前提下尋求自控系統(tǒng)的可行性簡化。如用集成在CPU內(nèi)的MPI進(jìn)行簡單聯(lián)網(wǎng)，以STEP7用戶接口簡單組態(tài)等。

對中小型水廠自動化技術(shù)改造在我國尚屬嘗試階段，應(yīng)用不多，本項(xiàng)目注重設(shè)計(jì)與實(shí)際情況的緊密結(jié)合。例如，本廠的原水進(jìn)水采用計(jì)量堰計(jì)量時一般會出現(xiàn)水面波動較大的現(xiàn)象，我們通過設(shè)置擋板以消除計(jì)量堰水面紊動，確保水位和流量信號檢測準(zhǔn)確；反沖洗水池抽水泵真空判斷原以在真空表內(nèi)設(shè)定固定真空值為準(zhǔn)，為適應(yīng)清水池水位大幅度變化要求，特改用在真空管路內(nèi)水位提升浮球取得真空形成信號等。另外，進(jìn)口自動監(jiān)測儀表需穩(wěn)定安全的工作環(huán)境才能正常發(fā)揮作用。對此我們在相關(guān)儀表前加設(shè)緩沖排氣筒，出廠水經(jīng)氣水分離后依靠重力流向儀表，相對穩(wěn)定、平緩，使儀表正常工作。

水廠生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)自動化控制，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行方式，促進(jìn)了凈水處理技術(shù)水平的提高，經(jīng)過一年多的實(shí)際運(yùn)行證明，改造是成功的，達(dá)到了我們預(yù)期目的，提高了投藥加氯的準(zhǔn)確、連續(xù)性，提高了供水安全性，降低了藥耗。當(dāng)然，改造工程本身存在某些局限性，我們將精益求精，在生產(chǎn)實(shí)踐中個斷完善，使經(jīng)濟(jì)效益和社會效益雙豐收。

參考文獻(xiàn)

[1]　SIMATIC S7-300可編程序控制器，西門子（中國）有限公司出版社，1996

篇8

關(guān)鍵詞：自來水廠；自動化控制；框架

中圖分類號： TU991.35 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

§1.0自動化控制的水廠功能要求

1.1、取水泵站功能控制要求

1、取水泵站電機(jī)的運(yùn)行電壓、電流、頻率在線顯示和控制（頻率）。

2、消毒液（劑）投加設(shè)備的運(yùn)行工況和投加量的在線顯示及控制。

3、取水瞬時流量、累計(jì)流量的在線顯示。

4、原水的水溫、PH值、濁度等的在線顯示。

5、原水的水位和庫容（視要求）在線顯示。

6、取水口和取水泵站的遠(yuǎn)紅外線高清視屏監(jiān)控。

1.2、廠區(qū)功能控制要求

1、供水泵站電機(jī)的運(yùn)行電壓、電流、頻率等的在線顯示和控制（頻率）。

2、清水池液位顯示和取供水機(jī)組的聯(lián)動控制。

3、濾池的液位顯示和反沖洗機(jī)組（汽、水）及排污閥的聯(lián)動控制。

4、絮凝劑（液）、消毒劑（液）投加設(shè)備的運(yùn)行工況和投加量的控制。

5、供水管網(wǎng)的實(shí)時壓力、瞬時流量、累計(jì)流量的在線顯示。

6、供水的水溫、PH值、濁度、余氯或二氧化氯含量等在線顯示。

7、建立在數(shù)字化供水區(qū)域行政地圖上的管徑≧￠50的管網(wǎng)路由詳圖（按顏色區(qū)分管徑、標(biāo)明進(jìn)排氣閥、排污閥和閘閥的位置、標(biāo)注￠50管末端的供水戶數(shù)，視需要未來可擴(kuò)展至自然村的管網(wǎng)細(xì)部圖）。

8、管網(wǎng)路由圖上的主干支節(jié)點(diǎn)（供水區(qū)域內(nèi)的￠110管及以上的分支點(diǎn)）的實(shí)時壓力、瞬時流量、累計(jì)流量等的在線顯示（遠(yuǎn)程GSM卡傳輸）。

9、記錄水廠運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，按要求（年、季、月、旬、日、時）打印數(shù)字報(bào)表圖表和分析曲線。

10、存儲主干支數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)字建模，通過計(jì)算、對比、分析能夠?qū)ν话l(fā)異常數(shù)據(jù)（管網(wǎng)壓力的突降和流量的突增）進(jìn)行聲光報(bào)警。

11、廠區(qū)無盲區(qū)的遠(yuǎn)紅外線高清視屏監(jiān)控、電子圍墻護(hù)欄等安全防范系統(tǒng)。

§2.0硬件的設(shè)計(jì)依據(jù)和控制方案選擇

2.1、設(shè)計(jì)依據(jù)

1、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

2、自來水廠的功能控制要求。

2.2、控制方案選擇

1、控制形式

在自動化領(lǐng)域，具有多種實(shí)現(xiàn)一體化控制功能的形式，比較成熟的具有以下三種形式：

① 基于PC的控制系統(tǒng)

② DCS分布式控制系統(tǒng)

③ 上位機(jī)+PLC控制系統(tǒng)

2、方案比選

①基于PC的控制系統(tǒng)：是在計(jì)算機(jī)硬件的基礎(chǔ)上通過各種接口板卡擴(kuò)展其與被控對象的連接能力，實(shí)現(xiàn)輸入/輸出功能，由于其功能過度依附于個人計(jì)算機(jī)，而個人計(jì)算機(jī)的各種防護(hù)能力不能達(dá)到工業(yè)級應(yīng)用環(huán)境和平均無故障時間的要求，因而只能用于環(huán)境較好、對可靠性能要求不高的場所，其具有明顯的成本優(yōu)勢。

②DCS分布式系統(tǒng)：有全集成的結(jié)構(gòu)，由同一廠商提供現(xiàn)場控制單元、上級監(jiān)控單元，并且軟件、硬件一體化，具有高度集成和協(xié)調(diào)能力，具有很大的運(yùn)算能力，可以控制多路復(fù)雜系統(tǒng)，但其可靠性不如PLC系統(tǒng)高，工程造價也較昂貴。

③“上位機(jī)+PLC控制系統(tǒng)”：將采用分布式系統(tǒng)的思想，將控制與監(jiān)視基本分離，由具有最高安全性能的PLC系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場信號，并且實(shí)現(xiàn)輸出以驅(qū)動現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)，相對于個人計(jì)算機(jī)而言，PLC具有耐最差環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，同時由于其嚴(yán)格的封裝特性和獨(dú)特的執(zhí)行程序方式，具有更高的可靠性，現(xiàn)在絕大部分知名品牌的PLC主機(jī)的平均無故障運(yùn)行時間都在100，000小時以上，由于微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，CPU時鐘頻率不斷提高，PLC的實(shí)時性和運(yùn)算能力不斷增強(qiáng)。在大多數(shù)應(yīng)用場合，PLC都可以通過自身的CPU部件處理各種輸入/輸出信號，進(jìn)行各種簡單/復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，并能進(jìn)行各種開環(huán)、閉環(huán)控制，完全發(fā)揮其就地控制單元（現(xiàn)場級控制）的能力。與PLC配套的上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)際上具有兩個功能：一、人工干預(yù)PLC自動運(yùn)行程序的功能，在某些特殊的情況下對現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備進(jìn)行“不合規(guī)則”的調(diào)控；二、監(jiān)視、存檔、報(bào)警等功能，上位機(jī)通過取出PLC中的數(shù)據(jù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)的軟硬件特性，對數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化處理和分析，得出更有價值的判斷和結(jié)論。在這個系統(tǒng)中，PLC起到了承上啟下的作用：由它對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行管理，計(jì)算機(jī)通過與PLC通訊來間接了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、對設(shè)備進(jìn)行操作，這樣充分發(fā)揮了PLC可靠性高的優(yōu)勢。

