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

王德文

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

1  水廠簡介

    山東省引黃濟青工程棘洪灘水庫配套水廠是山東省引黃濟青工程管理局青島分局2004年度“211”重點工程之一，是為進一步促進棘洪灘水庫周邊城鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展而建設(shè)的重點項目。該水廠設(shè)計規(guī)模為日供水量4萬立方，其主要建筑物有：一級泵房、斜管沉淀池（緩建）、V型濾池、清水池、二級泵房及加藥加氯間等，水處理工藝較先進。

2  水廠自動化控制系統(tǒng)組成

    該水廠自動化監(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)實時網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，其中監(jiān)控中心由一個工程師站、兩個操作員站組成，兩個操作員站同時又作為一主一從服務(wù)器用來存儲實時運行數(shù)據(jù)；PLC系統(tǒng)由三個PLC主控制站、八個子PLC控制站及一個遠程I/O站等單元組成，其中，三個PLC主控制站與監(jiān)控中心之間由光纖環(huán)網(wǎng)交換機組成環(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)場總線組成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。水廠自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖如圖1所示。

3  水廠自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

    該水廠設(shè)計采用三種控制方式，即監(jiān)控中心遠程控制、現(xiàn)場PLC控制、設(shè)備現(xiàn)場手動控制等，其優(yōu)先級別分別為：現(xiàn)場手動控制最高，其次為現(xiàn)場PLC控制，最低為監(jiān)控中心遠程控制。各自動控制單元實現(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，主要實現(xiàn)的功能有：采集取水電動機、電動蝶閥及現(xiàn)場儀表的狀態(tài)信號及數(shù)據(jù)信號并對以上設(shè)備發(fā)送控制信號，通過預裝PID調(diào)節(jié)程序自動調(diào)節(jié)電動機運行頻率和電動調(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，是一級泵房控制站的DP主站，主要實現(xiàn)的功能有：采集現(xiàn)場設(shè)備和儀表的狀態(tài)信號和數(shù)據(jù)信號，并對其發(fā)送控制信號，通過自動控制程序?qū)崿F(xiàn)加氯和加藥設(shè)備的自動運行控制：根據(jù)原水流量自動控制加礬量和前加氯量；根據(jù)濾后水余氯反饋信號控制后加氯投加量。

    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，主要實現(xiàn)的功能有：作為主控制器與三個子控制站聯(lián)系，監(jiān)控6個濾池及反沖洗系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)，控制根據(jù)該水廠實際供水情況，自動實現(xiàn)濾池的恒水位過濾（正常工作狀態(tài)），并實現(xiàn)對濾池的自動、定時或強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，主要實現(xiàn)的功能有：根據(jù)該水廠生產(chǎn)的實際情況，進行濾池的恒水位過濾（正常工作狀態(tài)），并可實現(xiàn)濾池的自動、定時或強制反沖洗控制；根據(jù)濾池水位，通過預裝PID調(diào)節(jié)程序調(diào)節(jié)清水閥的開啟度，實現(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，達到?jīng)_洗條件時向3#PLC0發(fā)出“請求沖洗”信號，得到允許后，自動完成本格濾池的反沖洗。

    3.5  二級泵房（4#PLC）站

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BT02 CPU模塊，是二級泵房控制主站，與五個子控制站組成現(xiàn)場控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)的功能有：采集現(xiàn)場設(shè)備和儀表的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信號，并根據(jù)用戶實際的用水情況，通過預裝PID調(diào)節(jié)程序自動調(diào)節(jié)電動機運行頻率，達到恒壓供水的目的；根據(jù)出水總管實際壓力自動開啟或關(guān)閉水泵運行臺數(shù)，并通過預裝PID調(diào)節(jié)程序調(diào)節(jié)2#或3#電機變頻器的運行頻率，達到恒壓供水的目的。

    3.6  監(jiān)控中心

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

    (1)  實現(xiàn)了工藝流程監(jiān)控

    該系統(tǒng)實現(xiàn)了水廠整體工藝流程、各主要工藝設(shè)備運行狀態(tài)、過程控制及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集與顯示，主要畫面有：全廠工藝流程圖、一級泵房工藝流程圖、濾池工藝流程圖、二級泵房工藝流程圖、加藥加氯間工藝流程圖及在線儀表實時參數(shù)顯示表、生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史趨勢圖等。實現(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、報警、記錄、趨勢以及累積量計算等。

    報表打印所有受控設(shè)備的工作情況、工作狀態(tài)，儀表測點設(shè)備的溫度、流量、壓力、液位等參數(shù)的定時記錄打印，以及各種管理報表、班報表、日報表。

    (2)  系統(tǒng)的安全管理

    對重要設(shè)備的操作、重要參數(shù)的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設(shè)備進行的操作、時間以及修改前的參數(shù)值、修改后的參數(shù)等，以利于進行管理及事故分析。

    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，對應(yīng)著不同的安全級別，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級用戶、8級區(qū)域。

4  該套水廠自動控制系統(tǒng)的主要特點

    (1)  實現(xiàn)全過程自動調(diào)節(jié)

    該水廠自動調(diào)節(jié)由預設(shè)PID程序控制，主要調(diào)節(jié)點是：

    ?  利用折板反應(yīng)池預設(shè)水位自動調(diào)節(jié)進水管道電動調(diào)節(jié)碟閥開啟度，以保證按需取水；

    ?  利用預設(shè)清水池安全運行水位自動調(diào)節(jié)濾池投入運行個數(shù)，當清水池水位較低時逐個增加濾池投入個數(shù)，當清水池水位較高時，逐個減少濾池投入個數(shù)；

    ?  利用進水量大小并結(jié)合濾池水位設(shè)定值自動調(diào)節(jié)清水閥門開啟度，實現(xiàn)按需制水；

    ?  利用預設(shè)供水壓力自動調(diào)節(jié)水泵電機運行頻率，達到按需供水；

    ?  根據(jù)進水流量自動調(diào)節(jié)加PAC計量泵運行頻率、一次加氯投加量，利用SCD儀所測量加PAC后水中游動離子含量自動調(diào)節(jié)計量泵沖程，達到自動投加PAC；利用濾后水余氯含量自動調(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菌防止二次污染等。

    (2)  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)冗余性強

    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)的任意點意外斷開的情況下，不會影響系統(tǒng)通訊功能，同時又實現(xiàn)了對電氣信號的隔離，避免了雷電信號、浪涌信號在網(wǎng)絡(luò)間的傳輸。

    (3)  系統(tǒng)性價比高

    該系統(tǒng)所采用的HOLLiAS-PLC系統(tǒng)設(shè)備性能穩(wěn)定可靠、擴展性強、通訊協(xié)議開放、具有較高的性能價格比；所采用軟件人機界面友好、實時性強、監(jiān)控性能優(yōu)越、執(zhí)行時間快捷。

5  運行效果

    該系統(tǒng)自2005年8月下旬投入試運行以來，設(shè)備運行穩(wěn)定可靠，其投用率一直保持在98%以上，實現(xiàn)了水廠的全自動化運行，達到了設(shè)計要求，同時也保證了供水質(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家標準，出水壓力可根據(jù)管網(wǎng)實際情況隨時變頻調(diào)節(jié)）。由于該水廠自動化控制水平較高，這對管理運行人員提出了較高要求，要求運行人員業(yè)務(wù)素質(zhì)較高，所掌握的知識面廣、專業(yè)跨度大，尤其是計算機、自動化知識要扎實，但同時也減少了運行人員的數(shù)量（全廠運行人員共12人，比常規(guī)水廠運行人員數(shù)大大減少），經(jīng)濟效益可觀。

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