曹林霞，胡　萍，陳　勇（新疆怡林實(shí)業(yè)股份有限公司，新疆　烏魯木齊　830063）

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城市供水自動化檢測系統(tǒng)在甘河子水廠的應(yīng)用

曹林霞，胡萍*，陳勇
（新疆怡林實(shí)業(yè)股份有限公司，新疆烏魯木齊830063）

摘要：本文介紹了甘河子水廠計算機(jī)自動控制系統(tǒng)的設(shè)計、系統(tǒng)組成與使用，水廠計算機(jī)自動控制系統(tǒng)作為保證安全、連續(xù)、優(yōu)質(zhì)供水的措施，其應(yīng)用前景非常廣闊。

關(guān)鍵詞：恒壓供水；PLC控制；光纖環(huán)網(wǎng)；供水企業(yè)自動化；動態(tài)監(jiān)測；系統(tǒng)調(diào)試

供水工程是一個關(guān)系國計民生的重要產(chǎn)業(yè)，隨著我國改善人民生活條件、提高勞動生產(chǎn)力水平等目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，對自來水水質(zhì)的要求也越來越高[1]。本文以甘河子飲水安全工程水廠的計算機(jī)自動控制系統(tǒng)為實(shí)例，結(jié)合凈水處理工藝的特點(diǎn)，介紹了該水廠工藝流程、工藝特點(diǎn)，并根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備及控制對象特點(diǎn)進(jìn)行了控制系統(tǒng)的開發(fā)，設(shè)計了由基礎(chǔ)自動化層和過程監(jiān)控層組成的2級計算機(jī)控制系統(tǒng)?；A(chǔ)自動化層接受過程控制系統(tǒng)的各種指令，完成控制功能，并把工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳送給過程控制系統(tǒng)，由過程控制系統(tǒng)完成對水處理過程的監(jiān)督、優(yōu)化控制、故障診斷、操作指導(dǎo)等，保證水廠得以最安全、最優(yōu)化的方式運(yùn)行，為甘河子的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高提供應(yīng)有的保障。

1　總體框架設(shè)計

1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計算機(jī)監(jiān)控層（水廠中心控制室）：水廠中央監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)在水廠廠區(qū)綜合辦公樓中心控制室。通過單模光纖或無線通訊方式實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控及系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)。

PLC監(jiān)控層：PLC1控制站設(shè)在機(jī)械攪拌澄清池車間，PLC3控制站設(shè)在變配電室，PLC2控制站設(shè)在濾池間室，上述3個主現(xiàn)場控制站通過有線或無線的通訊方式與設(shè)在水廠的計算機(jī)監(jiān)控層進(jìn)行通信。

1.2系統(tǒng)組成

系統(tǒng)設(shè)備由新疆怡林實(shí)業(yè)股份有限公司提供，該設(shè)備符合或者超過控制要求水平，在性能、價格比、經(jīng)久耐用和功能方面都完全滿足控制要求。

本系統(tǒng)方提供的中央控制計算機(jī)系統(tǒng)由現(xiàn)場PLC控制系統(tǒng)、儀表監(jiān)測系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)等組成，是根據(jù)以往的實(shí)踐經(jīng)驗和工程功能要求緊密結(jié)合而設(shè)計的，在可靠性、易用性等方面都完全滿足或者超過控制所要求的水平。

自控系統(tǒng)采用PLC+計算機(jī)的方式構(gòu)成，是一種典型的集散控制方式。它充分體現(xiàn)了“分散控制、集中管理、數(shù)據(jù)共享”的原則，為每道工藝、每一設(shè)備的控制提供標(biāo)準(zhǔn)的解決方案，能適應(yīng)過程控制、順序控制、連鎖控制、單體設(shè)備的步進(jìn)控制、開/關(guān)機(jī)等各種控制。

通過自動控制系統(tǒng)，監(jiān)控計算機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)或無線通訊方式與PLC控制系統(tǒng)中各主站的PLC控制器進(jìn)行通訊，把PLC采集的實(shí)時數(shù)據(jù)和受控設(shè)備的狀態(tài)信息制成各種報表、曲線、數(shù)據(jù)庫等，并提供充分方便、友好的人機(jī)界面，操作員可通過鍵盤或鼠標(biāo)下達(dá)各種調(diào)度指令和調(diào)整工藝參數(shù)，起到集中管理的作用。

2　系統(tǒng)組成與使用

2.1中央計算機(jī)系統(tǒng)

系統(tǒng)中的硬件和軟件都具有充分的可擴(kuò)展及升級能力。系統(tǒng)軟件使用基于客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）結(jié)構(gòu)開放的WindowsXP系統(tǒng)軟件。

管理軟件采用北京杰控系統(tǒng)公司組態(tài)軟件，它具有友好的圖形用戶界面，系統(tǒng)的配置組態(tài)、實(shí)時采樣、控制點(diǎn)組態(tài)、控制過程組態(tài)、流程顯示、操作畫面組態(tài)、生產(chǎn)記錄、統(tǒng)計報表組態(tài)等均為模塊化設(shè)計。系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)庫符合工業(yè)數(shù)據(jù)庫的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)真正的開放互連及分布式的數(shù)據(jù)庫管理。

2.2現(xiàn)場控制系統(tǒng)

PLC控制器作為現(xiàn)場控制站，擔(dān)負(fù)著整個供水處理的自動控制任務(wù)。供水廠自動控制系統(tǒng)是通過PLC控制器來實(shí)現(xiàn)的，PLC控制器通過采集現(xiàn)場儀表的生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)和控制設(shè)備的狀態(tài)信息，根據(jù)供水處理的工藝要求，實(shí)現(xiàn)供水處理的過程控制、順序控制、連鎖控制、設(shè)備的開機(jī)、停機(jī)等各種控制。同時PLC控制器通過現(xiàn)場儀表采集水位、流量等生產(chǎn)實(shí)時數(shù)據(jù)，主站PLC控制器對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)超過設(shè)定報警值時，發(fā)出報警信號，提醒操作人員注意。PLC控制器根據(jù)現(xiàn)場工藝的要求，自動控制現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行，完成供水廠的自動控制。

