提要: 株洲市第四水廠于1999年12月建成通水，是湖南省率先實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化控制運(yùn)行的水廠之一。介紹了該水廠自控系統(tǒng)的組成、工藝操作模式及其運(yùn)行結(jié)果。
關(guān)鍵詞: 自控系統(tǒng)組成工藝操作模式PLC 運(yùn)行
1 水廠概況
株洲市第四水廠是為解決河西高新區(qū)和市中心區(qū)的供水緊張狀況于1996年10月破土興建的，1999年12月建成通水，第一期規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝由法國(guó)得利滿公司和株洲市自來(lái)水公司共同完成。
第四水廠采用圖1所示的工藝流程，圖1中表示了檢測(cè)控制儀表的安裝位置，水廠實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制和系統(tǒng)主要參數(shù)在線檢測(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；還擬在二期工程中對(duì)污泥進(jìn)行濃縮處理(虛線部分).
工藝流程
2 控制系統(tǒng)的組成 全廠設(shè)中控室及取水泵房、加礬加氯、回收泵房與反應(yīng)沉淀池、V型濾池和送水泵房等5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。
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。關(guān)于I/O模塊的數(shù)量確定，首先繪制全廠的PID圖，統(tǒng)計(jì)出各PLC站實(shí)際所需I/O點(diǎn)數(shù)，在考慮各PLC站適量的I/O點(diǎn)預(yù)留后，確定I/O模塊數(shù)量。各PLC站之間以FIPWAY通訊聯(lián)絡(luò)，各PL C站與中控室之間采用ETHERWAY通訊聯(lián)絡(luò)。
400計(jì)算機(jī)及2臺(tái)Epson彩色打印機(jī)組成。計(jì)算機(jī)采用Windows NT操作系統(tǒng)，均配備有遵循ETHERWAY通訊協(xié)議的3COM通訊網(wǎng)卡，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，形成ETHERWAY PLC工控網(wǎng)。其中監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用美國(guó)Wonderware公司的INTOUCH監(jiān)控軟件，可顯示14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、馬達(dá)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。
3 控制原則 (1)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Local/Remote設(shè)置來(lái)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。
(2)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(lái)進(jìn)行控制。
(3)每個(gè)PLC站均設(shè)置2個(gè)復(fù)位按鈕(警鈴復(fù)位、故障復(fù)位)、1個(gè)警鈴、1個(gè)故障指示燈。任何自控設(shè)備故障由該P(yáng)LC站的警鈴、故障指示燈報(bào)警。在故障解除后，方可通過PLC站XBT、中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)復(fù)位，若未復(fù)位故障報(bào)警，該設(shè)備不能運(yùn)行。
4 工藝操作模式 4.1 取水泵房PLC站 該P(yáng)LC站主要監(jiān)控3臺(tái)ITT Flygt公司CP3351 935型潛水泵(Q＝600～800L/s、H＝45～38m)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)顯示湘江水位狀況。
取水泵房在全自控的模式下，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。具體來(lái)說，清水池水位設(shè)定有4個(gè)控制值：超低水位1 .0m、低水位1.6m、高水位3.6m、超高水位4.1m。通常只要求1臺(tái)取水泵運(yùn)行，但在以下情況下要求有2臺(tái)取水泵運(yùn)行：①當(dāng)清水池實(shí)際水位低于低水位設(shè)定值時(shí)，開2臺(tái)取水泵；② 當(dāng)清水池實(shí)際水位低于高水位設(shè)定值時(shí)，而且送水泵房1臺(tái)32SA 19A型水泵( Q ＝1380L/s、 H＝26m)或2臺(tái)24SA 18F型水泵( Q＝830L/s、 H＝26.6m)運(yùn)行，或者此時(shí)正處于高峰用水時(shí)段(11∶00～14∶00、17∶00～22∶00)，或者送水管網(wǎng)壓力低于0.2 5MPa時(shí)，均開2臺(tái)泵。當(dāng)2臺(tái)水泵運(yùn)行，清水池水位達(dá)到超高水位值時(shí)，停掉其中1臺(tái)，保持1 臺(tái)取水泵工作。
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)、湘江水位高于枯水位27.93m時(shí)，才可依據(jù)程序自動(dòng)開啟。在程序設(shè)計(jì)上還考慮了下列因素：①在自動(dòng)控制狀態(tài)下，取水泵不能同時(shí)開/停2臺(tái)，只能在第1臺(tái)開/停整個(gè)過程完成后，方可開/停第2臺(tái)，同時(shí)第一期工程取水泵最多只可運(yùn)行2臺(tái)；②在自動(dòng)控制狀態(tài)下，取水泵依據(jù)程序定期輪換運(yùn)行，以確保每臺(tái)泵運(yùn)行時(shí)間基本相同；③ 考慮到潛水泵的運(yùn)行特性，當(dāng)湘江水位較高(≥38m)，此時(shí)取水泵工作揚(yáng)程低、流量大、軸功率大。為防止其過載，因而對(duì)機(jī)組出水電動(dòng)閥門開啟度(0～100%)采取了可根據(jù)湘江水位變化自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式加以程序控制，并在中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)界面上保留人工臨時(shí)設(shè)置開度的功能。