2.3、方案確定

針對鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來水廠工程功能要求和水廠的專業(yè)技術(shù)人員短缺，值班、職守人少和運(yùn)行環(huán)境的濕度大溫度高等特點(diǎn)，筆者決定采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)HMI/SCADA系統(tǒng)加PLC控制的全自動監(jiān)控方式。整個系統(tǒng)采用縱向三級系統(tǒng)HMI/SCADA中控室監(jiān)控系統(tǒng)、LCU控制系統(tǒng)、現(xiàn)場控制系統(tǒng)，三級系統(tǒng)由高到低垂直分布，呈樹狀結(jié)構(gòu)。

HMI/SCADA控制中心系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)與下一級設(shè)備（LCU就地控制系統(tǒng)）相聯(lián)系。通訊介質(zhì)為單模光纜，通過環(huán)型連接構(gòu)成冗余網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中任意一個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障不至影響其它節(jié)點(diǎn)之間的正常通訊。系統(tǒng)選用兩臺高性能計(jì)算機(jī)和兩套軟件組成冗余監(jiān)控模式，任意一臺機(jī)器出現(xiàn)故障，不至影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。

LCU控制系統(tǒng)居于三層系統(tǒng)中間層，起承上啟下的作用，向下管理現(xiàn)場分散設(shè)備，向上與HMI/SCADA系統(tǒng)通訊，因此，要求具有很高的可靠性。同時，要具有可獨(dú)立工作的能力，在HMI/SCADA系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者脫機(jī)的時候仍能正常工作。基于以上考慮，LCU控制系統(tǒng)選用高性能的PLC系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)向上通過工業(yè)以太網(wǎng)與控制中心相聯(lián)系，向下通過I/O模塊的硬接線方式與現(xiàn)場設(shè)備相聯(lián)系。I/O模塊的硬接線方式是傳統(tǒng)的PLC模式，在通訊結(jié)構(gòu)上實(shí)際上是一種星型模式，相對于智能設(shè)備的總線型通訊模式具有兩個方面的優(yōu)點(diǎn)：一是對現(xiàn)場設(shè)備的支持能力強(qiáng)，大多數(shù)現(xiàn)場設(shè)備均能通過這種方式融入控制系統(tǒng)，而總線型設(shè)備級網(wǎng)絡(luò)需要現(xiàn)場設(shè)備配置智能模塊，管理總線通訊接口，而當(dāng)前狀況是僅部分現(xiàn)場設(shè)備（或者部分品牌的現(xiàn)場設(shè)備）支持總線通訊接口；二是通訊抗故障能力強(qiáng)，由于星型網(wǎng)絡(luò)每個點(diǎn)都與上級控制層直接硬接線，因而任意一個現(xiàn)場設(shè)備損壞或者任意一條通訊線路損壞都不會對其他設(shè)備或者線路產(chǎn)生影響。而總線型通訊是一條總線加上多個設(shè)備點(diǎn)的總線分支器構(gòu)成的，因而在總線損壞或者總線分支器出現(xiàn)故障時，其后的所有設(shè)備均不能正常通訊。現(xiàn)場控制系統(tǒng)即為系統(tǒng)最前端設(shè)備：包括各種傳感器/變送器、控制電箱柜、各種開關(guān)、按鈕和接觸器、繼電器線圈等。其功能有：一是把現(xiàn)場的“狀態(tài)” 傳送到上一級系統(tǒng)，二是把上一級控制系統(tǒng)所做出的“決定”（通常依據(jù)“狀態(tài)”而來）實(shí)現(xiàn)到現(xiàn)場設(shè)備上。

§3.0控制站點(diǎn)的分布

自來水廠自動化控制系統(tǒng)設(shè)立：中控室控制站、一座PLC主站（送水泵房）、二座PLC分站（加氯和加藥間、取水泵站）。PLC主站與中控室控制站用以太網(wǎng)進(jìn)行通訊，PLC主站與加氯加藥間PLC分站以DP總線進(jìn)行通訊，PLC主站與取水泵房PLC分站可用DP總線進(jìn)行通訊或用無線網(wǎng)橋（遠(yuǎn)距離）。

3.1、中控室控制站

中控室設(shè)有1臺監(jiān)控計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)采用WINDOWS2000 PROFESSIONSL版，組態(tài)軟件采用PLC廠家的最新工控組態(tài)軟件，組態(tài)點(diǎn)為1024，完全版。要求軟件能在WINDOWS系統(tǒng)軟件平臺上可靠運(yùn)行，并具有良好的動態(tài)監(jiān)控畫面組態(tài)功能、豐富的組態(tài)圖庫和數(shù)據(jù)處理功能。其功能配置應(yīng)滿足水廠監(jiān)控的所有需要，如事件信號、測量值的歸檔，操作權(quán)限的設(shè)置，在線調(diào)試、遠(yuǎn)程訪問等。

監(jiān)控應(yīng)用軟件采用在組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上開發(fā)的動態(tài)圖形軟件，圖形形象逼真，操作界面友好簡便，故障診斷可靠，數(shù)據(jù)庫功能完善。

3.2、送水泵房PLC主站

3.2.1系統(tǒng)說明

送水泵房PLC主站監(jiān)測送水泵房設(shè)備、工藝參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，是送水泵房水泵電機(jī)及其輔助設(shè)備的智能控制中心。

送水泵房變頻恒壓供水過程的控制是由多個獨(dú)立的泵組控制裝置以及真空引水裝置等，依據(jù)一定的程序相互協(xié)調(diào)作用來共同完成，它們之間的聯(lián)系和協(xié)調(diào)是通過PLC柜來實(shí)現(xiàn)的，每個控制裝置內(nèi)在的聯(lián)鎖關(guān)系由其內(nèi)部電路去執(zhí)行。在自動恒壓供水模式下，這幾個控制裝置的協(xié)調(diào)工作過程就構(gòu)成了恒壓供水設(shè)備的工藝控制過程，這幾個控制裝置在工作中協(xié)調(diào)質(zhì)量的好壞及合理性（優(yōu)化運(yùn)行）將會直接關(guān)系到恒壓供水工作時的品質(zhì)。

3.2.2PLC監(jiān)測下列物理量數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號：

供水泵電機(jī)運(yùn)行的：電流、電壓、頻率、開停機(jī)時刻、累計(jì)運(yùn)行時間；

反沖洗汽水泵電機(jī)運(yùn)行的：電流、電壓、頻率、開停機(jī)時刻、累計(jì)運(yùn)行時間；

出廠水實(shí)時壓力；瞬時流量、累積流量；

出廠水水質(zhì)各種參數(shù)（水溫、PH值、濁度、二氧化氯含量）；

變頻器的工作狀態(tài)和故障報(bào)警；

清水池水位、濾池水位；

廠區(qū)遠(yuǎn)紅外高清視頻監(jiān)控傳輸和電子圍欄報(bào)警；

PLC對模擬量的監(jiān)測是通過配置的模擬量輸入模塊實(shí)現(xiàn)的，PLC對諸如電量、累積水量等累積量的采集是通過其DP通訊方式完成的。

3．2.3PLC控制功能

PLC以處于「自動方式的受控裝置（變頻柜以及水泵等設(shè)備）為控制對象，使各受控裝置能自動地按工藝流程和控制動作要求工作（運(yùn)行和停止），自動控制的總目標(biāo)是按照預(yù)定的程序協(xié)調(diào)控制這些受控裝置的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)壓力值可調(diào)的自動恒壓供水。PLC的控制還具有優(yōu)化控制功能，包括自動對泵的合理、科學(xué)調(diào)配，通過適當(dāng)?shù)目刂扑惴ǎ琍LC總是選擇最合適的泵組投運(yùn)和停機(jī)，保持機(jī)組和聯(lián)動系統(tǒng)的最佳運(yùn)行狀態(tài)。

