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（北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司，北京 100096）  王德文
（山東省引黃濟(jì)青工程棘洪灘水庫(kù)管理處，山東 青島 266111）  于  軍
（山東省引黃濟(jì)青工程棘洪灘水庫(kù)配套水廠，山東 青島 266111）  肖茂亮

王德文

男，工程師，現(xiàn)就職于北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司PLC事業(yè)部。

1  水廠簡(jiǎn)介

    山東省引黃濟(jì)青工程棘洪灘水庫(kù)配套水廠是山東省引黃濟(jì)青工程管理局青島分局2004年度“211”重點(diǎn)工程之一，是為進(jìn)一步促進(jìn)棘洪灘水庫(kù)周邊城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。該水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為日供水量4萬立方，其主要建筑物有：一級(jí)泵房、斜管沉淀池（緩建）、V型濾池、清水池、二級(jí)泵房及加藥加氯間等，水處理工藝較先進(jìn)。

2  水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成

    該水廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)為監(jiān)控中心與HOLLiAS-PLC構(gòu)成的集散型工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其中監(jiān)控中心由一個(gè)工程師站、兩個(gè)操作員站組成，兩個(gè)操作員站同時(shí)又作為一主一從服務(wù)器用來存儲(chǔ)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；PLC系統(tǒng)由三個(gè)PLC主控制站、八個(gè)子PLC控制站及一個(gè)遠(yuǎn)程I/O站等單元組成，其中，三個(gè)PLC主控制站與監(jiān)控中心之間由光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)組成環(huán)網(wǎng)，以提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，各控制站與其子站間由PROFIBUS DP現(xiàn)場(chǎng)總線組成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)。水廠自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

3  水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

    該水廠設(shè)計(jì)采用三種控制方式，即監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制等，其優(yōu)先級(jí)別分別為：現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制最高，其次為現(xiàn)場(chǎng)PLC控制，最低為監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制。各自動(dòng)控制單元實(shí)現(xiàn)的功能分別是：

圖1  水廠自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖

    3.1  一級(jí)泵房控制站（2#RI/O）

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BP02 CPU模塊，是加氯加藥控制站的DP從站，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集取水電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)蝶閥及現(xiàn)場(chǎng)儀表的狀態(tài)信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào)并對(duì)以上設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)，通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率和電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥的開度。 

    3.2  加藥加氯間PLC（1#PLC）站

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BT02 CPU模塊，是一級(jí)泵房控制站的DP主站，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表的狀態(tài)信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)，并對(duì)其發(fā)送控制信號(hào)，通過自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)加氯和加藥設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制：根據(jù)原水流量自動(dòng)控制加礬量和前加氯量；根據(jù)濾后水余氯反饋信號(hào)控制后加氯投加量。

    3.3  濾池主站（3#PLC0）

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BT02 CPU模塊，是V型濾池的控制主站，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：作為主控制器與三個(gè)子控制站聯(lián)系，監(jiān)控6個(gè)濾池及反沖洗系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，控制根據(jù)該水廠實(shí)際供水情況，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)濾池的恒水位過濾（正常工作狀態(tài)），并實(shí)現(xiàn)對(duì)濾池的自動(dòng)、定時(shí)或強(qiáng)制反沖洗三種控制方式。 

    3.4  1#～6#濾格（3#PLC1～3#PLC3）從站

    采用HOLLiAS-PLC FM115-6BL21 CPU模塊，是V型濾池的控制從站，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：根據(jù)該水廠生產(chǎn)的實(shí)際情況，進(jìn)行濾池的恒水位過濾（正常工作狀態(tài)），并可實(shí)現(xiàn)濾池的自動(dòng)、定時(shí)或強(qiáng)制反沖洗控制；根據(jù)濾池水位，通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序調(diào)節(jié)清水閥的開啟度，實(shí)現(xiàn)濾池恒水位過濾；根據(jù)濾池水頭損失和過濾周期，與設(shè)定值相比較，達(dá)到?jīng)_洗條件時(shí)向3#PLC0發(fā)出“請(qǐng)求沖洗”信號(hào)，得到允許后，自動(dòng)完成本格濾池的反沖洗。

    3.5  二級(jí)泵房（4#PLC）站

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BT02 CPU模塊，是二級(jí)泵房控制主站，與五個(gè)子控制站組成現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信號(hào)，并根據(jù)用戶實(shí)際的用水情況，通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率，達(dá)到恒壓供水的目的；根據(jù)出水總管實(shí)際壓力自動(dòng)開啟或關(guān)閉水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，并通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序調(diào)節(jié)2#或3#電機(jī)變頻器的運(yùn)行頻率，達(dá)到恒壓供水的目的。

    3.6  監(jiān)控中心

    該水廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用SmartPro3.1.2系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面，具備如下功能：

    (1)  實(shí)現(xiàn)了工藝流程監(jiān)控

    該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水廠整體工藝流程、各主要工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、過程控制及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與顯示，主要畫面有：全廠工藝流程圖、一級(jí)泵房工藝流程圖、濾池工藝流程圖、二級(jí)泵房工藝流程圖、加藥加氯間工藝流程圖及在線儀表實(shí)時(shí)參數(shù)顯示表、生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史趨勢(shì)圖等。實(shí)現(xiàn)的工藝生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控功能有：所有被監(jiān)控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、啟停控制、設(shè)備與設(shè)備之間的連鎖控制、工藝參數(shù)的PID設(shè)定以控制設(shè)備開啟度，以及設(shè)備溫度、電流、壓力、液位、流量等參數(shù)的顯示、報(bào)警、記錄、趨勢(shì)以及累積量計(jì)算等。

