计算机自控系统在羊额水厂的应用

刘资浦
(顺德市供水总公司，广东顺德528300)

　　摘　要：介绍了顺德市羊额水厂的计算机自动控制系统的结构、功能、特点和应用效果。该系统在全国供水行业中处于领先水平，投入使用8年多来运行效果良好。
　　关键词：计算机自控系统；水厂；PLC
　　中图分类号：TU991.62
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)10-0075-03

　　羊额水厂位于顺德市伦教镇，担负着为顺德市中心城区供水的任务，供水能力为40×10⁴m³/d。

1　自控系统的结构

　　羊额水厂的水处理系统由源水泵站、加药间、反应沉淀池、滤池、送水泵站等主要构筑物组成，是由中央控制室和相应的分控站组成的一个全厂范围的计算机控制网络(见图1)。
　　①硬件系统

　　硬件系统是一种典型的总线分布式集散型控制网络。每个分控站配备一套PLC系统和一台监控计算机。中央控制室配备三台管理计算机和一个模拟屏。各分控站之间以及分控站和中控室之间通过高速数据通道DH＋(Data Highway Plus)进行通讯。
　　②软件结构
　　在美国AB公司的PLC系统中，一般向用户提供两个软件平台，一个是在PLC处理器中运行的PLC5编程控制软件，另一个是在监控计算机或管理计算机中运行的人机接口监控软件。羊额水厂根据工艺控制的需要在这两个平台上自行开发了计算机自动控制应用软件。
　　③自控系统的网络互联
　　主要采用AB公司的DH＋控制通讯网络进行互联。出于商务上的考虑选用了两种不同的PLC，采用AB公司PLC的分控站可以直接上DH＋网，而采用TE公司PLC的分控站则必须首先自行联成一个TELWAY子网，然后通过MODBUS协议借助于AB公司的1771-DB模块与DH+网相联。

2　分控站的自动控制功能

2.1 源水泵房分控站
　　源水泵的自动控制分为远程控制和全自动控制两种。不管采用哪种形式的控制，在对某台泵进行启动前，均会检查该泵是否满足启动条件。在泵的启动过程中，还会不断检测启动电流的变化曲线，比较是否与正常的启动电流曲线相符，如不相符则立即停止该泵的启动，并给出声、光报警，显示相应的故障类别，以便操作人员或维修人员及时处理。
　　远程控制:在此状态下，操作人员能根据需要，通过在中控室的计算机对任意一台泵进行启、停控制。
　　全自动控制:在全自动方式下，根据清水池水位、出厂水流量和进水量决定源水泵的开启台数。9台潜水泵(8用1备)采用自然顺序建立循环队列，按队列顺序依次启动泵，并按先启动先停止、累计运行时间少的先启动、累计运行时间多的先停止的原则轮换工作。
2.2　一号滤池分控站
　　一号滤池分控站全套引进法国自动控制设备，整个系统由1个公共反冲洗PLC和10个滤格PLC组成。
　　①过滤控制
　　滤池的开启个数由源水流量决定。由水位计和堵塞传感器测出滤池的水位和水头损失，并将滤后水阀门开度等参数送至PLC，经运算后由PLC调整其开度以使进、出水达到平衡，从而实现恒水位自动过滤。
　　②反冲洗控制
　　a.反冲洗周期
　　凡满足下列条件之一即自动开始反冲洗：过滤时间超过24h(可调)；水头损失超过10kPa(可调)；手动强制请求反冲洗。
　　b.反冲洗程序
　　准备阶段:当滤池请求反冲洗且公共反冲洗PLC又允许时，则先关闭进水阀、打开排污阀，待滤池水面降低到排水面时再关闭滤后水出水阀。
　　气冲阶段:当关闭滤后水阀后随即起动一台鼓风机，并打开进气阀气冲约2min。
　　气水联合反冲洗阶段:气冲约2min后再起动一台鼓风机、一台水泵，并同时打开反冲洗进水阀进行气水联合反冲洗。
　　水冲阶段:气水联合反洗约6min后则自行停止风机并关闭进气阀、打开排气阀，再增开一台水泵以进行水冲洗。
　　停止反冲洗阶段：水冲洗约5min后关闭反冲洗水阀，停止反冲洗水泵。
　　恢复过滤阶段:反冲洗完后先关闭排水阀，然后打开滤后水阀和待滤水进水阀进行自动过滤。
2.3　二号滤池分控站
　　二号滤池分控站全套引进瑞典自动控制设备，整个系统由一台AB公司的PLC进行控制。二号滤池的配置和控制过程与一号滤池基本相近。但对自动控制系统作了许多改进，主要有：
　　①整个系统仅采用一套PLC进行控制，大大节省了控制系统的投资，简化了系统结构并提高了可靠性，同时也节省了土建投资；
　　②系统可根据源水流量来自动决定开启滤池的个数，在过滤自动控制方面更先进；
　　③对反冲洗控制进行了改进，在关闭进水阀后不是马上打开排水阀，而是继续进行过滤，等滤池水位降低到一定程度后再打开排水阀进行反冲洗，这样可以减少反冲洗耗水量，使滤池运行更经济。
2.4　清水泵房分控站
　　清水泵房分控站自动控制系统的任务是通过自动控制清水泵的启、停来控制送水压力。
　　清水泵的自动控制分为远程控制和全自动控制。在远程控制状态，根据具体情况通过电脑操作对任一台泵进行启动或停止操作。在全自动控制状态，根据出厂水的压力和流量决定清水泵的开启台数。
　　开启顺序：9台泵(8用1备)按自然循环队列轮换工作。
　　启动条件：电压正常(9.5 kV以上)，水泵出水电动蝶阀处于关闭位置，液压缓闭止回阀处于正常状态，启动时间间隔＞15min。
　　保护措施：当出现电机电流超过38A、漏电、三相电流不平衡、低电流、低电压、过载、超温等情况时则跳闸。
2.5　加药间分控站(包括反应沉淀池和泥水池)
　　①加氯控制
　　前加氯采用与源水流量成正比例的开环控制方式；后加氯则以滤后水流量作为前馈量，清水池入口余氯值作为反馈量，在PLC中组成一个前馈—反馈闭环比例控制系统，以输出量控制加氯机的流量。
　　②加硫酸铝控制
　　采用SCD值来控制硫酸铝的投加量。源水流量为前馈变量，SCD值为反馈变量，执行部件是计量泵，通过PLC中的PID控制而组成一个前馈—反馈闭环控制系统。
　　此系统的特点是反应速度快，可克服通过沉淀后浊度进行控制时所产生的数小时的滞后，随时将加药量调节到最佳量，可大大降低药耗、稳定水质。
　　③加石灰控制
　　以源水流量和pH值作前馈值，以投加石灰后的pH值作反馈值，组成一个闭环控制系统来控制计量泵从而控制石灰的投量。
　　④加助凝剂控制
　　根据源水流量和浊度按比例投加。
　　⑤虹吸排泥机控制
　　根据源水浊度和流量确定排泥周期和行走路线。行走路线分为全程、1/3程、2/3程;排泥方式分为单向排泥和双向排泥。由于泥水池容积和泥水泵的限制，最多允许两台排泥机同时排泥。排泥周期一旦确定，则由PLC安排每台排泥机的启动时间，按时启动、自行排泥。
　　排泥机与PLC之间通过无线电台进行通讯，省去了多芯控制电缆；排泥车电控柜内安装一台微型PLC进行就地控制以代替继电器控制电路；排泥车行走电机采用双速电机，以实现在沉淀池泥层不同地段的变速排泥。
　　⑥泥水泵控制
　　由泥水池的水位高低来决定泵的开启台数，启动顺序由循环队列决定。