隨著社會的進(jìn)步和要求的提高，欲實(shí)現(xiàn)全廠自動化只需配置以太網(wǎng)通訊模塊，通過工業(yè)以太網(wǎng)方式和工廠自動化網(wǎng)絡(luò)連接，與上位監(jiān)控微機(jī)及其他網(wǎng)絡(luò)終端通訊即可。

PLC控制柜配置了10.4’的中文信息觸摸屏，以文字、圖形、曲線等形式顯示各類數(shù)據(jù)、狀態(tài)和故障、參數(shù)越限報(bào)警等信息。無需物理按鈕，操作員通過輕觸屏面觸摸面板，向設(shè)備發(fā)出各類各型指令，觸摸-感應(yīng)顯示能使操作者直觀、全面地通過圖形控制監(jiān)視所有的受控設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。

3.2.4、設(shè)備制造要求

送水泵房PLC主站使用落地柜式，外形尺寸2200mm×600mm×600mm，面板上安裝10.4’中文信息觸摸屏

3.2.5、元器件選型要求

①．控制站PLC選用SIEMENS S7—300系列產(chǎn)品，配10.4’中文信息觸摸屏；

②．低壓電器選用施耐德公司的產(chǎn)品（建議）。

3.3、加氯和加藥分站

3.3.1系統(tǒng)說明

1．絮凝采用投加聚合氯化鋁溶解液，一個投加點(diǎn)，兩臺機(jī)械式隔膜計(jì)量泵（一用一備）和一臺減速攪拌電機(jī)組成加藥系統(tǒng)，。

2．消毒采用投加二氧化氯方式，由二氧化氯發(fā)生器組成消毒系統(tǒng)。兩個投加點(diǎn)，分別為濾前消毒（夏季高溫殺藻、微生物）和濾后消毒。

3.3.2技術(shù)要求

1．加藥系統(tǒng)運(yùn)行采用半自動方式，配置一臺變頻器，根據(jù)源水的流量，出廠水濁度調(diào)節(jié)其電機(jī)的頻率從而控制投加量的大小；依據(jù)季節(jié)的變化、源水的濁度及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)等綜合因素，手動調(diào)節(jié)沖程的大小。用時控開關(guān)控制攪拌電機(jī)的開停確保絮凝劑的濃度均勻。

2．加氯系統(tǒng)的二氧化氯發(fā)生器為全自動方式和閉環(huán)運(yùn)行，本次方案考慮其已具備與主站PLC通訊的接口，具有兩種控制模式：遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)控制，加氯機(jī)自動控制。

3.3.3設(shè)備制造要求

手動模式操作按鈕和狀態(tài)燈安裝在控制柜（2200mm×800mm×400mm）面板上，聚合氯化鋁的攪拌機(jī)的螺旋桿和葉輪采用食品級不銹鋼。

3.3.4、元器件選型要求

1．控制站PLC選用SIEMENS S7—200系列產(chǎn)品；

2．變頻器選用SIEMENS MM440系列產(chǎn)品；

3．低壓電器選用施耐德公司的產(chǎn)品（建議）。

3.4、取水泵房PLC分站

3.4.1系統(tǒng)說明

取水泵房PLC監(jiān)測去水泵房設(shè)備、工藝參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)，是取水泵房電機(jī)及其輔助設(shè)備的智能控制中心。

PLC監(jiān)測下列物理量數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號：

取水泵電機(jī)運(yùn)行的：電流、電壓、頻率、開停機(jī)時刻、累計(jì)運(yùn)行時間；

取水泵的瞬時流量、累積流量。

原水的各種參數(shù)（水溫、PH值、濁度、二氧化氯含量）；

變頻器的工作狀態(tài)和故障報(bào)警；

水庫水位、庫容；

取水口遠(yuǎn)紅外高清視頻監(jiān)控傳輸；

3.4.2、元器件選型要求

①．控制站PLC選用SIEMENS S7—200系列產(chǎn)品，配置以太網(wǎng)模塊；

②．和廠區(qū)通訊采用美國朗訊RG1100無線網(wǎng)橋。

§4.0軟件設(shè)計(jì)

4.1 中控室計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件

4.1.1、軟件功能描述：

經(jīng)過組態(tài)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)應(yīng)具備以下功能：

1. 采集各工段的工藝參數(shù)、電氣參數(shù)及生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息。

2. 根據(jù)采集到的信息，建立各類信息數(shù)據(jù)庫，根據(jù)工藝要求編程，自動進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制現(xiàn)場設(shè)備。也可以通過計(jì)算機(jī)對各類工藝參數(shù)值做出實(shí)時與歷史趨勢圖形，供調(diào)度員分析比較，以便找出水廠的最佳運(yùn)行規(guī)律。同時分析各種事故原因，改進(jìn)管理方法，保證出水水質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益：

3. 監(jiān)控計(jì)算機(jī)以人機(jī)對話方式指導(dǎo)操作，在自動狀態(tài)下，可用鍵盤或鼠標(biāo)器對有關(guān)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制（開停機(jī)操作）：

4. 監(jiān)控計(jì)算機(jī)的彩色監(jiān)視器（CRT）可顯示全廠平面圖及工藝流程的剖面圖，剖面圖上有動態(tài)的實(shí)時參數(shù)值顯示、機(jī)泵狀態(tài)顯示和事故報(bào)警信息顯示等幾十幅可切換的動態(tài)畫面。

主要圖形有：

——水廠總貌圖

——水廠流程圖

——測量和控制儀表及設(shè)備定位圖

——加藥間動態(tài)模擬圖

——加氯間動態(tài)模擬圖

——清水池動態(tài)模擬圖

——濾池動態(tài)模擬圖

——建立在數(shù)字行政地圖上的供水區(qū)域管網(wǎng)路由詳圖（≧￠75管徑）

5. 顯示時、日、旬、月、季、年模擬量值運(yùn)行曲線，歷史曲線。

6. 打印班、日報(bào)表、設(shè)備運(yùn)行時刻表，事故報(bào)表，定時或隨機(jī)打印旬、月、季、年的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。報(bào)表內(nèi)容包括運(yùn)行參數(shù)、水質(zhì)分析、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等。每天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)能自動進(jìn)入數(shù)據(jù)庫制成生產(chǎn)圖表。并具備歷史數(shù)據(jù)查詢功能，機(jī)內(nèi)存儲12個月以上的信息。

7. 計(jì)算機(jī)能監(jiān)控和判斷生產(chǎn)流程測量模擬量值的越限和設(shè)備故障。發(fā)生故障時，故障信號應(yīng)顯示在監(jiān)控屏幕上，時間地點(diǎn)應(yīng)保存在硬盤上，并打印出來。同時給出聲光報(bào)警提示。

8. 用戶登錄：運(yùn)行人員必須輸入正確的用戶名和操作密碼進(jìn)行登錄后才能進(jìn)入系統(tǒng)。系統(tǒng)對不同的用戶賦予了不同的操作權(quán)限，分為操作人員權(quán)限和管理人員權(quán)限。操作人員只能進(jìn)行設(shè)備操作和數(shù)據(jù)瀏覽，管理人員可進(jìn)行設(shè)備操作、數(shù)據(jù)瀏覽、參數(shù)設(shè)定、用戶和密碼維護(hù)。

9. 實(shí)時工藝流程圖顯示：實(shí)時動態(tài)地顯示工藝流程圖，流程圖上包含各種設(shè)備實(shí)時運(yùn)行狀況、各種實(shí)時工藝參數(shù)。出于計(jì)算機(jī)屏幕大小限制，不能在一幅畫面顯示水廠全廠工藝流程圖、所有設(shè)備狀況、工藝參數(shù)，采用多幅畫面進(jìn)行流程圖顯示，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊菜單或按鈕，進(jìn)行流程圖顯示切換。大區(qū)域的實(shí)時動態(tài)畫面采用縱斷流程和平面流程相結(jié)合的流程圖顯示方式，局部實(shí)時動態(tài)畫面采用45度立體流程圖顯示方式。