4.2 加礬加氯PLC站 從取水泵房過來(lái)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Milton Roy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。
加氯系統(tǒng)采用真空加氯機(jī)，兩點(diǎn)投加，濾前濾后各2臺(tái)，均為WT公司產(chǎn)品，1用1備，備用方式同加礬系統(tǒng)。濾前按比例流量投加，濾后采用流量與余氯信號(hào)雙因子控制投加。加氯機(jī)所需的流量信號(hào)由PLC系統(tǒng)輸入，余氯信號(hào)由余氯分析儀在線檢測(cè)。濾前加氯機(jī)投加的控制流量取自取水流量與回收流量之和，再減去反應(yīng)沉淀池排泥用水量。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。氯庫(kù)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。
4.3 回收泵房與反應(yīng)沉淀池PLC站 此PLC站主要監(jiān)控反應(yīng)沉淀池56個(gè)氣動(dòng)排泥閥、2臺(tái)排泥桁架以及回收泵房2臺(tái)回收泵、2臺(tái)排泥泵的運(yùn)行及相關(guān)參數(shù)。氣動(dòng)排泥閥與排泥桁架的運(yùn)行周期一般采取在中控室或PLC站XBT 上根據(jù)原水濁度所設(shè)定的時(shí)間來(lái)自動(dòng)運(yùn)行，也可根據(jù)需要臨時(shí)修改設(shè)定時(shí)間人為強(qiáng)制運(yùn)行。
回收泵房裝有回收泵、排泥泵各2臺(tái)，均為1用1備，且回收泵與排泥泵也不在同一時(shí)段運(yùn)行。回收泵開/停由回收水池水位自動(dòng)控制，當(dāng)水位達(dá)3.3m時(shí)自動(dòng)開泵，低于1.1m時(shí)自動(dòng)停泵。排泥泵的運(yùn)行周期是根據(jù)所設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)控制的，但開啟排泥泵必須滿足回收水池水位不低于3.0m的條件。
4.4 V型濾池PLC站 該P(yáng)LC站主要監(jiān)控8格V型濾池的過濾、反沖洗過程及相關(guān)參數(shù)。每格濾池均裝有一個(gè)水位計(jì)和一個(gè)差壓計(jì)，用來(lái)檢測(cè)濾池的液位和濾池的阻塞情況。濾池的清水閥為無(wú)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。濾池反沖洗的控制方式有3 種：①?gòu)?qiáng)制反沖；②根據(jù)阻塞值PLC系統(tǒng)自動(dòng)反沖；③根據(jù)過濾時(shí)間PLC系統(tǒng)自動(dòng)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、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)；②V型濾池PLC站XBT操作；③中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)操作。
4.5 送水泵房PLC站 該P(yáng)LC站主要監(jiān)控1臺(tái)32SA 19A型水泵(以下簡(jiǎn)稱大泵)與2臺(tái)24SA 18F型水泵(以下簡(jiǎn)稱小泵)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)。
送水泵房在全自控模式下，機(jī)組開/停由管網(wǎng)壓力等因素決定。為便于控制，對(duì)出廠管線壓力設(shè)定有3個(gè)控制值：超低壓力0.15MPa，低壓力0.25MPa，高壓力0.35MPa。具體控制方式有3種：①當(dāng)1臺(tái)小泵運(yùn)行，若壓力≥0.25MPa，小泵繼續(xù)運(yùn)行；若壓力在0.15～0.25 MPa之間，則可開大泵或第二臺(tái)小泵，但優(yōu)先開大泵。②當(dāng)1臺(tái)大泵或2臺(tái)小泵運(yùn)行時(shí)，若壓力≥0.35MPa，則停大泵開1臺(tái)小泵或停1臺(tái)小泵；若壓力在0.15～0.35MPa之間，大泵或2 臺(tái)小泵繼續(xù)運(yùn)行。③當(dāng)管網(wǎng)壓力≤0.15MPa時(shí)，PLC系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停下所有送水泵，認(rèn)為管網(wǎng)出現(xiàn)故障(如爆管等)，等待故障處理。此外，送水泵自動(dòng)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)。
4.6 中控室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用Windows NT操作系統(tǒng)，與各PLC站之間通過ETHERWAY通訊聯(lián)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享，各PLC站之間通過FIPWAY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。所用監(jiān)控軟件為INTOUCH，該軟件人機(jī)界面好，能根據(jù)需要進(jìn)行動(dòng)畫鏈接，比較直觀。中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)有取水泵房、加礬間、加氯間、反應(yīng)沉淀池、回收泵房、V型濾池、公共沖洗泵房、送水泵房、自動(dòng)化總覽、10kV