2.3現(xiàn)場控制箱（柜）人工手動控制

通常在設(shè)備處于檢修、手動工況時采用人工控制。此時，操作人員可通過現(xiàn)場控制箱（柜）上的按鈕啟/停相應(yīng)的設(shè)備。當(dāng)中心控制室監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障時，不影響供水廠各凈水構(gòu)筑物的正常運(yùn)行。各現(xiàn)場PLC站可按預(yù)先設(shè)置的運(yùn)行模式來監(jiān)控各工藝流程的運(yùn)行。當(dāng)現(xiàn)場PLC站發(fā)生故障時，可通過就地控制級上的“就地/遙控”選擇開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地手動操作。

2.4儀表監(jiān)測系統(tǒng)

在各生產(chǎn)工藝段配置相應(yīng)的檢測儀表，與PLC結(jié)合為工藝生產(chǎn)運(yùn)行服務(wù)，自動控制相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行和故障檢測、報警。水廠自控系統(tǒng)工程儀表系統(tǒng)選型設(shè)計完全按照現(xiàn)場工藝設(shè)計要求，儀表系統(tǒng)的配置服務(wù)于工藝要求，與自控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)全廠的監(jiān)控管理功能。

2.5防雷系統(tǒng)

由于本工程中采用了電子設(shè)備，因而一旦遭受雷擊，必將造成不可估量的損失。為了保證各系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保障有關(guān)人員的人身安全，建立完善的、符合國家標(biāo)準(zhǔn)的接地及防雷保護(hù)系統(tǒng)是非常必要的。系統(tǒng)防雷由電源防雷器、儀表信號防雷器等防雷裝置組成。

3　系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

供水處理廠自控系統(tǒng)工程主要需完成以下功能：（1）對供水處理工藝各個部分的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；（2）對主體工藝流程的各個部分物位進(jìn)行在線檢測；（3）協(xié)調(diào)各部分設(shè)備的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)全過程的自動控制，滿足工藝要求；（4）設(shè)置中心控制室，使操作人員在控制室就能對遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；（5）設(shè)置動態(tài)顯示全廠工藝流程和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時運(yùn)行工況和實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)等；（6）設(shè)置現(xiàn)場操作站，更好的指導(dǎo)生產(chǎn)；編制的監(jiān)控軟件具備良好的人機(jī)接口界面，方便操作人員了解生產(chǎn)過程，完成相關(guān)操作。

4　推動供水自動化系統(tǒng)應(yīng)用建設(shè)的建議

（1）動態(tài)監(jiān)測站的穩(wěn)定性有待提升，分布太過分散，布局不夠合理，不能形成集中統(tǒng)一的系統(tǒng)化管理，系統(tǒng)監(jiān)測人員參差不齊，綜合素質(zhì)有待提高。加強(qiáng)人員培訓(xùn)學(xué)習(xí)，提升專業(yè)素質(zhì)，將會大大提高監(jiān)測站的綜合效率。隨著我國加工業(yè)和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及水處理工藝的不斷改進(jìn)，將先進(jìn)控制思想同新型處理工藝相結(jié)合，突破傳統(tǒng)控制的方式，使水處理向智能化、無人化方向發(fā)展將是水處理自動化發(fā)展的一個主要方向。（2）對自動化水平較低的系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，也是具有現(xiàn)實(shí)意義的課題，我國目前許多中小型凈水廠都需要自動化改造。以有限的資金改善生產(chǎn)控制系統(tǒng)，獲得較高的性能價格比，既可以改善為用戶服務(wù)的質(zhì)量，也為企業(yè)本身提高了經(jīng)濟(jì)效益。本文利用軟件網(wǎng)關(guān)等一系列技術(shù)解決了供水企業(yè)自動化系統(tǒng)改造中的一些難題。目前我國水工業(yè)的自動化水平雖然不高，但隨著社會的發(fā)展，供水企業(yè)的自動控制和優(yōu)化的研究將會變得越來越重要。（3）供水企業(yè)與人民生活直接相聯(lián)系，其運(yùn)轉(zhuǎn)情況直接影響著人民生活的質(zhì)量，意義十分重要。供水企業(yè)的自動控制系統(tǒng)，是監(jiān)測、控制凈化水水質(zhì)的手段，也是保障可靠供水的方法，還是企業(yè)減低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的途徑，具有很高的研究價值。

5　結(jié)語

甘河子水廠控制系統(tǒng)自投入使用后運(yùn)行平穩(wěn)，不但滿足了甘河子地區(qū)生活用水的自動化控制，而且改善了水廠工作人員的操作環(huán)境，降低了勞動強(qiáng)度，減少了水廠運(yùn)行的水耗和電耗，達(dá)到了預(yù)期效果。水處理是涉及生物、化學(xué)、物理等多門學(xué)科的綜合性技術(shù)，其工藝機(jī)理較為復(fù)雜。計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計既不能采取簡單移植的方法，也不能完全趨附于工藝使之過分復(fù)雜化[2-3]。由于我國水處理業(yè)的快速發(fā)展，開發(fā)出既滿足工藝要求又符合計算機(jī)控制規(guī)律的系列化控制模式和商品化控制軟件將是水處理市場的迫切要求。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2016—05—12

*通訊作者：胡萍（1968-），女，工程師，從事機(jī)械電子應(yīng)用工作。E-mail：956787221@qq.com。