劉資浦
(順德市供水總公司，廣東順德528300)

　　摘　要：介紹了順德市羊額水廠的計算機自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、特點和應用效果。該系統(tǒng)在全國供水行業(yè)中處于領(lǐng)先水平，投入使用8年多來運行效果良好。
　　關(guān)鍵詞：計算機自控系統(tǒng)；水廠；PLC
　　中圖分類號：TU991.62
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)10-0075-03

　　羊額水廠位于順德市倫教鎮(zhèn)，擔負著為順德市中心城區(qū)供水的任務，供水能力為40×10⁴m³/d。

1　自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　羊額水廠的水處理系統(tǒng)由源水泵站、加藥間、反應沉淀池、濾池、送水泵站等主要構(gòu)筑物組成，是由中央控制室和相應的分控站組成的一個全廠范圍的計算機控制網(wǎng)絡(見圖1)。
　?、儆布到y(tǒng)

　　硬件系統(tǒng)是一種典型的總線分布式集散型控制網(wǎng)絡。每個分控站配備一套PLC系統(tǒng)和一臺監(jiān)控計算機。中央控制室配備三臺管理計算機和一個模擬屏。各分控站之間以及分控站和中控室之間通過高速數(shù)據(jù)通道DH＋(Data Highway Plus)進行通訊。
　?、谲浖Y(jié)構(gòu)
　　在美國AB公司的PLC系統(tǒng)中，一般向用戶提供兩個軟件平臺，一個是在PLC處理器中運行的PLC5編程控制軟件，另一個是在監(jiān)控計算機或管理計算機中運行的人機接口監(jiān)控軟件。羊額水廠根據(jù)工藝控制的需要在這兩個平臺上自行開發(fā)了計算機自動控制應用軟件。
　?、圩钥叵到y(tǒng)的網(wǎng)絡互聯(lián)
　　主要采用AB公司的DH＋控制通訊網(wǎng)絡進行互聯(lián)。出于商務上的考慮選用了兩種不同的PLC，采用AB公司PLC的分控站可以直接上DH＋網(wǎng)，而采用TE公司PLC的分控站則必須首先自行聯(lián)成一個TELWAY子網(wǎng)，然后通過MODBUS協(xié)議借助于AB公司的1771-DB模塊與DH+網(wǎng)相聯(lián)。

