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（北京和利時系統工程股份有限公司，北京 100096）  王德文
（山東省引黃濟青工程棘洪灘水庫管理處，山東 青島 266111）  于  軍
（山東省引黃濟青工程棘洪灘水庫配套水廠，山東 青島 266111）  肖茂亮

王德文

男，工程師，現就職于北京和利時系統工程股份有限公司PLC事業部。

1  水廠簡介

    山東省引黃濟青工程棘洪灘水庫配套水廠是山東省引黃濟青工程管理局青島分局2004年度“211”重點工程之一，是為進一步促進棘洪灘水庫周邊城鎮經濟發展而建設的重點項目。該水廠設計規模為日供水量4萬立方，其主要建筑物有：一級泵房、斜管沉淀池（緩建）、V型濾池、清水池、二級泵房及加藥加氯間等，水處理工藝較先進。

2  水廠自動化控制系統組成

    該水廠自動化監控系統為監控中心與HOLLiAS-PLC構成的集散型工業以太網實時網絡控制系統，其中監控中心由一個工程師站、兩個操作員站組成，兩個操作員站同時又作為一主一從服務器用來存儲實時運行數據；PLC系統由三個PLC主控制站、八個子PLC控制站及一個遠程I/O站等單元組成，其中，三個PLC主控制站與監控中心之間由光纖環網交換機組成環網，以提高網絡可靠性，各控制站與其子站間由PROFIBUS DP現場總線組成現場總線控制系統。水廠自控系統網絡圖如圖1所示。

3  水廠自動化控制系統實現的功能

    該水廠設計采用三種控制方式，即監控中心遠程控制、現場PLC控制、設備現場手動控制等，其優先級別分別為：現場手動控制最高，其次為現場PLC控制，最低為監控中心遠程控制。各自動控制單元實現的功能分別是：

圖1  水廠自控系統網絡圖

    3.1  一級泵房控制站（2#RI/O）

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BP02 CPU模塊，是加氯加藥控制站的DP從站，主要實現的功能有：采集取水電動機、電動蝶閥及現場儀表的狀態信號及數據信號并對以上設備發送控制信號，通過預裝PID調節程序自動調節電動機運行頻率和電動調節蝶閥的開度。 

    3.2  加藥加氯間PLC（1#PLC）站

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BT02 CPU模塊，是一級泵房控制站的DP主站，主要實現的功能有：采集現場設備和儀表的狀態信號和數據信號，并對其發送控制信號，通過自動控制程序實現加氯和加藥設備的自動運行控制：根據原水流量自動控制加礬量和前加氯量；根據濾后水余氯反饋信號控制后加氯投加量。

    3.3  濾池主站（3#PLC0）

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BT02 CPU模塊，是V型濾池的控制主站，主要實現的功能有：作為主控制器與三個子控制站聯系，監控6個濾池及反沖洗系統設備的運行狀態，控制根據該水廠實際供水情況，自動實現濾池的恒水位過濾（正常工作狀態），并實現對濾池的自動、定時或強制反沖洗三種控制方式。 

    3.4  1#～6#濾格（3#PLC1～3#PLC3）從站

    采用HOLLiAS-PLC FM115-6BL21 CPU模塊，是V型濾池的控制從站，主要實現的功能有：根據該水廠生產的實際情況，進行濾池的恒水位過濾（正常工作狀態），并可實現濾池的自動、定時或強制反沖洗控制；根據濾池水位，通過預裝PID調節程序調節清水閥的開啟度，實現濾池恒水位過濾；根據濾池水頭損失和過濾周期，與設定值相比較，達到沖洗條件時向3#PLC0發出“請求沖洗”信號，得到允許后，自動完成本格濾池的反沖洗。

    3.5  二級泵房（4#PLC）站

    采用HOLLiAS-PLC FM214-2BT02 CPU模塊，是二級泵房控制主站，與五個子控制站組成現場控制系統，主要實現的功能有：采集現場設備和儀表的運行狀態和數據信號，并根據用戶實際的用水情況，通過預裝PID調節程序自動調節電動機運行頻率，達到恒壓供水的目的；根據出水總管實際壓力自動開啟或關閉水泵運行臺數，并通過預裝PID調節程序調節2#或3#電機變頻器的運行頻率，達到恒壓供水的目的。

