關(guān)鍵詞：系統(tǒng) PLC 自動(dòng)控制

Keywords:system plc Automation control

一、概述：

惠州市橋東水廠原屬老廠，日產(chǎn)量11萬噸/日，共分三期建成，第一期產(chǎn)量3萬噸/日，由廣東省建筑設(shè)計(jì)院于1982年設(shè)計(jì)，其凈水工藝為機(jī)械反應(yīng)+斜管沉淀+雙閥濾池，并于1984年投產(chǎn)；第二期產(chǎn)量4萬噸/日，由廣州市自來水公司于1987年設(shè)計(jì)，其凈水工藝為網(wǎng)格反應(yīng)+斜管沉淀+虹吸濾池，于1988年投產(chǎn)；第三期產(chǎn)量4萬噸/日，套用二期的圖紙，于1994年投產(chǎn)。后因水質(zhì)性缺水，整個(gè)橋東水廠于1999年9月停產(chǎn)。

隨著惠州市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，總量為38萬噸/日（河南岸水廠18萬噸/日和江北水廠20萬噸/日）的供水已不能滿足需求，故我公司于2003年底決定對(duì)橋東水廠進(jìn)行挖潛改造。由于時(shí)間緊、資金少、地方有限，加上原凈水構(gòu)筑
物擱置時(shí)間久，使改造工程增加了不少難度。改造工程總體原則為，在基本保持原工藝構(gòu)筑物基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行現(xiàn)代化、自動(dòng)化全面改造。整個(gè)凈水工藝為網(wǎng)格反應(yīng)+斜管沉淀+小阻力快濾池，于2004年3月工,2005年2月4日正式投產(chǎn)，改造后供水能力為12萬噸/日。

橋東水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在原有兩個(gè)水廠經(jīng)驗(yàn)積累上設(shè)計(jì)出來的，起點(diǎn)高，具有更強(qiáng)的實(shí)用性、控制性、通用性、開放性、可擴(kuò)展性。整個(gè)工程的設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試全部由公司技術(shù)人員自己完成，現(xiàn)已成功運(yùn)行三個(gè)多月。本工程全部?jī)羲�工藝過程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制（備有手動(dòng)操作），控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用集中管理、分散控制，由三級(jí)組成：第一級(jí)，就地控制（即現(xiàn)場(chǎng)控制盤）；第二級(jí)，現(xiàn)場(chǎng)控制PLC站；第三級(jí)，中央控制室。在實(shí)際應(yīng)用中，自控系統(tǒng)保持了安全、可靠的運(yùn)行，體現(xiàn)了自控系統(tǒng)便于管理，優(yōu)質(zhì)供水、節(jié)能降耗、提高設(shè)備的使用壽命等特點(diǎn)，為管理人員提供了可靠的的數(shù)據(jù)依據(jù)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)力，大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也提高了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

二、自動(dòng)化設(shè)備的選型及依據(jù)：

只有把自動(dòng)化技術(shù)與生產(chǎn)工藝合理結(jié)合，改造工程才能達(dá)到節(jié)約投資的目的。隨著技術(shù)的進(jìn)步，新設(shè)備更新很快，我們沒有必要追求最高級(jí)、最好的設(shè)備，而應(yīng)當(dāng)根據(jù)本企業(yè)的實(shí)際情況，選用技術(shù)成熟、性價(jià)比好的設(shè)備，滿足功能需求即可。通過實(shí)用性及經(jīng)濟(jì)性分析，在自動(dòng)控制方面決定著重保證凈水系統(tǒng)自動(dòng)化，這涉及到設(shè)備選型問題。設(shè)備選型工作是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。實(shí)際上，老水廠的改造往往比新建水廠更為復(fù)雜。它受到原有系統(tǒng)和資金等方面的限制，不但要關(guān)系到水廠未來的自動(dòng)化方向，同時(shí)更要滿足現(xiàn)在的控制要求。避免那種設(shè)備沒用多少年就無法購買到備件的現(xiàn)象。我們深切的體會(huì)到進(jìn)口產(chǎn)品配件更新?lián)Q代快，供貨周期長(zhǎng)，價(jià)格昂貴的特點(diǎn)。同時(shí)在設(shè)備選型上應(yīng)盡量選熟悉的品牌，并且開放性要好，為以后的升級(jí)打下好的基礎(chǔ)。在橋東水廠自動(dòng)化設(shè)備選型時(shí)，重要設(shè)備、儀表，如投藥泵、加氯機(jī)、部分在線儀表、PLC、變頻器等采用進(jìn)口產(chǎn)品，其它設(shè)備，如在濾池工藝自控設(shè)備選型中，我們大膽選用國產(chǎn)閥門及機(jī)組，在控制上對(duì)這些設(shè)備針對(duì)性的做些處理。其它各種電氣設(shè)備（繼電器，各種開關(guān)等），通訊、控制電纜，各種水位、壓力儀表，計(jì)算機(jī)等等也都有選用國內(nèi)產(chǎn)品。實(shí)踐證明，即能滿足生產(chǎn)的要求，同時(shí)大大降低了生產(chǎn)成本。