2　分控站的自動控制功能

2.1 源水泵房分控站
　　源水泵的自動控制分為遠程控制和全自動控制兩種。不管采用哪種形式的控制，在對某臺泵進行啟動前，均會檢查該泵是否滿足啟動條件。在泵的啟動過程中，還會不斷檢測啟動電流的變化曲線，比較是否與正常的啟動電流曲線相符，如不相符則立即停止該泵的啟動，并給出聲、光報警，顯示相應的故障類別，以便操作人員或維修人員及時處理。
　　遠程控制:在此狀態(tài)下，操作人員能根據(jù)需要，通過在中控室的計算機對任意一臺泵進行啟、?？刂?。
　　全自動控制:在全自動方式下，根據(jù)清水池水位、出廠水流量和進水量決定源水泵的開啟臺數(shù)。9臺潛水泵(8用1備)采用自然順序建立循環(huán)隊列，按隊列順序依次啟動泵，并按先啟動先停止、累計運行時間少的先啟動、累計運行時間多的先停止的原則輪換工作。
2.2　一號濾池分控站
　　一號濾池分控站全套引進法國自動控制設(shè)備，整個系統(tǒng)由1個公共反沖洗PLC和10個濾格PLC組成。
　　①過濾控制
　　濾池的開啟個數(shù)由源水流量決定。由水位計和堵塞傳感器測出濾池的水位和水頭損失，并將濾后水閥門開度等參數(shù)送至PLC，經(jīng)運算后由PLC調(diào)整其開度以使進、出水達到平衡，從而實現(xiàn)恒水位自動過濾。
　?、诜礇_洗控制
　　a.反沖洗周期
　　凡滿足下列條件之一即自動開始反沖洗：過濾時間超過24h(可調(diào))；水頭損失超過10kPa(可調(diào))；手動強制請求反沖洗。
　　b.反沖洗程序
　　準備階段:當濾池請求反沖洗且公共反沖洗PLC又允許時，則先關(guān)閉進水閥、打開排污閥，待濾池水面降低到排水面時再關(guān)閉濾后水出水閥。
　　氣沖階段:當關(guān)閉濾后水閥后隨即起動一臺鼓風機，并打開進氣閥氣沖約2min。
　　氣水聯(lián)合反沖洗階段:氣沖約2min后再起動一臺鼓風機、一臺水泵，并同時打開反沖洗進水閥進行氣水聯(lián)合反沖洗。
　　水沖階段:氣水聯(lián)合反洗約6min后則自行停止風機并關(guān)閉進氣閥、打開排氣閥，再增開一臺水泵以進行水沖洗。
　　停止反沖洗階段：水沖洗約5min后關(guān)閉反沖洗水閥，停止反沖洗水泵。
　　恢復過濾階段:反沖洗完后先關(guān)閉排水閥，然后打開濾后水閥和待濾水進水閥進行自動過濾。
2.3　二號濾池分控站
　　二號濾池分控站全套引進瑞典自動控制設(shè)備，整個系統(tǒng)由一臺AB公司的PLC進行控制。二號濾池的配置和控制過程與一號濾池基本相近。但對自動控制系統(tǒng)作了許多改進，主要有：
　?、僬麄€系統(tǒng)僅采用一套PLC進行控制，大大節(jié)省了控制系統(tǒng)的投資，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并提高了可靠性，同時也節(jié)省了土建投資；
　?、谙到y(tǒng)可根據(jù)源水流量來自動決定開啟濾池的個數(shù)，在過濾自動控制方面更先進；
　?、蹖Ψ礇_洗控制進行了改進，在關(guān)閉進水閥后不是馬上打開排水閥，而是繼續(xù)進行過濾，等濾池水位降低到一定程度后再打開排水閥進行反沖洗，這樣可以減少反沖洗耗水量，使濾池運行更經(jīng)濟。
2.4　清水泵房分控站
　　清水泵房分控站自動控制系統(tǒng)的任務是通過自動控制清水泵的啟、停來控制送水壓力。
　　清水泵的自動控制分為遠程控制和全自動控制。在遠程控制狀態(tài)，根據(jù)具體情況通過電腦操作對任一臺泵進行啟動或停止操作。在全自動控制狀態(tài)，根據(jù)出廠水的壓力和流量決定清水泵的開啟臺數(shù)。
　　開啟順序：9臺泵(8用1備)按自然循環(huán)隊列輪換工作。
　　啟動條件：電壓正常(9.5 kV以上)，水泵出水電動蝶閥處于關(guān)閉位置，液壓緩閉止回閥處于正常狀態(tài)，啟動時間間隔＞15min。
　　保護措施：當出現(xiàn)電機電流超過38A、漏電、三相電流不平衡、低電流、低電壓、過載、超溫等情況時則跳閘。
2.5　加藥間分控站(包括反應沉淀池和泥水池)
　?、偌勇瓤刂?br> 　　前加氯采用與源水流量成正比例的開環(huán)控制方式；后加氯則以濾后水流量作為前饋量，清水池入口余氯值作為反饋量，在PLC中組成一個前饋—反饋閉環(huán)比例控制系統(tǒng)，以輸出量控制加氯機的流量。
　?、诩恿蛩徜X控制
　　采用SCD值來控制硫酸鋁的投加量。源水流量為前饋變量，SCD值為反饋變量，執(zhí)行部件是計量泵，通過PLC中的PID控制而組成一個前饋—反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。
　　此系統(tǒng)的特點是反應速度快，可克服通過沉淀后濁度進行控制時所產(chǎn)生的數(shù)小時的滯后，隨時將加藥量調(diào)節(jié)到最佳量，可大大降低藥耗、穩(wěn)定水質(zhì)。
　?、奂邮铱刂?br> 　　以源水流量和pH值作前饋值，以投加石灰后的pH值作反饋值，組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)來控制計量泵從而控制石灰的投量。
　　④加助凝劑控制
　　根據(jù)源水流量和濁度按比例投加。
　　⑤虹吸排泥機控制
　　根據(jù)源水濁度和流量確定排泥周期和行走路線。行走路線分為全程、1/3程、2/3程;排泥方式分為單向排泥和雙向排泥。由于泥水池容積和泥水泵的限制，最多允許兩臺排泥機同時排泥。排泥周期一旦確定，則由PLC安排每臺排泥機的啟動時間，按時啟動、自行排泥。
　　排泥機與PLC之間通過無線電臺進行通訊，省去了多芯控制電纜；排泥車電控柜內(nèi)安裝一臺微型PLC進行就地控制以代替繼電器控制電路；排泥車行走電機采用雙速電機，以實現(xiàn)在沉淀池泥層不同地段的變速排泥。
　?、弈嗨每刂?br> 　　由泥水池的水位高低來決定泵的開啟臺數(shù)，啟動順序由循環(huán)隊列決定。

