提要: 株洲市第四水廠于1999年12月建成通水，是湖南省率先實現全自動化控制運行的水廠之一。介紹了該水廠自控系統的組成、工藝操作模式及其運行結果。
　　關鍵詞: 自控系統 組成 工藝操作模式 PLC 運行
　　1 水廠概況
　　株洲市第四水廠是為解決河西高新區和市中心區的供水緊張狀況于1996年10月破土興建的，1999年12月建成通水，第一期規模為10萬m3/d，自動化控制系統的設計與安裝由法國得利滿公司和株洲市自來水公司共同完成。
　　第四水廠采用圖1所示的工藝流程，圖1中表示了檢測控制儀表的安裝位置，水廠實現了全自動控制和系統主要參數在線檢測；同時為節約水資源，保護水體不受污染，對濾池反沖洗水進行回收；還擬在二期工程中對污泥進行濃縮處理(虛線部分)。

　　圖1 工藝流程

　　2 控制系統的組成
　　全廠設中控室及取水泵房、加礬加氯、回收泵房與反應沉淀池、V型濾池和送水泵房等5個 PLC子站，考慮到系統盡可能分散的原則，在濾池單池設有PLC控制臺，具體見圖2。
　　各PLC站均由一塊電源模塊，一塊CPU模塊，一塊通訊模塊以及若干塊輸入輸出(I/O)模塊組成。關于I/O模塊的數量確定，首先繪制全廠的PID圖，統計出各PLC站實際所需I/O點數，在考慮各PLC站適量的I/O點預留后，確定I/O模塊數量。各PLC站之間以FIPWAY通訊聯絡，各PL C站與中控室之間采用ETHERWAY通訊聯絡。

　　圖2 全廠計算機監控系統網絡結構

　　中控室由2臺分別用于生產管理與監控的Pentium II 400計算機及2臺Epson彩色打印機組成。計算機采用Windows NT操作系統，均配備有遵循ETHERWAY通訊協議的3COM通訊網卡，實時采集生產數據，形成ETHERWAY PLC工控網。其中監控計算機采用美國Wonderware公司的INTOUCH監控軟件，可顯示14個包括涉及PLC控制的機電、加礬加氯設備與濾池等在內的模擬畫面，可對系統的所有設備進行遠程操作和控制，并具備顯示工藝布置圖、實時動態參數、設備的工作狀態及實時/歷史報警信號、在線儀表的實時/歷史趨勢曲線、馬達運行時間等功能，同時可進行離線/在線編程及設定參數的修改，編制和打印生產與管理報表。管理計算機采用Excel軟件，用于采集與存儲監控計算機檢測的主要生產數據，以便用于管理。
　　3 控制原則
　　(1)依據PLC I/O模塊，涉及PLC自控的設備，均可通過在機旁控制箱手/自動轉換開關、在PLC站操作面板XBT上Local/Remote設置來實現機旁控制箱、PLC站XBT、中控室監控計算機三地控制。
　　(2)PLC站XBT上均能夠顯示與設置該站現場操作所涉及到的所有自控設備、儀表等運行參數及上下限報警值，同時這些參數均可通過網絡線傳輸到中控室監控計算機，由它來進行控制。
　　(3)每個PLC站均設置2個復位按鈕(警鈴復位、故障復位)、1個警鈴、1個故障指示燈。任何自控設備故障由該PLC站的警鈴、故障指示燈報警。在故障解除后，方可通過PLC站XBT、中控室監控計算機復位，若未復位故障報警，該設備不能運行。??