流程圖中所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)采用綠色表示：停止?fàn)顟B(tài)采用本色表示；故障狀態(tài)采用紅色和本色交替閃爍表示。

流程圖中所有由PLC控制的設(shè)備均設(shè)置遙控/自動轉(zhuǎn)換按鈕，只在當(dāng)設(shè)備手動/自動轉(zhuǎn)換開關(guān)處于自動時，遙控/自動轉(zhuǎn)換按鈕才可用，當(dāng)遙控/自動轉(zhuǎn)換按鈕處于自動時，禁止人工遙控設(shè)備。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障信號時，停止運(yùn)行或禁止啟動這些設(shè)備。

10. 報(bào)警顯示：當(dāng)出現(xiàn)任何報(bào)警時，提示運(yùn)行人員報(bào)警點(diǎn)、報(bào)警類型、報(bào)警時間等多種信息，由運(yùn)行人員進(jìn)行確認(rèn)，同時可通過報(bào)警匯總表瀏覽歷史報(bào)警，歷史報(bào)警 的內(nèi)容包括各種報(bào)警信息、報(bào)警是否經(jīng)過確認(rèn)、確認(rèn)報(bào)警的用戶、確認(rèn)報(bào)警的時間等。報(bào)警出現(xiàn)時，報(bào)警打印機(jī)立即打印報(bào)警信息。

11. 實(shí)時趨勢、歷史趨勢：運(yùn)行人員可通過菜單或按鈕進(jìn)入實(shí)時趨勢畫面或歷史畫面，可選擇需要的工藝參數(shù)查看實(shí)時趨勢或歷史趨勢，可同時顯示多條實(shí)時趨勢，可對曲線進(jìn)行放大或縮小，可任意選擇需要查看的時間段。

12. 參數(shù)設(shè)置：運(yùn)行人員可通過菜單或按鈕進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置畫面，對各種設(shè)定值進(jìn)行修改，以適應(yīng)當(dāng)前的運(yùn)行條件，保證出水水質(zhì)。為了保證運(yùn)行安全，具有權(quán)限的工程師才能對各種工藝參數(shù)設(shè)定值進(jìn)行設(shè)定和修改。所有可以進(jìn)行調(diào)整的參數(shù)均具備在線調(diào)整功能。

13. 事件記錄：系統(tǒng)發(fā)生的較大情況（如設(shè)備故障、越限報(bào)警、大型設(shè)備的啟停等情況）或操作人員對設(shè)備的操作、參數(shù)的調(diào)整。均通過事件功能記錄下這些情況和操作過程作為今后分析事故的基礎(chǔ)資料。事件記錄的內(nèi)容包括各種事件信息、事件發(fā)生的時間等。

14. 報(bào)表處理：系統(tǒng)自動記錄各種工藝運(yùn)行數(shù)據(jù)，將所有數(shù)據(jù)歸納匯總形成報(bào)表，報(bào)表可定時打印或召喚打印，運(yùn)行人員也可通過菜單或按鈕進(jìn)入報(bào)表畫面查看歷史報(bào)表。

4.1.2、部分上位機(jī)組態(tài)畫面

泵站顯示畫面；2、變配電站顯示畫面；3、加藥顯示畫面；4、參數(shù)集中顯示畫面；5、歷史報(bào)表畫面；6、歷史報(bào)警界面；7、開放標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫；8、報(bào)警。

4.2 加藥加氯自動運(yùn)行控制軟件

4.2.1聚合氯化鋁軟件

聚合氯化鋁藥液自動投加系統(tǒng)是通過原水濁度計(jì)算出千噸水耗藥率進(jìn)而根據(jù)配水流量和配液濃度計(jì)算出投加到每組工藝池的藥量，最后通過PID調(diào)節(jié)控制計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到藥量的準(zhǔn)確投加。另外，為消除配液精度、水質(zhì)變化、排泥變化、參數(shù)設(shè)置等的誤差，還需在藥液投加的過程中還加入了一定范圍內(nèi)沉淀池出水坡度反饋的修正措施。當(dāng)沉淀池出水濁度偏離設(shè)定點(diǎn)較高時，PID調(diào)節(jié)增加投藥量；反之，當(dāng)沉淀池出水濁度偏離設(shè)定點(diǎn)較低時，PID調(diào)節(jié)減少投藥量。

4.2.2二氧化氯發(fā)生器軟件

二氧化氯發(fā)生器采用液晶屏觸摸程控-人機(jī)界面對話，以西門子S7-200型PLC為控制核心，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)開關(guān)量和模擬量的采集以及相關(guān)設(shè)備的控制。以高品質(zhì)液晶觸摸屏為本地操作員界面，實(shí)現(xiàn)部分操作、系統(tǒng)診斷、參數(shù)顯示、設(shè)定與修改等功能。本系統(tǒng)隨機(jī)提供RS485接口，PPI/MPI通訊協(xié)議，可直接作為西門子S7-300/400系列PLC的從站使用；也可以選配Profibus模塊，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/MPI通訊連接。滿足實(shí)時在線監(jiān)測實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)計(jì)量泵加藥量的自動控制和相關(guān)的監(jiān)控保護(hù)功能。

4.3其他硬件性能選擇

4.3.1、LDY-S一體型電磁流量計(jì)可與顯示、記錄儀表、積算器或調(diào)節(jié)器配套，用來對流量進(jìn)行檢測、積算、調(diào)節(jié)和控制。

4.3.2、BSZ系列散射光智能濁度儀，其光源與接收器均不與水面直接接觸，最大限度地把水樣對光源與接收器的污染減少到接近于零。屬在線連續(xù)檢測儀器適用于原水、濾前水和濾池反沖洗廢水的監(jiān)控。NSZ系列散射濁度儀，主要用于低濁度水的連續(xù)檢測，對濾后水進(jìn)行監(jiān)控從而保證出廠水的水質(zhì)。

4.3.3、PH-10M在線分析儀，測試范圍：0.00～14.00pH，精度：1pH；分析度0.01 pH，液晶顯示:312,CD 顯示器，藍(lán)色背光操作。

4.3.4、BST6800-GP電容壓力變送器主要用于測量液體、氣體或蒸汽的壓力，然后將所測的壓力值轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏餍盘柣螂妷盒盘栞敵觯ㄍǔＪ?-20mA)。也可與HART智能手持器相互通訊，通過它們進(jìn)行設(shè)定、監(jiān)控等。同時，BST6800的智能壓力變送器可以把信號輸出至DCS系統(tǒng)、PLC或者二次儀表，用于監(jiān)測或者調(diào)節(jié)。

4.3.5、KX501系列導(dǎo)壓靜壓液位變送器是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴(kuò)散硅或陶瓷敏感元件的壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)成電信號。經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性校正。轉(zhuǎn)換成4-20mADC標(biāo)準(zhǔn)電流信號輸出。

KX501系列導(dǎo)壓靜壓液位變送器的傳感器部分可直接投入到液體中，變送器部分可用法蘭或支架固定，安裝使用極為方便。

4.3.6、水溫變送器：二線制傳送，輸出恒流信號（4-20mA）。抗干擾能力強(qiáng)、遠(yuǎn)傳性能好；帶現(xiàn)場顯示的溫度變送器既輸出4-20mA的電流信號，又能在測溫現(xiàn)場讀到實(shí)測溫度，經(jīng)操作人員帶來很大方便；

4.3.7、二氧化氯在線檢測儀:輸出恒流信號（4-20mA）,RS485信號通訊，對PH值相對較不敏感，受流速影響較小。

4.3.8、西門子PLC系統(tǒng)

