摘要: 石湾水厂是佛山市供水总公司下属的两个水厂之一。介绍了该水厂自控系统的组成、工艺操作模式及其运行结果。 介绍了组态王与PLC结合在城市自来水自动化控制系统中的功能实现,组态王web功能的应用消除了水厂生产过程自动化信息孤岛现象.

    城市供水工程是保证居民日常生活用水、各行政企事业等单位用水的最基本的市政工程。随着社会不断向工业化方向发展，特别是我国改革开放以来，城市规模日益扩大，居民人口迅速增长。另一方面水源却更加紧张，水污染日趋严重。当今城市供水设施的建设或改造，着眼于长期规划，能够有效利用现代科学技术的成果，采用先进的水处理、自动化控制、通信等技术，保护有限的水资源，跟上城市不断发展的步伐，满足城市日常用水数量和质量的要求。

    石湾水厂是佛山市供水总公司下属的两个水厂之一，自1964年投产以来，现已形成三套相对独立的供水系统，日供水能力达到45万立方米，担负着佛山市的供水重任。该厂曾于1991年建立了集中式遥测系统，但由于当时条件所限，该系统硬件功能不强、软件开发手段落后，系统维护困难，急需进行自动化系统的改造。

     1、系统方案

    根据石湾水厂生产环节多，设备分散的特点，系统的设计采用了“以局域网为基础、以工控组态软件为集成平台、以WEB访问为信息扩展”的系统解决方案。整个监测系统依据生产工艺流程，从地域上划分为五大部分:调度室、一车间、二车间、三车间和WEB访问用户。如图1所示，每个车间配置三套组态王软件，负责一泵站、二泵站和净水控制室三个相对独立的工艺过程。由于整个监控系统各个数据采集站的硬件相对独立、可单独运行，所以整个监控系统的设计采用模块化、结构化设计，即易于联调、又方便系统扩展维护。

    2、自控系统构成

    石湾水厂三车间平面图如图2所示，此系统包括全厂中控室及取水泵房、加矾加氨加氯、回收泵房与反应沉淀池、V型滤池和送水泵房等5个 PLC子站，考虑到系统尽可能分散的原则，在滤池单池设有PLC控制台。各PLC站均由一块电源模块，一块CPU模块，一块通讯模块以及若干块输入输出(I/O)模块组成。各PLC站之间以工业以太网通讯，各PLC站与中控室之间采用Ethernet通讯。

   

    按照系统实现功能石湾水厂三车间自动控制系统由投矾、投氨、投氯、水质监测和控制子系统组成。中控室由2台分别用于生产管理与监控的Pentium III 计算机及2台彩色打印机组成。计算机采用Windows NT操作系统，均配备有遵循以太网通讯协议的3COM通讯网卡，实时采集生产数据，形成分布式工业控制网。其中监控计算机采用亚控公司的组态王监控软件，可显示包括涉及PLC控制的机电、加矾加氯设备与滤池等在内的模拟画面，可对系统的所有设备进行远程操作和控制，并具备显示工艺布置图、实时动态参数、设备的工作状态及实时/历史报警信号、在线仪表的实时/历史趋势曲线、电机运行时间等功能，同时可进行离线/在线编程及设定参数的修改，编制和打印生产与管理报表。管理计算机可以通过以太网采集现场数据，形成数据存储，包括事件记录，用于以后的分析及故障追踪。

    1、滤池监控系统：该系统主要监控10格V型滤池的过滤、反冲洗过程及相关参数。每格滤池均装有一个水位计和一个差压计，用来检测滤池的液位和滤池的阻塞情况。滤池的清水阀为无级可调比例阀 (开启度为0～100%)，根据滤池的液位、阻塞值(即水头损失值)、清水阀现有开度的反馈信号通过PLC系统自动调整阀门的开度，从而确保滤池恒水位过滤。滤池反冲洗的控制方式有3 种：①强制反冲；②根据阻塞值PLC系统自动反冲；③根据过滤时间PLC系统自动反冲。优先原则是：第①种方式最为优先，第②种方式次之，最后为第③种。滤池总体监控图如图3所示。

  

    滤池的操作方式有3种：①单池PLC控制台操作，每格滤池单独设有PLC控制台，每个控制台装有5个阀门(进水阀、清水阀、水冲阀、气冲阀、排污阀)控制按键与1个显示面板，可显示5个阀门、2台鼓风机、2台冲洗泵、故障信号以及滤池水位、阻塞值等参数；②V型滤池PLC站XBT操作；③中控室监控计算机操作。中控室操作画面如图4所示。