　　4 工藝操作模式
　　4.1 取水泵房PLC站
　　該PLC站主要監控3臺ITT Flygt公司CP3351??935型潛水泵(Q＝600～800L/s、H＝45～38m)機組的運行工況及相關的參數，同時在取水泵房吸水井中裝有水位計，通過PLC可隨時顯示湘江水位狀況。
　　取水泵房在全自控的模式下，機組開/停由清水池水位情況、送水泵的運行情況、用水高峰時段以及送水管網壓力等因素決定。具體來說，清水池水位設定有4個控制值：超低水位1 .0m、低水位1.6m、高水位3.6m、超高水位4.1m。通常只要求1臺取水泵運行，但在以下情況下要求有2臺取水泵運行：①當清水池實際水位低于低水位設定值時，開2臺取水泵；② 當清水池實際水位低于高水位設定值時，而且送水泵房1臺32SA??19A型水泵(??Q ＝1380L/s、??H＝26m)或2臺24SA??18F型水泵(??Q＝830L/s、H＝26.6m)運行，或者此時正處于高峰用水時段(11∶00～14∶00、17∶00～22∶00)，或者送水管網壓力低于0.2 5MPa時，均開2臺泵。當2臺水泵運行，清水池水位達到超高水位值時，停掉其中1臺，保持1 臺取水泵工作。
　　水泵機組只能在沒有配電線路故障、機組設備完好、出水電動閥門完好并且處于關到位的狀態、湘江水位高于枯水位27.93m時，才可依據程序自動開啟。在程序設計上還考慮了下列因素：①在自動控制狀態下，取水泵不能同時開/停2臺，只能在第1臺開/停整個過程完成后，方可開/停第2臺，同時第一期工程取水泵最多只可運行2臺；②在自動控制狀態下，取水泵依據程序定期輪換運行，以確保每臺泵運行時間基本相同；③ 考慮到潛水泵的運行特性，當湘江水位較高(≥38m)，此時取水泵工作揚程低、流量大、軸功率大。為防止其過載，因而對機組出水電動閥門開啟度(0～100%)采取了可根據湘江水位變化自動調節的方式加以程序控制，并在中控室監控計算機界面上保留人工臨時設置開度的功能。
　　4.2 加礬加氯PLC站
　　從取水泵房過來的原水進入位于凈水廠的流量計表井，在此通過在線儀表檢測原水的流量、濁度、pH值、溫度等，并將其轉換成4～20mA DC信號輸入PLC系統為加礬加氯系統提供控制參數。
　　加礬系統采用2套Milton Roy計量泵(配三菱變頻調速器)投加，變頻器運行頻率由流量信號控制，控制流量為取水流量與回收流量之和，計量泵行程由流動電流儀(SCD)值控制。2 套計量泵1用1備，當正在使用的計量泵出現故障，PLC系統會自動切換。2套投礬系統的礬液取自3個貯礬池，每個貯礬池均裝有液位計，可隨時檢測礬液高度，同時通過裝在貯礬池的攪拌機定時攪拌，可防止藥液沉淀影響濃度。3個貯礬池出礬管線上均裝有電動球閥，通過手/自動轉換開關，可選擇機旁控制箱操作或中控室監控計算機人工操作，也可根據3個貯礬池液位PLC系統自動選擇，切換工作池。
　　加氯系統采用真空加氯機，兩點投加，濾前濾后各2臺，均為WT公司產品，1用1備，備用方式同加礬系統。濾前按比例流量投加，濾后采用流量與余氯信號雙因子控制投加。加氯機所需的流量信號由PLC系統輸入，余氯信號由余氯分析儀在線檢測。濾前加氯機投加的控制流量取自取水流量與回收流量之和，再減去反應沉淀池排泥用水量。濾后加氯機的控制流量為濾前加氯機的控制流量減去濾池反沖用水量。氯庫裝有電子秤和自動切換單元，同時裝有泄漏報警儀，通過檢測泄漏報警信號經PLC系統可自動啟動氯氣回收裝置，并且PLC系統會自動關閉所有加氯系統等待故障處理。
　　4.3 回收泵房與反應沉淀池PLC站
　　此PLC站主要監控反應沉淀池56個氣動排泥閥、2臺排泥桁架以及回收泵房2臺回收泵、2臺排泥泵的運行及相關參數。氣動排泥閥與排泥桁架的運行周期一般采取在中控室或PLC站XBT 上根據原水濁度所設定的時間來自動運行，也可根據需要臨時修改設定時間人為強制運行。
