水厂自动控制系统的应用

周文军
(浙江省温岭市长潭引水工程指挥部，温岭 317500)

　　摘要　 介绍了温岭水厂自动控制系统的硬件组成和设计结构，及各个子系统的控制原理和主要功能。并进一步阐述了该自控系统的运行状况及应用体会。
　　关键词 　水厂　 自动控制　 应用

　　温岭水厂二期续建工程设计日处理能力4.5万立方米，工程总投资1200多万元。工程于1998年7月10日动工兴建，1999年7月15日建成投产。其处理工艺流程为：

　　为保证供水系统的安全可靠运行，达到优质供水节能降耗的目的，推进城镇供水事业的现代化进程。温岭水厂二期续建工程引进了先进的自动控制系统，使该厂自动化程度达到了国内领先水平，该系统被评为优良工程。

1、系统概况

　　温岭水厂自动控制系统由计算机和可编程逻辑控制器组成的集散型控制系统组成。其原理框图如下：

　　分别在加药间设加药加氯子站（1#PLC），在滤池设V型滤池子站（2#PLC）。1#PLC、2#PLC与中控室2台计算机构成MB+工业控制网。每个滤格设一个PLC，2#PLC与滤格PLC间实现Unitelway工业总线通讯。
　　该系统稳定可靠，可完全实现过程控制自动化与信息管理自动化，实现中控室、现场子站和现场手动操作的三级控制模式。
1.1 中控室
　　在厂部中心控制室配置两台运算速度高、储存量大的多媒体电脑。通过网络适配器与PLC的工业网联网，把PLC采集到的实时工况、过程变量、水质指标、工艺参数、生产数据实现动态彩色画面显示，故障声光报警和数据处理。打印管理生产报表、故障实时报表。制作浊度、余氯、PH、压力、水位、流量等等的历史变化趋势曲线。提供充分方便的人机界面，起到集中管理的功能。并通过鼠标或键盘下达各种调度指令，进行工艺参数的设定。
1.2 加药加氯子站
　　加药加氯子站设PLC站1个，采用TSX-P5720型CPU，配一个12槽机架，完成加药、加氯设备的自动控制和故障保护，源水水质检测，氯气源自动切换，矾液池自动切换，漏氯报警等功能。
1.2.1加药自控系统
　　全厂加药系统采用德国sera全套加药设备，选用多参数复合环控制方式。即根据源水流量、浊度、温度和PH进行前馈控制，同时又根据滤后水浊度（因我厂采用微絮凝直接过滤工艺）复合环控制。这样既能迅速响应源水的变化，快速调整投药量，又能自动跟踪滤后水浊度进行适当调整。从而保证滤后水浊度指标达标，并节约药耗。
　　自动加药复合环控制的原理框图：

1.2.2 加氯自控系统
　　全厂加氯系统采用美国F&P公司全套加氯设备，分为前加氯、后加氯。
1.2.2.1 前加氯
　　PLC根据采集到的源水流量和设定的投加率成比例去控制加氯机的执行机构，其控制回路如下：

　　考虑到温岭水厂源水采用水库水，并含有较多藻类物质。因此，我们将投加率设置成可调型，可以根据由季节变化而引起的藻类数量变化情况相应修改投加率的设定值，以取得最佳效果。
1.2.2.2 后加氯
　　后加氯采用复合环加氯控制，其原理为：将后加氯设在滤池的出水管通过一段管道混合后，在充分混合处用取样泵取样至余氯分析仪，测量余氯值并将余氯值信号反馈给PLC，PLC计算出这个余氯值与设定余氯值的差值，对这个差值PID运算后，得出相对应的控制增量，去控制加氯机的投加装置，使得余氯值始终向设定值逼近。