   

    2、排泥车监控：对排泥阀、真空泵、行程开关以及电机等进行控制，监视水泵和车的报警状态信息，排泥车可以设置手动和自动方式，并设置了对行车的各种参数进行设置。

   

    每台排泥车配置一台微型PLC 控制器，控制器安装于排泥车上，对排泥车的行走、定位、真空泵、电磁阀等实施自动控制，减少滑导线的数量。由于沉淀池内淤泥沉积的厚度不同，排泥车的行程将分成三段，对不同的行程区域，PLC控制将以浊度、流量、时间为参数，根据反时限原理，自动计算安排不同的排泥工作周期和排泥次数。

    3、投矾子系统：该系统采用米顿罗计量泵，其投加量根据抽水量按比例投加，同时根据反应池反应效果和沉淀池出水浊度对计量泵的冲程开度进行手动微调。系统监控图如图6所示。

    

    在自来水行业，加矾自动控制系统是复杂和关键的环节。以流动电流SCD为主参数形成负反馈控制的内环，以出水蚀度信号为目标值形成负反馈控制的外环，以源水流量及源水浊度值为参考值形成前馈控制模型，全系统中心控制器采用PID和智能模糊控制算法，消除大惯性系统的不利因素。保证清水浊度标准。本系统采用双回路投矾系统，互为备用，当某一路发生故障比如：矾池液位下限；搅拌系统故障；计量泵故障；阀门故障；脉动缓冲器故障；管路故障；需要检修等情况时，均能自动切换到另一路投矾系统。确保不间断投加，保证供水质量。矾液提升机和搅拌机：根据液位和时间启停。

    4、投氯子系统：该系统根据源水流量计的读数按比例自动投加，由氯瓶、电动球阀、压力开关、切换控制装置、真空调器、加氯机、水射器及相应管道组成，两组氯瓶町互相切换，做到无间断投氯。水质监测系统包括各种水质监测仪表，负责对源水、待滤水、出厂水水质进行检测，为自动投加系统提供水质状况反馈，为控制系统提供大量数据参数。系统监控图如图7所示。

    5、投氨子系统：该系统根据投氯量按比例投加，采用的压力式投加系统为佛山市供水总公司首次使用，避免了旧投氨系统水射器投加孔经常堵塞以至影响出厂水余氯的现象。投氨子系统由氨瓶、氨切换装置、减压阀、加氨机及相应管道组成，两组氨瓶可相互切换，从而实现无间断投氨。监控系统图如图8所示。

   

    自动加氨系统以PH值、压力、温度、离子浓度、信号运算输出后经变频调节控制计量泵电机转数，以控制加药频率，其中PH值为主闭环信号，离子浓度和温度压力为补偿加药信号；流量信号经变送输出后，经行程调节器控制计量泵冲程以控制加药量；采取除盐水供水管的瞬时PH值进行调节，时刻保证了除盐水供出的供水PH值稳定在规定范围内，避免了滞后和失调。

    6、系统数据功能：除了对以上自系统的数据监控和工艺流程控制功能以外，系统还具备以下特点：使用清晰准确的生产画面描述生产现场的操作状态和数据；监控和记录所有的报警信息；显示实时趋势曲线和历史趋势曲线；存储和查询历史数据；利用WEB技术发布实时生产信息，通过公司的局域网供其他授权用户访问。

    本系统于2002年1月在石湾水厂生产监控系统正式投入运行，系统运行稳定可靠。由于监控系统对整个生产过程都进行了实时连续监控，值班管理人员通过监视器就能了解生产运行情况，出现事故可以及时处理，便于安排运行，检修计划，提高劳动生产率，达到了节能降耗、提高水质，为合理调度提供了决策依据。组态王作为监控软件，实现了系统得数据监控、数据统计、报警提示（包括声音报警）、历史数据存储并方便生成报表进行输出或打印，并且实现了系统安全管理功能，保证了监控系统的安全运行。组态王具有方便的web发布技术，在石湾水厂得到了完美的应用，实现了生产信息与管理信息的动态连接，为消除水厂生产过程自动化信息孤岛现象起到了典范的作用。