三、 自控系統(tǒng)概況

橋東水廠凈水系統(tǒng)采用微機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)（兼有手動(dòng)操作控制），控制方式體現(xiàn)了國內(nèi)目前自動(dòng)化水平和特點(diǎn)。水廠采用PLC+PC的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)由PLC和計(jì)算機(jī)組成的實(shí)時(shí)多任務(wù)集散型（集中管理、分散控制）網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好。能實(shí)現(xiàn)中心控制站和現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作的分級(jí)控制，其模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有擴(kuò)展靈活，結(jié)構(gòu)開放，組網(wǎng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

硬件設(shè)備方面，該系統(tǒng)包括三菱公司Q系列可編程控制器、變頻器、臺(tái)灣大眾工控機(jī)。SCADA軟件選用Intellution公司IFIX 3.5組態(tài)軟件。

該系統(tǒng)包括四個(gè)部分，投加自動(dòng)化、沉淀池排泥自動(dòng)化、濾池自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化。整個(gè)水廠按生產(chǎn)工藝，共設(shè)置了8個(gè)PLC工作站，所有PLC之間通過同軸電纜以MELSECNET/H網(wǎng)互聯(lián)通訊，傳輸速度達(dá)25Mbps，通訊網(wǎng)為令牌總線網(wǎng)。它提供一種浮動(dòng)主站功能，當(dāng)一個(gè)主PLC站停止運(yùn)行，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仍能讓所有掛網(wǎng)的PLC繼續(xù)正常運(yùn)行。

工控主機(jī)與PLC之間采用RS232接口進(jìn)行通信。其中一部主機(jī)還負(fù)責(zé)向總公司中心調(diào)度室進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作，通訊線路目前是采用電信局的幀中繼業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)庫采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫SQL SERVER，利用ODBC進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

系統(tǒng)從功能上可分為兩部分，實(shí)時(shí)自動(dòng)控制部分及監(jiān)控管理部分，前者由7個(gè)站構(gòu)成（一期濾池站、二期濾池站、三期濾池站、一期排泥車站、二三期排泥車站、一期投加站、二三期投加站），后者由通訊主站組成。

3．1 通訊主站:

主站是全廠生產(chǎn)指揮的調(diào)度中心，動(dòng)態(tài)反映各工藝環(huán)節(jié)的工作狀況和主要技術(shù)參數(shù)，是用于監(jiān)控所有濾池站、投加站、排泥車站。主站配有2個(gè)通訊模塊，串口通訊，用于人機(jī)對(duì)話。在其上位機(jī)上可隨時(shí)調(diào)出各生產(chǎn)區(qū)段的組態(tài)運(yùn)行模擬圖及相關(guān)技術(shù)參數(shù)，實(shí)時(shí)記錄打印有關(guān)運(yùn)行曲線及報(bào)表，并向各區(qū)段發(fā)送指揮生產(chǎn)的各項(xiàng)指令。

主站與上位機(jī)通信選用兩臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)，雙機(jī)熱備，確保一定的冗余�？蓪�(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行報(bào)警顯示。當(dāng)其它PLC站產(chǎn)生故障報(bào)警信號(hào)，主站報(bào)警鈴響，并且相應(yīng)的光字牌會(huì)亮。

在設(shè)計(jì)時(shí)還要充分考慮控制線路的干擾問題，通訊電纜、控制電纜包括儀表信號(hào)走線應(yīng)該避開強(qiáng)電設(shè)備，以避免產(chǎn)生干擾。

3．2 一期濾池站、二期濾池站、三期濾池站：

濾池站的工藝是最復(fù)雜的，與其有關(guān)的控制系統(tǒng)也非常繁瑣。該站主要完成濾水及反沖兩項(xiàng)控制任務(wù)，一般將濾池工作狀態(tài)分為3種：停池、濾水、反沖。主要采集濾池水位、處理反沖排隊(duì)、最大工作周期設(shè)置等工作。

對(duì)于每一個(gè)濾池的自動(dòng)控制，主要是通過控制其裝設(shè)的4個(gè)閥門（進(jìn)水閥、濾水閥、反沖閥、排污閥）的開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。從工藝及經(jīng)濟(jì)考慮這四種閥門均選用電控閥門，每個(gè)濾池設(shè)有遠(yuǎn)傳壓力式水位計(jì)，壓力值遠(yuǎn)傳至PLC進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控處理。