1.3　 V型滤池子站
　　V型滤池子站包括滤池2#PLC及6个滤格PLC。滤池2#PLC由MODICON TSX-P5720型PLC组成，主要是完成冲洗泵、鼓风机及其阀门的联动控制及故障保护，它还担负着与滤格PLC交换数据，管理滤格自动冲洗的任务。滤格PLC由6个MODICON　 TSX-3721型PLC组成，主要完成滤格的自动冲洗及恒水位控制以及故障保护。
　　滤池的控制运行方式分为自动、中控、手动三种。在自动状态下，PLC根据滤层阻塞程度和冲洗周期判断滤池是否满足冲洗条件。如冲洗条件满足，PLC就自动完成滤池的气水反冲洗全过程，并对鼓风机、冲洗泵、阀门等被控设备进行故障保护控制；在中控状态下，PLC接受中控室计算机下达的控制命令，完成滤格的顺序控制（启用、停用、冲洗控制），并对设备进行故障保护控制；在手动状态下，PLC处于“监测”运行，设备保留原有现场手动开关操作。

2、运行状况

　　温岭水厂自控制系统自1999年投产以来，至今已运行四年多，表现了良好的稳定性、可靠性和先进性，系统运行状况良好，具体表现在：
2.1 设备运行稳定可靠
　　该系统主要设备均从国外进口，质量可靠、运行稳定、操作简便、手动、遥控切换方便。四年以来从未因控制系统故障而影响生产运行。
2.2 自动化程度高
　　温岭水厂采用先进的集散型控制系统，实现了制水工艺的全自动生产。整个自控系统结构合理，技术先进。通过计算机对生产过程进行24小时实时监控，对生产数据自动进行统计处理，并能自动打印出全中文化的生产报表，大大减轻了劳动强度。现在除滤池、泵房各一个值班外，各车间已实现无人操作。
2.3 出厂水水质大大提高
　　自控系统自投入运行以来，对稳定水质起了关键作用。出厂水浊度均低于0.5NTU，远远优于3NTU的国家标准。出厂水余氯合格率为100%，可比指标达到了欧共体标准。在历次台州市卫生局组织的水质检查中，出厂水合格率均为100%。
2.4 节能效果显著
　　由于实现了加药加氯的自动控制，从根本上改变了以往工作人员仅凭个人经验投加药剂的落后状况，将投加量控制在最佳水平，降低了药耗氯耗。药耗由原来的平均1.5kg每千吨水降为0.8kg每千吨水，氯耗由平均2.82kg每千吨水降为1.2kg每千吨水，制水成本大大降低。

3、应用体会

　　我们从温岭水厂自动控制系统运行实践中深深体会到，要使一个自动化控制系统在水厂成功地运行，并充分发挥其应有的作用，必须注意以下几个方面。
3.1 选择合理的控制系统结构
　　合理的结构是自控系统能够成功运行的基础，就目前生产过程的控制系统结构来看，主要有集中型、分散型、集散型和分布式。从我们应用的实践中体会到，集散型控制系统比较适合于水厂自动控制。
　　所谓集散型控制就是集中管理、分散控制，注重于功能分散以求危险分散，但又能够集中监控和管理，便于实现中央控制室、车间、就地现场三级控制。对于水厂生产来说，三级控制能最大限度地保证控制系统的可靠性，也便于维护和管理。
3.2 选择可靠的设备
　　我们在二期续建工程中立足于设备的“先进、稳定、可靠、经济”，优中选优。对于涉及到检测、控制系统的主要设备，如PLC、阀门均采用国外进口。过于国内质量过关的产品尽可能国产化，避免了设备的盲目引进。
3.3 做好控制系统的维护工作
　　因为系统设计时所设想的工况与实际运行的工况不一定完全一致，即使投运时一致，过一段时间后也会有所变化；另外经过一段时间实际运行后，系统所存在的某些缺陷会逐渐暴露出来，这就要求我们对系统进行修改，以使系统更加优化。因此，水厂必须配备精干、稳定的维护人员，做好控制系统的消化吸收和维护工作，确保系统的正常运行。

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