米铺水厂的控制系统

蔡文宁¹，孙业刚²，黄家中³
（1.海口市米铺水厂，海南 海口 570203；2.保定市市政公用工程建设监理有限公司，河北 保定071051；3.渤海石油建筑工程公司，天津 300458）

　　摘要：对地面水厂采用一般处理工艺的自控系统设计作了详尽介绍，并对原设计的不足及运行后出现的问题谈了办法。
　　关键词：地面水厂；常规处理；自控系统
　　中图分类号：tu991.35
　　文献标识码：c
　　文章编号：1000-4602(2000)06-0051-03

　　海口市自来水公司米铺水厂是公司唯一的一座地面水厂，担负着向海口中心地区供水的重要任务。二期扩建工程利用德国政府贷款，进口全套水处理工艺、设备。二期扩建后，米铺水厂的供水能力从一期的7.5×10⁴ m³/d提高到24×10⁴m³/d，大大改善了海口市的供水状况。水厂工艺流程如下：

　　1 控制系统组成原理

　　主控制器为西门子S5系列可编程控制器，其原理见图2。

　　根据工艺设计选择的要求，米铺水厂采用了比较流行的PLC+PC控制系统，将水处理中全部工艺参数由采样处理到调节过程全由微机实现三级监控，即：现场设备手动控制、各站PLC独立控制、中央控制室集中监控，由此构成了先进可靠的集中监视、分散控制系统。采用集散型控制系统，能使控制功能和任务分散，分散出现故障的危险性，提高系统的可靠性。全厂控制系统由泵站控制中心MCC1、滤站控制中心MCC2、加药加氯控制中心MCC3、中控室、模拟屏PLC4组成。

　　1.1 加药、加氯控制中心(MCC3)

　　从龙塘水源厂过来的源水进入流量分配井，在此通过在线仪表检测源水的浊度、pH值、温度、余氯、流量、PAC投加量等，其中源水浊度、源水流量、PAC投加流量作为加药控制的重要参数，在线仪表将其转换为PLC可识别的4～20 mADC信号，并调用专用PID控制功能块对变频加药泵进行控制。由于源水基本没受到污染，水质符合《地面水卫生标准》，只有在台风或暴雨季节出现浊度偏高的现象，因此在控制程序设计时选用根据浊度投加的方法。程序能够根据源水的浊度选取不同的投率，分为浊度＜10 NTU、10～50 NTU、＞50 NTU三档，经过一段时间的运行证明，此控制能够满足工艺要求，沉后水浊度为5 NTU左右。此外为了保证系统的可靠灵活以适应不同的情况(如浊度偏大偏小，或药液浓度改变等)，专门在中控室PC机上设计了一窗口，用来改变投加率，在保证工艺要求的前提下，起到节能降耗的目的。另外，加药车间贮药池装有液位计，可随时了解药池情况，每个药池装有搅拌器，定时自动搅拌，以防止药液沉淀影响浓度。
　　加氯系统采用真空加氯机，由于加氯机本身为一个控制器，只需送入所需的流量和余氯信号，再通过相关的参数设置，加氯机即可自动投加。加氯机所需的流量信号由PLC送来，余氯信号由余氯分析仪在线检测。考虑到源水加氯主要消除藻类等，对出厂水余氯影响不大，所以采用比例投加；后加氯对出厂水余氯影响比较大，所以采用复合环控制以稳定出厂水余氯。加氯车间还可检测到氯瓶组重量、氯库泄漏及其吸收等信号。
　　1.2 滤站控制中心(MCC2)
　　滤站控制中心根据工艺要求控制12格普通快滤池的过滤、反冲过程及相关的参数。每个滤池都装有一超声波液位计，用于检测滤池水位。滤池出水阀为一0～100%无级可调比例阀，由4～20 mADC控制PLC程序，根据液位、阀门的开度信号控制阀门开度，从而保持滤池水位恒定在80%。如果水位为100%，同时阀门开度为100%，PLC即判断为反冲条件，从而调用相应的反冲程序。反冲方式有三种：①水头损失，②定时，③强制放冲。滤池的操作方式有三种：①就地控制柜操作，设于每个池旁，每个柜装有5个阀门控制按(旋)钮及LED显示的开/关、故障信号；2台鼓风机、3台反冲泵开/停、故障信号及水池水位、风机压力、流量、反冲水压力、流量、空压机压力等信号较为直观，易于操作。②滤池控制室控制，由OP37通过画面显示每个池及相关设备的信号、参数以及操作。③中控室控制，由于每个池控制所涉及的开关量较多，而现场距滤池控制室较远，因而12格池的开关及量信号由PLC扩展模块与PLC通讯，从而节省了大批量电缆，简化了系统。另外，滤池控制程序为模块化结构，过滤、反冲等每一步骤只需调用相应的功能块并赋于相应的参数即可。
　　1.3 泵站控制中心(MCC1)
　　泵站控制中心主要监控6台高压电机、水泵的运行工况以及相关的参数。泵站的控制原理主要根据二路出水管压力，同时根据吸水井水位、相关的电机桂、管道上的阀门情况相结合来开停电机。此外，每台泵都装有压力、流量传感器，二路出水管装有余氯分析仪、压力、浊度、流量传感器以检测水厂的生产和卫生指标。泵站的操作也由三级组成：①机旁操作箱控制；②泵站控制箱控制；③中控室控制。
　　中控室各站的现场数据通过PLC的通讯模块及RS485与2部PC机组成一个L2-Pro 总线网络，同时2部PC通过网卡联机，实现资源共享。各站的OP37除了对该站设备进行操作显示外，还可了解其他站的情况。所用的监控软件为INTOUCH，通过DDE(动态数据交换)与L2-Pro总线进行数据交换。INTOUCH软件人机界面好，能够根据需要进行动画链接，生动、直观。主要窗口有：①进水窗口，②加药车间窗口，③加氯车间窗口，④滤站窗口，⑤泵站窗口，⑥高压配电柜窗口，⑦实时报警窗口。每一窗口显示相关的生产工艺参数，并能进行相关设备的操作。中控室的一部打印机用于实时故障打印，一部用于画面打印。另外INTOUCH还具有实时、历史趋势功能，能够了解生产参数的动态情况。中控室还配有一大型马赛克模拟屏，由PLC4驱动，用于显示整个水厂主要设备的运行状态(手动/自动/开/停/故障等)及主要工艺参数，使人一目了然，便于生产调度管理。