在濾水狀態(tài)，按控制程序?qū)崿F(xiàn)水位階段性控制，最初濾閥控制采用PID控制，由于電動(dòng)閥門不能頻繁開關(guān)。最后將程序改為以水位為基準(zhǔn)，階段性進(jìn)行控制，使濾水閥盡可能地工作在安全區(qū)內(nèi)。

濾池在工作狀態(tài)下，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)將需要反沖的依據(jù)定為濾池周期，當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到轉(zhuǎn)為反沖狀態(tài)，或按強(qiáng)沖按鈕進(jìn)行反沖。濾池進(jìn)入反沖洗過程，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)首先暫停濾水程序，使濾閥開度保持在濾水程序暫停前位置，進(jìn)行設(shè)定時(shí)間的濾水，并關(guān)閉進(jìn)水閥。濾水時(shí)間到，進(jìn)行反沖，先開啟反沖泵、排污閥，然后打開反沖水閥。反沖完成后，關(guān)閉反沖水閥、反沖泵、最后關(guān)閉排污閥，打開進(jìn)水閥進(jìn)行正常濾水。

3．3 一期投加站、二三期投加站：

投加站的作用主要是對(duì)投礬、投氯實(shí)行全自動(dòng)控制，對(duì)水質(zhì)儀表的參數(shù)（投礬量、加氯量、原水濁度、原水PH、SCD值等）進(jìn)行監(jiān)視，并將部分參數(shù)（原水流量、余氯量、SCM值等）用于過程控制。

投礬控制：按原水流量和SCD信號(hào)進(jìn)行復(fù)合環(huán)控制。源水流量計(jì)送出4—20mA水流信號(hào)給變頻器，控制計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速。另一路4—20mA信號(hào)則從SCM送至伺服馬達(dá)控制器，控制計(jì)量泵的行程，從而控制投礬量。控制原理圖如圖2



圖2 投礬系統(tǒng)控制原理圖

投氯控制：前加氯采用以實(shí)時(shí)源水流量信號(hào)為指導(dǎo)的比例開環(huán)控制方式，后加氯采用以實(shí)時(shí)源水流量信號(hào)為指導(dǎo)的比例開環(huán)為主，濾后水（入清水池前）余氯量信號(hào)為輔的PID加權(quán)復(fù)合環(huán)控制方式（后加氯機(jī)自備復(fù)合環(huán)控制模式）。以其達(dá)到良好的處理水消毒效果。3．4 一期排泥車站、二三期排泥車站：

排泥車站的主要作用是監(jiān)控排泥車的工作狀態(tài)，以及反應(yīng)池、沉淀池各閥門的開關(guān)狀態(tài)。

對(duì)排泥車提供全自動(dòng)及中控室排泥車手動(dòng)兩種控制方式。排泥車控制選擇全自動(dòng)方式時(shí)，只要由生產(chǎn)監(jiān)控人員按照生產(chǎn)的實(shí)際情況和要求，通過中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)設(shè)定了排泥周期，排泥車的啟停及排泥全過程全部由PLC自動(dòng)控制完成，PLC程序采用雙程排泥及池段變速的排泥行走方式。

反應(yīng)池配備了電控液動(dòng)排泥閥，控制方式采用手動(dòng)及全自動(dòng)兩種控制方式。全自動(dòng)根據(jù)設(shè)定的排泥周期、排泥時(shí)間自動(dòng)進(jìn)行排污。

四：系統(tǒng)運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)效益：

橋東水廠改造工程自動(dòng)化系統(tǒng)完成了21個(gè)控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試。進(jìn)行了8套共計(jì)10000多行PLC程序的編制；2套人機(jī)界面的編制和通訊設(shè)計(jì)；900多個(gè)數(shù)據(jù)的配置，加上硬盤錄像監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通過幀中繼業(yè)務(wù)將生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至總公司等項(xiàng)目，整個(gè)工程的費(fèi)用將近100萬，大大降低工程成本。最重要的是：系統(tǒng)的核心技術(shù)都是自已開發(fā)的，擁有了自己的技術(shù)才能真正做到不受制于人，便于日后的自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)，降低了水廠的維護(hù)成本。

五、 結(jié)束語

在橋東水廠正常運(yùn)行的幾個(gè)月時(shí)間內(nèi)，平均藥耗3.25Kg/km3，平均氯耗1.13 Kg/km3，出廠水濁度長(zhǎng)期在0.2NTU以下，出廠水余氯在0.3∽0.7mg/L范圍內(nèi)，其它水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目全部符合國家標(biāo)準(zhǔn)。通過對(duì)橋東水廠的自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試，我公司在自動(dòng)化工程技術(shù)方面有了質(zhì)的提高，增加了很多寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)。橋東水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能并不是最好的，可是比較實(shí)用及節(jié)省投資，運(yùn)行效果理想，系統(tǒng)維護(hù)方便，運(yùn)行可靠，成本低，具有令人滿意的性能價(jià)格比。