　　回收泵房裝有回收泵、排泥泵各2臺，均為1用1備，且回收泵與排泥泵也不在同一時段運行。回收泵開/停由回收水池水位自動控制，當水位達3.3m時自動開泵，低于1.1m時自動停泵。排泥泵的運行周期是根據所設定的時間自動控制的，但開啟排泥泵必須滿足回收水池水位不低于3.0m的條件。
　　4.4 V型濾池PLC站
　　該PLC站主要監控8格V型濾池的過濾、反沖洗過程及相關參數。每格濾池均裝有一個水位計和一個差壓計，用來檢測濾池的液位和濾池的阻塞情況。濾池的清水閥為無級可調比例閥 (開啟度為0～100%)，根據濾池的液位、阻塞值(即水頭損失值)、清水閥現有開度的反饋信號通過PLC系統自動調整閥門的開度，從而確保濾池恒水位過濾。濾池反沖洗的控制方式有3 種：①強制反沖；②根據阻塞值PLC系統自動反沖；③根據過濾時間PLC系統自動反沖。優先原則是：第①種方式最為優先，第②種方式次之，最后為第③種。
　　濾池的操作方式有3種：①單池PLC控制臺操作，每格濾池單獨設有PLC控制臺，每個控制臺裝有5個閥門(進水閥、清水閥、水沖閥、氣沖閥、排污閥)控制按鍵與1個顯示面板，可顯示5個閥門、3臺鼓風機、3臺沖洗泵、2臺空壓機開/停、故障信號以及濾池水位、阻塞值等參數；②V型濾池PLC站XBT操作；③中控室監控計算機操作。
　　4.5 送水泵房PLC站
　　該PLC站主要監控1臺32SA19A型水泵(以下簡稱大泵)與2臺24SA18F型水泵(以下簡稱小泵)運行工況及相關的參數，同時在出廠管線上裝有壓力表、流量計、濁度計、余氯分析儀、pH計等儀器儀表，用于在線檢測出廠水的生產與衛生指標。
　　送水泵房在全自控模式下，機組開/停由管網壓力等因素決定。為便于控制，對出廠管線壓力設定有3個控制值：超低壓力0.15MPa，低壓力0.25MPa，高壓力0.35MPa。具體控制方式有3種：①當1臺小泵運行，若壓力≥0.25MPa，小泵繼續運行；若壓力在0.15～0.25 MPa之間，則可開大泵或第二臺小泵，但優先開大泵。②當1臺大泵或2臺小泵運行時，若壓力≥0.35MPa，則停大泵開1臺小泵或停1臺小泵；若壓力在0.15～0.35MPa之間，大泵或2 臺小泵繼續運行。③當管網壓力≤0.15MPa時，PLC系統會自動停下所有送水泵，認為管網出現故障(如爆管等)，等待故障處理。此外，送水泵自動運行必須要求配電系統、機組設備等性能完好，且吸水井達到一定水位才能正常實現。
　　4.6 中控室計算機監控系統
　　中控室監控計算機采用Windows NT操作系統，與各PLC站之間通過ETHERWAY通訊聯絡實現資源共享，各PLC站之間通過FIPWAY通訊聯絡除了對本站設備進行操作顯示外，還可了解其他站的情況。所用監控軟件為INTOUCH，該軟件人機界面好，能根據需要進行動畫鏈接，比較直觀。中控室監控計算機設有取水泵房、加礬間、加氯間、反應沉淀池、回收泵房、V型濾池、公共沖洗泵房、送水泵房、自動化總覽、10kV一次系統、660V一次系統、低壓系統等窗口。另外INTOUCH軟件還具有實時、歷史趨勢功能，能夠了解生產參數的動態情況，便于生產調度管理。此外在中控室設有打印機，用于實時報警打印及生產報表打印。
　　5 運行結果
　　水廠運行已8個月，取水泵房、回收泵房、送水泵房水泵機組能完全按程序自動開/停；V 型濾池的各項控制指標均能達到德利滿公司的技術要求，據廠化驗室對V型濾池的功能檢測，當濾池進水濁度在10NTU以下時，可保證濾后水濁度在0.7NTU以下，同時反沖洗配水、配氣均勻；加礬、加氯系統能在不同水質、水量情況下正常工作，實現自動化控制，出廠水濁度、余氯等衛生指標均能按要求控制在0.2～0.5NTU、0.5～0.8mg/L之間。整個自控系統運行良好，實現全廠工藝自動化，車間無人值守，保證了優質、低耗、安全供水。此外由于自控系統的安裝調試是在德利滿公司指導下，由水廠的工程技術人員自行完成，通過該工程建設，為水廠培養與鍛煉了一大批技術與管理人員，為水廠投產后的運行、維護與管理積累了經驗。