    報(bào)表打印所有受控設(shè)備的工作情況、工作狀態(tài)，儀表測(cè)點(diǎn)設(shè)備的溫度、流量、壓力、液位等參數(shù)的定時(shí)記錄打印，以及各種管理報(bào)表、班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表。

    (2)  系統(tǒng)的安全管理

    對(duì)重要設(shè)備的操作、重要參數(shù)的修改均會(huì)自動(dòng)記錄，包括登錄的操作員、對(duì)設(shè)備進(jìn)行的操作、時(shí)間以及修改前的參數(shù)值、修改后的參數(shù)等，以利于進(jìn)行管理及事故分析。

    另外，系統(tǒng)設(shè)置為多用戶、多區(qū)域方式，各類用戶均有自己的用戶名和密碼，對(duì)應(yīng)著不同的安全級(jí)別，決定了操作員可觀察的范圍、可使用的功能、可修改的參數(shù)等。最多可以設(shè)置為8級(jí)用戶、8級(jí)區(qū)域。

4  該套水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

    (1)  實(shí)現(xiàn)全過程自動(dòng)調(diào)節(jié)

    該水廠自動(dòng)調(diào)節(jié)由預(yù)設(shè)PID程序控制，主要調(diào)節(jié)點(diǎn)是：

    ?  利用折板反應(yīng)池預(yù)設(shè)水位自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水管道電動(dòng)調(diào)節(jié)碟閥開啟度，以保證按需取水；

    ?  利用預(yù)設(shè)清水池安全運(yùn)行水位自動(dòng)調(diào)節(jié)濾池投入運(yùn)行個(gè)數(shù)，當(dāng)清水池水位較低時(shí)逐個(gè)增加濾池投入個(gè)數(shù)，當(dāng)清水池水位較高時(shí)，逐個(gè)減少濾池投入個(gè)數(shù)；

    ?  利用進(jìn)水量大小并結(jié)合濾池水位設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)清水閥門開啟度，實(shí)現(xiàn)按需制水；

    ?  利用預(yù)設(shè)供水壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)運(yùn)行頻率，達(dá)到按需供水；

    ?  根據(jù)進(jìn)水流量自動(dòng)調(diào)節(jié)加PAC計(jì)量泵運(yùn)行頻率、一次加氯投加量，利用SCD儀所測(cè)量加PAC后水中游動(dòng)離子含量自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)量泵沖程，達(dá)到自動(dòng)投加PAC；利用濾后水余氯含量自動(dòng)調(diào)節(jié)二次加氯投加量，以保證出廠水含有一定的余氯，殺除出廠水管道中的細(xì)菌防止二次污染等。

    (2)  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)冗余性強(qiáng)

    該水廠自控系統(tǒng)主網(wǎng)絡(luò)采用了光纖環(huán)網(wǎng)。中央控制室、加氯加藥控制站（1#PLC）、濾池控制站（3#PLC）、出水泵房控制站（4#PLC）組成了環(huán)形的光纖網(wǎng)絡(luò)，這樣保證了一旦在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的任意點(diǎn)意外斷開的情況下，不會(huì)影響系統(tǒng)通訊功能，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了對(duì)電氣信號(hào)的隔離，避免了雷電信號(hào)、浪涌信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)間的傳輸。

    (3)  系統(tǒng)性價(jià)比高

    該系統(tǒng)所采用的HOLLiAS-PLC系統(tǒng)設(shè)備性能穩(wěn)定可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)、通訊協(xié)議開放、具有較高的性能價(jià)格比；所采用軟件人機(jī)界面友好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、監(jiān)控性能優(yōu)越、執(zhí)行時(shí)間快捷。

5  運(yùn)行效果

    該系統(tǒng)自2005年8月下旬投入試運(yùn)行以來，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，其投用率一直保持在98%以上，實(shí)現(xiàn)了水廠的全自動(dòng)化運(yùn)行，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也保證了供水質(zhì)量（出廠水濁度始終保持在0.2-0.5NTU之間，符合城鎮(zhèn)居民生活飲用水新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，出水壓力可根據(jù)管網(wǎng)實(shí)際情況隨時(shí)變頻調(diào)節(jié)）。由于該水廠自動(dòng)化控制水平較高，這對(duì)管理運(yùn)行人員提出了較高要求，要求運(yùn)行人員業(yè)務(wù)素質(zhì)較高，所掌握的知識(shí)面廣、專業(yè)跨度大，尤其是計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化知識(shí)要扎實(shí)，但同時(shí)也減少了運(yùn)行人員的數(shù)量（全廠運(yùn)行人員共12人，比常規(guī)水廠運(yùn)行人員數(shù)大大減少），經(jīng)濟(jì)效益可觀。

    其他作者：于軍，高級(jí)工程師，現(xiàn)就職于山東省引黃濟(jì)青工程棘洪灘水庫(kù)管理處；肖茂亮，高級(jí)工程師，現(xiàn)就職于山東省引黃濟(jì)青工程棘洪灘水庫(kù)配套水廠。