篇9

關(guān)鍵詞：可編程控制器現(xiàn)場總線污水處理廠

一、引言

水是人類生活和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不可或缺的重要部分，隨著科技水平的飛速發(fā)展和人類生活水平的巨大提升，對于潔凈的優(yōu)質(zhì)的水源的需求也不斷急劇釋放。為建設(shè)可靠、穩(wěn)定、先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)以及可擴(kuò)展的合理的水處理自動化系統(tǒng)成為工程界和城市水行業(yè)營運(yùn)管理部門共同關(guān)心的問題。微電子、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展大大提高了水處理控制系統(tǒng)的信息化和智能化程度，與3C技術(shù)相結(jié)合的PLC以其卓越的可靠性、抗干擾性以及靈活的控制方式成為水處理自動化系統(tǒng)的核心控制器，其與開放的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)一起，共同推動著水處理自動化系統(tǒng)的智能化程度的發(fā)展。

水處理行業(yè)主要分為凈水處理和污水處理兩大部分。凈水廠控制系統(tǒng)通常分為水廠調(diào)度系統(tǒng)、加藥間（加氯間）PLC控制站、濾站PLC控制站、送水泵房PLC控制站等。各個控制站相對獨(dú)立工作，通過有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，將所有的數(shù)據(jù)信息送到水廠調(diào)度室進(jìn)行處理，或?qū)⒁徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)通過調(diào)度系統(tǒng)以無線（或有線）通訊的方式送到城市的調(diào)度中心。對于污水處理來說，要根據(jù)污水水源地狀況來確定污水處理的工藝流程，由于污水處理工藝的不同而自控系統(tǒng)應(yīng)用PLC的要求也有所不同。一般講，整個污水處理廠都有總控室和多個現(xiàn)場控制站，站與站之間通過控制器層網(wǎng)絡(luò)或信息層網(wǎng)絡(luò)相連，然后全部連接到總控室，總控室的多臺計(jì)算機(jī)、工作站和圖形站都用信息層網(wǎng)絡(luò)連接，這樣和現(xiàn)場控制站構(gòu)成了集中管理，分散控制，高速數(shù)據(jù)交換的工廠級自動化網(wǎng)絡(luò)[1].PLC自控系統(tǒng)是水處理廠的控制核心部分，對其合理的選型和設(shè)計(jì)，對污水廠能否高效、自動化的運(yùn)行非常重要。然而，PLC網(wǎng)絡(luò)又是其中的重中之重，網(wǎng)絡(luò)的好壞直接影響到污水廠的正常運(yùn)行。

二、系統(tǒng)構(gòu)成

污水處理廠自控系統(tǒng)一般包括污水廠部分和廠外泵站部分。監(jiān)控系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)和PLC是污水處理自動化系統(tǒng)的核心組成部分，它們的性能對污水處理自動化系統(tǒng)會起到?jīng)Q定性的作用[2].根據(jù)污水處理自動化本身的特點(diǎn)和監(jiān)控需求選擇合適的PLC及通訊網(wǎng)絡(luò)是保證污水處理自動化系統(tǒng)性能的重要因素。

通信網(wǎng)絡(luò)：

在污水處理自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，國內(nèi)在管理體制上主要采用三級管理，即監(jiān)控總中心、區(qū)域監(jiān)控分中心和監(jiān)控站。由于監(jiān)控站不直接對污水處理廠的外場設(shè)備進(jìn)行直接控制，因此工程界按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的劃分把監(jiān)控系統(tǒng)劃分為信息層、控制層和設(shè)備層。

第一層為信息層，主要負(fù)責(zé)大量信息及不同廠家不同設(shè)備之間的信息傳輸，工業(yè)以太網(wǎng)Ethernet為目前較常用的一種信息網(wǎng)絡(luò)，世界各大PLC生產(chǎn)廠商均支持工業(yè)以太網(wǎng)，并且他們在原有TCP/IP的基礎(chǔ)上，相繼開發(fā)出實(shí)時性更高的工業(yè)以太網(wǎng)，如歐姆龍和羅克維爾支持的Ethernet/IP，施奈德支持的Modbus-TCP/IP以及西門子支持的ProfiNet等。由于Ethernet的信息量大，因此在污水處理廠自動化系統(tǒng)中以太網(wǎng)主要用于各個控制分站與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸，包括各種傳感器數(shù)據(jù)等大量歷史數(shù)據(jù)信息。

第二層為控制層，主要采用現(xiàn)場總線組成隧道區(qū)域控制器網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是由于采用了標(biāo)準(zhǔn)總線組網(wǎng)，既能滿足實(shí)時通信的要求，又具有開放協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)接口，能在總線上方便的掛接各種外場設(shè)備，有利于監(jiān)控系統(tǒng)的擴(kuò)展。目前，現(xiàn)場總線有40多種，在污水處理廠自動化系統(tǒng)中應(yīng)用的現(xiàn)場總線主要有ControllerLink、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus.他們的共同特點(diǎn)是高速、高可靠，適合PLC與計(jì)算機(jī)、PLC與PLC及其它設(shè)備之間的大量數(shù)據(jù)的高速通訊。為使系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，控制層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多采用環(huán)網(wǎng)的方式組成，包括線纜型和光纖作為傳輸介質(zhì)，具體組網(wǎng)將在后面作出實(shí)例說明。

第三層為設(shè)備層，這一層用于PLC與現(xiàn)場設(shè)備、遠(yuǎn)程I/O端子及現(xiàn)場儀表之間的通訊，它們有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等，其中DeviceNet已經(jīng)成為工業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)總線而得到了廣泛的應(yīng)用，而Profibus/DP雖然沒有成為標(biāo)準(zhǔn)，但是它的應(yīng)該也相當(dāng)廣泛。

值得指出的是，近來年以太網(wǎng)的廣泛應(yīng)用使得人們把目光投向了現(xiàn)場總線上來，工業(yè)以太網(wǎng)是否最終將取代現(xiàn)場總線仍然是一個爭論的話題。然而，不論是Ethernet/IP還是Modbus-TCP/IP，以太網(wǎng)在一些重要的性能指標(biāo)上仍然無法具有現(xiàn)場總線的特點(diǎn)和優(yōu)勢。從本質(zhì)上來講，以太網(wǎng)的載波幀聽沖突監(jiān)測CSMA/CD的訪問方式，實(shí)時性并沒有現(xiàn)場總線采用的令牌總線和令牌環(huán)的訪問方式高，不論人們采用何種方式，如協(xié)議封裝、分時訪問控制等，都只能改善以太網(wǎng)的實(shí)時性，起不到本質(zhì)的改變。在當(dāng)前技術(shù)還未完全成熟之前，現(xiàn)場總線應(yīng)用于控制層，是一個積極和穩(wěn)妥的選擇。隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，今后其取代現(xiàn)場總線而用于控制層也是很有可能的。

監(jiān)控分中心及上位監(jiān)控軟件：

監(jiān)控分中心一般將設(shè)置多臺SCADA工作站（工控機(jī)）。分別用于水廠調(diào)度系統(tǒng)、加藥間（加氯間）、濾站、送水泵房等監(jiān)控，完成污水廠內(nèi)各種設(shè)備的狀態(tài)顯示、自動控制、半自動控制、打印報(bào)警、分析報(bào)表等工作。同時，監(jiān)控分中心還將設(shè)置了多臺服務(wù)器，為其它計(jì)算機(jī)提供支援和與監(jiān)控總中心進(jìn)行通信。

PLC的選擇：

施奈德（Schneider）、西門子（Siemens）、歐姆龍（Omron）、羅克維爾（Rockwell）、通用電氣（GE）是全球五大PLC制造廠商和整體方案的提供者，他們的產(chǎn)品面向各自不同的領(lǐng)域，其中在污水處理自動化系統(tǒng)的應(yīng)用方面，又以羅克維爾、歐姆龍和施奈德的應(yīng)用最為廣泛。