3　控制系统的特点

　　羊额水厂计算机自控系统是以PLC为核心控制部件，集计算机、闭路电视和无线电通讯技术为一体的综合型控制系统。它具有以下特点：
　　①实现了“就地控制、车间控制、中控室控制”的三级控制，从而最大限度地保证了系统的可靠性；
　　②成功地解决了两种不同PLC的互联问题，并采用高速数据通道DH+将全厂各个控制站联成一个控制网络，大大提高了系统的实时响应时间，从中控室或网络上的任何一个分控站操作其他分控站的反应时间在1s以内；
　　③成功地应用无线电通讯技术解决了水厂控制网络和总公司管理网络的互联问题以及排泥车的无线电遥控问题；
　　④具有良好的人机界面和完善的数据统计功能，各车间数据联网后，中控室的计算机可自动对各种生产数据进行处理并自动生成各种生产报表，大大提高了生产管理水平；
　　⑤维修方便，PLC系统具有功能较强的自诊断软件，可以很快查出系统内部的故障，且PLC的模块都是插件，更换相当方便，在检修系统中的任一个分站时不会影响其他部分的运行。

4　应用效果

　　计算机自动控制系统投用8年以来一直稳定运行，效果明显。
　　①大大提高了出厂水质。自控系统对稳定水质起到了关键的作用，出厂水浊度一直稳定 在0.3NTU以下，余氯值也非常稳定，达到了欧共体标准。由于自来水水质优良，顺德市城区居民的肠道传染病的发病率大大下降。
　　②节约了能耗，降低了药耗。与原来的老水厂相比，综合电耗由0.298(kW·h)/m³下降到0.228(kW·h)/m³，平均矾耗由原来的0.035kg/m³降到现在的0.025kg/m³(7%的液体硫酸铝)。
　　③提高了劳动生产率。每班只需要3个人即可完成整个水厂的生产运行操作，生产管理和设备维修人员一共仅为35人。与传统的水厂相比，大大节约了人力资源。
　　④提高了企业的现代化管理水平。生产信息的传送速度大大加快，将企业的管理水平提高了一个档次。

　　电　　话：(0765)7756492×808
　　收稿日期：2002-05-21