　　2 几点看法

　　① 采用分散控制和集中监视的控制方式，各站之间独立操作，包括采用了手动/自动的控制方式，能够消除相互之间的影响。
　　② 如何对自动化设备的维护和保养自然是一件重要的任务，在使用过程中我们遇到以下一些问题：
　　a.PLC模块和仪表损坏。分析原因，主要有电压偏高、过电压、或安装时没有按照要求正确接地。
　　b.设备误动作。如滤池误反冲，电机误跳闸，余氯，浊度超标报警等，分析原因一般为仪表故障所致。仪表作为自动控制的“眼睛”，必须按要求定期清洗、校验，才能保证系统的正常运行。
　　c.常因外线路故障而造成停电，恢复送电时出现设备的误动作情况。原因为主机判断失误所致，没有严格按照先外而后的顺序操作；许多仪表刚送电时都有一个自检过程，此其间会送出不正确的信号，从而引起主机判断失误，或引起PLC诸如超时等故障，造成系统死机瘫痪。
　　d.由于二期建的接触池加氯管线较长，还有流量信号取自源水流量，造成接触池余氯变化很大。发现后，在该接触池计量堰板旁加装了流量计，结合超声波液位计算接触池流量，流量信号通过L2—BUS传输到加氯机控制器，从而稳定了接触池余氯。
e.原先设计时没有报表打印功能，为提高管理水平，利用电子表格的DDE功能，每小时记录主要设备、仪表及工艺的参数，每天打印出一份完整的生产报表，弥补了原先设计上的不足。
　　③ 要充分利用现有的PLC接口资源对已有的设备进行自动化改造，以提高整厂的自动化水平。
　　④ 由于泵站选用6台定速电机，还有受到源水、城市管网等因素影响，泵站的自动化运行还需进一步优化。

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收稿日期：2000-02-21