污水處理自動控制系統(tǒng)對PLC的性能提出了更高的要求，作為污水處理自動控制系統(tǒng)的核心控制器，其必須具備以下幾大功能特點(diǎn)：首先本身必須穩(wěn)定可靠，并具有預(yù)先處理數(shù)據(jù)和集中傳輸數(shù)據(jù)的能力，具有較高的故障保護(hù)能力；其次，控制分站本地控制器可以獨(dú)立承擔(dān)控制分區(qū)的基本控制任務(wù)，即使監(jiān)控站或者監(jiān)控中心因故障停止運(yùn)行，相鄰區(qū)域的控制器也能交換數(shù)據(jù)信息；再次，當(dāng)某控制站的控制量出現(xiàn)變化時，可按預(yù)定方案和程序采取相應(yīng)的算法，對相關(guān)區(qū)域的控制對象，比如泵或者加藥系統(tǒng)等做出相應(yīng)的調(diào)整。因此，它必須至少有如下功能模塊，數(shù)據(jù)采集存儲處理功能（實(shí)現(xiàn)集中和獨(dú)立工作方式，尤其是在獨(dú)立控制時能與相鄰控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換）；通信功能、容錯功能、自動診斷功能和本地操作功能（即能帶觸摸屏）。

必須綜合考慮整個監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求和自然條件以及運(yùn)營周期對設(shè)備的要求進(jìn)行選擇，尤其在極端氣候和惡劣環(huán)境狀況條件下或較大規(guī)模的污水處理廠，需要選擇性能更好的雙機(jī)熱備冗余的PLC，如Schneider的2Quantom系列、Rockwell的2ControlLogix、Omron的CS1D系列、Siemens的S7-417系列；區(qū)別在于Omron的雙系統(tǒng)是在一個底板上實(shí)現(xiàn)，而Siemens等是兩個底板通過光纖連接，會在一定程度上占用控制柜的空間，但他們的配置都很靈活，可以任意實(shí)現(xiàn)雙CPU雙電源、雙CPU單電源、單CPU單電源多種冗余結(jié)構(gòu)。

在一般的環(huán)境狀態(tài)的時候或較小規(guī)模的污水處理廠，多采用標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)型作為現(xiàn)場控制器，如Schneider的Quantom140系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1系列、Siemens的S7-400系列等；他們都支持工業(yè)以太網(wǎng)和多種現(xiàn)場總線，控制方式采用遠(yuǎn)程帶CPU的智能分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)開放性和兼容性強(qiáng)，豐富的I/O及高功能模塊，完全滿足污水處理自動控制系統(tǒng)對信號處理的要求。

三、應(yīng)用案例

下面以天津咸陽路污水處理廠為例[3]，具體說明污水處理廠自動控制系統(tǒng)的組成，控制系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖一所示：

信息層：咸陽路污水處理系統(tǒng)因其分布面積較大，廠區(qū)內(nèi)共有5個PLC分站：預(yù)處理系統(tǒng)分控主站PLC1、生物處理系統(tǒng)分控主站PLC2、污泥處理系統(tǒng)分控主站PLC3、出水及雨水系統(tǒng)分控主站PLC4和污泥消化系統(tǒng)PLC5，使用的CPU均為OMRON的CS1H-CPU66H.該功能層實(shí)現(xiàn)污水處理廠各單元過程所有過程參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及電氣參數(shù)的數(shù)據(jù)采集，單元過程及設(shè)備的控制，并通過OMRON網(wǎng)絡(luò)模塊CS1W-ETN21，和中央控制室通過赫斯曼太網(wǎng)交換機(jī)，組成100M光纖以太環(huán)網(wǎng)，向監(jiān)控層傳送數(shù)據(jù)和接受監(jiān)控層控制指令。在中控室中，作為工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器、兩臺工程師/操作員站計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、UPS電源及監(jiān)視屏等設(shè)備，其主要職能是進(jìn)行系統(tǒng)中的信息交換與信息顯示及控制。該層通過上位監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)對主要工藝設(shè)備的控制和調(diào)度，對污水處理全過程中的工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、優(yōu)化和調(diào)整，對主要工藝流程進(jìn)行動態(tài)模擬和趨勢分析、實(shí)時數(shù)據(jù)處理和實(shí)時控制，在控制組態(tài)上實(shí)現(xiàn)各種常規(guī)與復(fù)雜的優(yōu)化控制、專家控制、模糊控制等先進(jìn)的智能控制。同時，功能強(qiáng)大與穩(wěn)定的實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)庫亦通過以太網(wǎng)成為上下層間的信息通道。污水廠中控室控制站還通過RIAMBView和信息中心、便攜計(jì)算機(jī)及廠外泵站（咸陽路泵站、密云路泵站）等處進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊，RIAMBView具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)（最適合SCADA）功能，通過寬帶接收或發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端對部分實(shí)時畫面、進(jìn)程數(shù)據(jù)庫的訪問。

此外廠長辦公室計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器組成的局域網(wǎng)即構(gòu)成了廠區(qū)管理層。通過關(guān)系數(shù)據(jù)庫和相關(guān)的管理軟件，為決策者提供了各項(xiàng)生產(chǎn)及運(yùn)營的調(diào)度管理所必須的信息平臺。該層和過程監(jiān)控層，與Internet接軌但有著較高的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)功能，僅授權(quán)的用戶等級可對進(jìn)程數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問。

控制層：控制器網(wǎng)絡(luò)（ControllerLink）是建立在一種令牌總線或者令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議上的通訊機(jī)制，它通過PLC上的CLK模塊與其它站PLC上的CLK模塊或計(jì)算機(jī)上的板卡相配合，在板卡之內(nèi)建立一個數(shù)據(jù)交換區(qū)。該網(wǎng)可以采用雙絞線通訊電纜或者多模光纜通訊，線纜其最大通訊速率為2M，最大距離達(dá)1km，光纜通訊速率為2M，最大通訊距離為30KM.本系統(tǒng)中，預(yù)處理系統(tǒng)分控主站PLC1包括進(jìn)水泵房、沉砂池，同時通過控制器網(wǎng)絡(luò)總線串接到其下三個初沉池、初沉污泥泵房分站（PLC1-1、PLC1-2、PLC1-3）；生物處理系統(tǒng)分控主站PLC2包括：鼓風(fēng)機(jī)房、加氯間，同時通過ControllerLink總線串接到其下五個二沉池、曝氣池、回流泵房分站（PLC2-1、PLC2-2、PLC2-3、PLC2-4、PLC2-5）。所有控制器網(wǎng)絡(luò)子站所用CPU型號均為CS1H-CPU44H.