    3.6  監控中心

    該水廠計算機監控系統采用SmartPro3.1.2系統，該系統提供了友好的人機界面，具備如下功能：

    (1)  實現了工藝流程監控

    該系統實現了水廠整體工藝流程、各主要工藝設備運行狀態、過程控制及各生產環節生產數據的實時采集與顯示，主要畫面有：全廠工藝流程圖、一級泵房工藝流程圖、濾池工藝流程圖、二級泵房工藝流程圖、加藥加氯間工藝流程圖及在線儀表實時參數顯示表、生產數據歷史趨勢圖等。實現的工藝生產設備監控功能有：所有被監控制設備的運行狀態、啟停控制、設備與設備之間的連鎖控制、工藝參數的PID設定以控制設備開啟度，以及設備溫度、電流、壓力、液位、流量等參數的顯示、報警、記錄、趨勢以及累積量計算等。

    報表打印所有受控設備的工作情況、工作狀態，儀表測點設備的溫度、流量、壓力、液位等參數的定時記錄打印，以及各種管理報表、班報表、日報表。

    (2)  系統的安全管理

    對重要設備的操作、重要參數的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設備進行的操作、時間以及修改前的參數值、修改后的參數等，以利于進行管理及事故分析。

    另外，系統設置為多用戶、多區域方式，各類用戶均有自己的用戶名和密碼，對應著不同的安全級別，決定了操作員可觀察的范圍、可使用的功能、可修改的參數等。最多可以設置為8級用戶、8級區域。

4  該套水廠自動控制系統的主要特點

    (1)  實現全過程自動調節

    該水廠自動調節由預設PID程序控制，主要調節點是：

    ?  利用折板反應池預設水位自動調節進水管道電動調節碟閥開啟度，以保證按需取水；

    ?  利用預設清水池安全運行水位自動調節濾池投入運行個數，當清水池水位較低時逐個增加濾池投入個數，當清水池水位較高時，逐個減少濾池投入個數；

    ?  利用進水量大小并結合濾池水位設定值自動調節清水閥門開啟度，實現按需制水；

    ?  利用預設供水壓力自動調節水泵電機運行頻率，達到按需供水；

    ?  根據進水流量自動調節加PAC計量泵運行頻率、一次加氯投加量，利用SCD儀所測量加PAC后水中游動離子含量自動調節計量泵沖程，達到自動投加PAC；利用濾后水余氯含量自動調節二次加氯投加量，以保證出廠水含有一定的余氯，殺除出廠水管道中的細菌防止二次污染等。

    (2)  系統網絡冗余性強

    該水廠自控系統主網絡采用了光纖環網。中央控制室、加氯加藥控制站（1#PLC）、濾池控制站（3#PLC）、出水泵房控制站（4#PLC）組成了環形的光纖網絡，這樣保證了一旦在環形網絡的任意點意外斷開的情況下，不會影響系統通訊功能，同時又實現了對電氣信號的隔離，避免了雷電信號、浪涌信號在網絡間的傳輸。

    (3)  系統性價比高

    該系統所采用的HOLLiAS-PLC系統設備性能穩定可靠、擴展性強、通訊協議開放、具有較高的性能價格比；所采用軟件人機界面友好、實時性強、監控性能優越、執行時間快捷。

5  運行效果

    該系統自2005年8月下旬投入試運行以來，設備運行穩定可靠，其投用率一直保持在98%以上，實現了水廠的全自動化運行，達到了設計要求，同時也保證了供水質量（出廠水濁度始終保持在0.2-0.5NTU之間，符合城鎮居民生活飲用水新國家標準，出水壓力可根據管網實際情況隨時變頻調節）。由于該水廠自動化控制水平較高，這對管理運行人員提出了較高要求，要求運行人員業務素質較高，所掌握的知識面廣、專業跨度大，尤其是計算機、自動化知識要扎實，但同時也減少了運行人員的數量（全廠運行人員共12人，比常規水廠運行人員數大大減少），經濟效益可觀。

    其他作者：于軍，高級工程師，現就職于山東省引黃濟青工程棘洪灘水庫管理處；肖茂亮，高級工程師，現就職于山東省引黃濟青工程棘洪灘水庫配套水廠。