3　控制系統(tǒng)的特點

　　羊額水廠計算機自控系統(tǒng)是以PLC為核心控制部件，集計算機、閉路電視和無線電通訊技術(shù)為一體的綜合型控制系統(tǒng)。它具有以下特點：
　?、賹崿F(xiàn)了“就地控制、車間控制、中控室控制”的三級控制，從而最大限度地保證了系統(tǒng)的可靠性；
　?、诔晒Φ亟鉀Q了兩種不同PLC的互聯(lián)問題，并采用高速數(shù)據(jù)通道DH+將全廠各個控制站聯(lián)成一個控制網(wǎng)絡，大大提高了系統(tǒng)的實時響應時間，從中控室或網(wǎng)絡上的任何一個分控站操作其他分控站的反應時間在1s以內(nèi)；
　?、鄢晒Φ貞脽o線電通訊技術(shù)解決了水廠控制網(wǎng)絡和總公司管理網(wǎng)絡的互聯(lián)問題以及排泥車的無線電遙控問題；
　?、芫哂辛己玫娜藱C界面和完善的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，各車間數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)后，中控室的計算機可自動對各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行處理并自動生成各種生產(chǎn)報表，大大提高了生產(chǎn)管理水平；
　?、菥S修方便，PLC系統(tǒng)具有功能較強的自診斷軟件，可以很快查出系統(tǒng)內(nèi)部的故障，且PLC的模塊都是插件，更換相當方便，在檢修系統(tǒng)中的任一個分站時不會影響其他部分的運行。

4　應用效果

　　計算機自動控制系統(tǒng)投用8年以來一直穩(wěn)定運行，效果明顯。
　　①大大提高了出廠水質(zhì)。自控系統(tǒng)對穩(wěn)定水質(zhì)起到了關(guān)鍵的作用，出廠水濁度一直穩(wěn)定 在0.3NTU以下，余氯值也非常穩(wěn)定，達到了歐共體標準。由于自來水水質(zhì)優(yōu)良，順德市城區(qū)居民的腸道傳染病的發(fā)病率大大下降。
　?、诠?jié)約了能耗，降低了藥耗。與原來的老水廠相比，綜合電耗由0.298(kW·h)/m³下降到0.228(kW·h)/m³，平均礬耗由原來的0.035kg/m³降到現(xiàn)在的0.025kg/m³(7%的液體硫酸鋁)。
　?、厶岣吡藙趧由a(chǎn)率。每班只需要3個人即可完成整個水廠的生產(chǎn)運行操作，生產(chǎn)管理和設(shè)備維修人員一共僅為35人。與傳統(tǒng)的水廠相比，大大節(jié)約了人力資源。
　?、芴岣吡似髽I(yè)的現(xiàn)代化管理水平。生產(chǎn)信息的傳送速度大大加快，將企業(yè)的管理水平提高了一個檔次。

　　電　　話：(0765)7756492×808
　　收稿日期：2002-05-21