污水處理流程中的各檢測儀表均為在線式智能儀表，變送器均帶有數(shù)字顯示裝置并通過可編程序控制器（PLC）的接口傳送標(biāo)準(zhǔn)的模擬、數(shù)字信號。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

1、高可靠與高穩(wěn)定性：環(huán)形冗余以太網(wǎng)方案的出現(xiàn)則保證了系統(tǒng)更高的可靠性，單一點(diǎn)的鏈路中斷不會造成網(wǎng)絡(luò)通訊的中斷；而控制器網(wǎng)絡(luò)作為OMRON專用的，能在CS系列PLC或上位工控機(jī)之間建立靈活方便的傳送和接收大量數(shù)據(jù)的工廠自動控制網(wǎng)絡(luò)，與自控系統(tǒng)在通訊方面有極高的穩(wěn)定性。充分體現(xiàn)了集中管理分散控制的原則，也保證了高可靠與高穩(wěn)定性。與此同時，omron基于工業(yè)以太網(wǎng)的FINS（FactoryInterfaceNetworkService）通訊服務(wù)（FINS通訊服務(wù)功能），即使在通訊負(fù)擔(dān)較大的環(huán)境下，仍可保持高穩(wěn)定性的通訊效果。除網(wǎng)絡(luò)部分外，自控系統(tǒng)通過下列技術(shù)與工程措施，也確保了系統(tǒng)的長期穩(wěn)定可靠運(yùn)性：整個系統(tǒng)選用符合工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)的成熟定型產(chǎn)品；PLC模塊具有自診斷（檢錯）與容錯功能；PLC控制柜內(nèi)具有完善的抗干擾及防雷等技術(shù)措施；中控室及現(xiàn)地控制站設(shè)備均具備供電冗余功能；即使在上位機(jī)發(fā)生故障或通信中斷時，現(xiàn)地控制站亦可以在手動模式下獨(dú)立完成基本局部控制；

2、高擴(kuò)展性：工業(yè)以太網(wǎng)具有向下兼容性。對于雙絞線或光纖介質(zhì)，如果將傳輸速度從10Mbps提升到100Mbps，在大多數(shù)場合不需要改變現(xiàn)有的布線，只需更新網(wǎng)絡(luò)設(shè)備即可。同樣，如果將本系統(tǒng)主干網(wǎng)從100Mbps以太網(wǎng)提升到千兆以太網(wǎng)，只需升級網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，而無需重新鋪設(shè)光纜；

3、開放性：系統(tǒng)對用戶是開放的。設(shè)備的增減、控制方案的選取、系統(tǒng)的擴(kuò)縮與維護(hù)等，用戶都可以在廣泛的設(shè)備環(huán)境下便利地自己完成。所有硬件接口，軟件協(xié)議全部按開放性的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、編制。此外OMRON串行口的協(xié)議宏功能，使得開發(fā)方不需要編寫專門的通信程序與第三方設(shè)備進(jìn)行通信，原則上OMRONPLC能和任何帶RS-232C，RS-422或RS-485接口的設(shè)備進(jìn)行通信。

4、操作的實(shí)用性：組太軟件和編程軟件都是全中文界面，豐富的圖畫功能，使用戶清晰的了解污水處理廠各工段的運(yùn)行情況，故障報(bào)警點(diǎn)的分支細(xì)節(jié)，使操作員僅通過鼠標(biāo)便可各種指令或換畫面；用戶還可通過上位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)訪問網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，梯形監(jiān)控工具亦可以監(jiān)控工業(yè)以太網(wǎng)甚至控制器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各站PLC梯形圖程序，而不需要現(xiàn)場操作，實(shí)現(xiàn)真正的無縫連接。

四、結(jié)束語

當(dāng)時我國污水處理廠自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施正處于一個成長的時期，系統(tǒng)的需求、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)的控制仍然存在不完善的地方，同時技術(shù)的發(fā)展也給污水處理自動化系統(tǒng)的改進(jìn)創(chuàng)造了條件和基礎(chǔ)，也使建設(shè)合理的監(jiān)控系統(tǒng)成為可能。

從系統(tǒng)的需求來看，一方面要兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠與可控，也要反映系統(tǒng)的先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)與可擴(kuò)展，同時也要使操作便捷與維護(hù)方便；另一方面，針對不同的區(qū)域條件和功能要求確定系統(tǒng)的規(guī)模和冗余度的大小，確定系統(tǒng)的合理集成方式、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式以力求系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)結(jié)合；從系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來看，除考慮系統(tǒng)的規(guī)模和設(shè)計(jì)方法外，也要考慮新技術(shù)的應(yīng)用，使整個系統(tǒng)既先進(jìn)又實(shí)用；從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，當(dāng)前我國普遍采用三級污水處理廠管理和分布式現(xiàn)場總線控制方式，事實(shí)上，主從式結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線如Profibus，由于系統(tǒng)的可靠性受主控制器的制約，并不適用于全分布式現(xiàn)場總線控制，采用對等的自愈網(wǎng)絡(luò)是今后的一個發(fā)展趨勢；從系統(tǒng)的控制來看，當(dāng)前我國污水處理廠監(jiān)控存在著只監(jiān)不控，或監(jiān)強(qiáng)控弱的現(xiàn)象，各種控制信息沒有得到很好利用，對于污水處理廠控制，要針對不同現(xiàn)象，采用不同的控制方法。

今后我國的污水處理廠監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展是，在原有基礎(chǔ)上，按照監(jiān)測與控制適當(dāng)分離、最大限度的集中監(jiān)測、靈活機(jī)動的現(xiàn)場控制的總體思想，逐步改進(jìn)，使得污水處理廠自動化系統(tǒng)的建設(shè)更趨合理。

參考文獻(xiàn)：

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篇10

關(guān)鍵詞：污水處理；提升；泵自動化；控制系統(tǒng)

中圖分類號：U664文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

前言

自來水生產(chǎn)過程中，沉淀池排泥、濾池沖洗等工藝會產(chǎn)生大量污水。過去，通常對這些污水做直接排放處理。隨著環(huán)保要求的提高，以及水資源成本的不斷增加，越來越越多的水廠建立了污水處理系統(tǒng)，對生產(chǎn)過程產(chǎn)生的污水進(jìn)行回收利用， 根據(jù)筆者的調(diào)研，我國目前超過半數(shù)的城鎮(zhèn)自來水廠的污水處理都依賴于觀察法，依靠工人手動調(diào)節(jié)，很難實(shí)現(xiàn)完全自動化處理。污水處理不能完全自動化，一方面降低了污水處理的效率，造成了水資源不能充分利用；另一方面也容易對自來水廠供水的水質(zhì)造成影響。

一、、子站自動控制系統(tǒng)

污水泵站的工藝流程大致相同，均為：地下管網(wǎng)污水泵站格柵機(jī)濾渣污水集水井提升泵房經(jīng)過多級泵站提升污水處理廠。主要控制對象設(shè)備有：進(jìn)出水閘門、格柵機(jī)、除污機(jī)、提升泵等。泵站自動化控制系統(tǒng)要求集數(shù)據(jù)采集、智能控制于一身，主要功能包括以下幾個方面：

（1）、控制方式

有手動、自動兩種控制方式，由控制柜上轉(zhuǎn)換開關(guān)切換。手動方式由控制柜上按鈕手動操作；自動方式由PLC控制。自動方式又分強(qiáng)制自動和遙控自動兩種，也在控制柜上按鈕手動操作切換，或通過主站遠(yuǎn)程控制切換，強(qiáng)制自動由本地子站PLC全權(quán)控制，用于通訊出故障時，獨(dú)立運(yùn)行。遙控自動為主站自動或手動遙控。

（2）、主要控制功能

根據(jù)集水井水位的變化控制泵的開、停。不出現(xiàn)低水位抽空泵，也不發(fā)生溢流；泵的開、停順序：循環(huán)開停機(jī)，即先開先停，循環(huán)運(yùn)行；分南北池的泵站，分池運(yùn)行時，兩池液位應(yīng)能獨(dú)立控制，合池運(yùn)行時兩池輪流開機(jī)；根據(jù)粗格柵前后時間周期和液位差控制格柵機(jī)的啟停；根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)閘門啟閉機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)無軸螺旋輸渣機(jī)與粗格柵的聯(lián)動，同時實(shí)現(xiàn)對輸渣機(jī)的工作狀態(tài)的測控；最多開機(jī)臺數(shù)控制：以免造成管道溢流或泵站自回流的現(xiàn)象，有的泵站需限制開機(jī)臺數(shù)。最多開機(jī)臺數(shù)在強(qiáng)制自動方式，由子站PLC控制，在遙控方式由主站主機(jī)控制；緊急關(guān)總閘控制：當(dāng)機(jī)房發(fā)生火災(zāi)或管道破裂大量漏水等緊急情況，為防止事故擴(kuò)大，主站可通過遙控方式關(guān)斷泵站電源總閘。

二、污水處理自動控制管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1）、系統(tǒng)運(yùn)行模式

基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程自動控制系統(tǒng)，目前主要有兩種系統(tǒng)模式，分別是B/S模式和C/S模式。

1、B/S模式

所謂B/S模式，就是瀏覽器/服務(wù)器模式，這種模式無需開發(fā)專用人機(jī)交互軟件，借助于瀏覽器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，但是服務(wù)器負(fù)荷較大。

2、C/S模式

所謂C/S模式，就是客戶端/服務(wù)器模式，需要專門設(shè)計(jì)的人機(jī)交互軟件，開發(fā)工作量較大，但是大大減輕了服務(wù)器的負(fù)荷，系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所提高。

鑒于上述兩種系統(tǒng)模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，本自動化控制系統(tǒng)采用兩種模式的結(jié)合模式，即系統(tǒng)前端借助瀏覽器實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，以此減輕整個系統(tǒng)的開發(fā)工作量；同時系統(tǒng)后臺增加一臺服務(wù)器，用于程序的響應(yīng)與控制，將數(shù)據(jù)集中在另一臺服務(wù)器上，這樣既可以減輕服務(wù)器的負(fù)荷，同時又提高了系統(tǒng)的健壯性，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

（2）、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

污水處理自動控制系統(tǒng)的架構(gòu)，主要從以下三個層次進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。

1、傳感器檢測層

傳感器檢測主要布置在最低層，也就是直接利用傳感器檢測污水處理設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)以及環(huán)境參數(shù)，利用液位、流量、位移、限位等傳感器采集到的數(shù)據(jù)對污水處理的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對污水處理工藝的自動化監(jiān)測。

2、網(wǎng)絡(luò)傳輸層

傳感器將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用環(huán)型以太網(wǎng)進(jìn)行傳輸，傳輸給PLC控制器。環(huán)型以太網(wǎng)采用光纖結(jié)構(gòu)布置，在提高網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)時性的同時也能夠提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性。

3、數(shù)據(jù)信息管理層

數(shù)據(jù)信息管理層主要是通過基于windows系統(tǒng)開發(fā)的可視化人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的顯示、存儲、分析和打印等需求；另一方面，當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常或者機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障時，該控制中心也能夠發(fā)出報(bào)警，同時依靠專家系統(tǒng)給出故障診斷結(jié)論和建議。

（3）、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，主要包含兩個方面。

1、PLC程序的設(shè)計(jì)

PLC的程序設(shè)計(jì)主要是利用梯形圖進(jìn)行程序開發(fā)。由于選用的是西門子的S7-200系列的PLC，因此在程序設(shè)計(jì)上可以選用STEP7軟件進(jìn)行梯形圖的繪制。

2、數(shù)據(jù)管理層的可視化程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)管理層是基于Windows實(shí)現(xiàn)的可視化界面，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的人機(jī)交互。控制軟件主要是利用組態(tài)軟件（如西門子WinCC）設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，利用計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信能力實(shí)現(xiàn)與PLC的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換，從而將最底層的傳感器檢測數(shù)據(jù)在可視化界面上顯示出來，以實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互的目的。

三、污水提升泵站自動化控制系統(tǒng)控制流程

（1）、污水泵的自動控制

每個集水井中都安裝了液位計(jì)和流量計(jì)等監(jiān)測設(shè)備，通過這些設(shè)備可以對集水井里的污水進(jìn)行監(jiān)測。提升泵可以依據(jù)液位計(jì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)按照預(yù)定的方案開啟泵的數(shù)量。本系統(tǒng)由三臺提升泵、PLC、變頻器及變頻器切換接觸器等相關(guān)電氣組成。具體如下：第一，PLC控制系統(tǒng)，用一臺變頻器根據(jù)污水液位計(jì)的設(shè)置要求，通過變頻器切換接觸器對三臺提升泵電機(jī)分別進(jìn)行軟起動、運(yùn)行或停止。并控制變頻器的頻率以調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速，進(jìn)行污水流量的控制；第二，從低位設(shè)置到高位設(shè)置閥值分別是：1、停止所有泵的設(shè)置點(diǎn)，在這個液位以下所有的泵都會立刻停止運(yùn)行；2、低液位設(shè)置點(diǎn)，再這個液位以下就會出現(xiàn)報(bào)警，并停止一些泵的運(yùn)行；3、啟動第二臺泵的設(shè)置點(diǎn)；4、隨后是啟動第三臺泵的液位設(shè)置；5、以及高液位使得設(shè)置點(diǎn)，當(dāng)污水高出這個液位時，系統(tǒng)就會發(fā)出高液位的警報(bào)。第三，通過變頻器軟起動提升泵電機(jī)，延長了水泵的使用壽命，減少了對電網(wǎng)的沖擊。同時在PLC的控制下進(jìn)行泵的自動輪換開啟調(diào)控，在泵運(yùn)行一定長的實(shí)際后，就會根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置停止運(yùn)行，從而開啟另外一臺泵，保護(hù)泵的壽命，保證泵站的安全運(yùn)行。第四，故障信號的識別控制，PLC可以自動識別警報(bào)和故障，進(jìn)而更加情況開啟或者停止泵的運(yùn)行。第五，采用手動開啟泵時，PLC根據(jù)手動功能按鈕操作進(jìn)行單泵或多泵的起動、運(yùn)行和停止。

（2）、格柵的自動控制

格柵前后也安裝了超聲液位計(jì)，從而準(zhǔn)確的識別柵格前后的位差；格柵機(jī)根據(jù)前后液位差或設(shè)定的運(yùn)行時間與運(yùn)行周期自動運(yùn)行，時間和周期均可根據(jù)進(jìn)水雜質(zhì)情況調(diào)整。具體如下：第一，PLC控制系統(tǒng)，可以根據(jù)時間設(shè)定和液位差來進(jìn)行柵格的開啟或者停運(yùn)。第二，柵格根據(jù)時間模式的設(shè)置來運(yùn)行，當(dāng)一天柵格運(yùn)行時間達(dá)到設(shè)定值，就會自動停止，并啟動這臺柵格的下一次工作周期。柵格停止時間達(dá)到預(yù)設(shè)時也是相同。第三，液位差大于預(yù)設(shè)時，PLC就啟動?xùn)鸥瘢喾矗屯Ｖ箹鸥瘛?/p>

（3）、出水電動閥門控制模式

PLC自動控制模式下，操作員站或就地操作下達(dá)開、關(guān)閥指令。

四、運(yùn)行狀態(tài)和分析

污水處理廠污水提升泵站采用一只變頻器通過切換接觸器分驅(qū)動三臺提升泵電機(jī)，減少了自動化系統(tǒng)的成本，降底了運(yùn)行功率。自動化控制以來，具備良好的運(yùn)行狀況。為污水處理廠科學(xué)管理、決策、調(diào)度打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。不僅大大的提高生產(chǎn)力，減輕了值班人員的工作強(qiáng)度，還為管理人員提供了科學(xué)可靠的相關(guān)管理數(shù)據(jù)依據(jù)。

五、結(jié)語

總而言之，污水處理關(guān)系到國計(jì)民生，污水處理廠污水提升泵自動控制系統(tǒng)是污水處理中的重要部分，為了更科學(xué)、高效、穩(wěn)定的管理及運(yùn)行污水處理泵站，建設(shè)智能化的泵站系統(tǒng)，隨著污水處理廠自動化系統(tǒng)的不斷升級，不斷完善，污水提升泵站自動化系統(tǒng)也成為污水處理廠進(jìn)行自動化升級的發(fā)展趨勢，污水提升泵站自動化控制系統(tǒng)的優(yōu)勢越來越明顯，泵站自動化控制系統(tǒng)必將在未來的污水提升泵站控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

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