戚金輝

（沈陽水務(wù)集團(tuán)有限公司八水廠，遼寧 沈陽 110000）

前言：

沈陽水務(wù)集團(tuán)八水廠是沈陽市最大的水處理廠之一，日供水量40萬噸，水廠92年建成.引進(jìn)了80年代較為先進(jìn)的自動化設(shè)備，具有較好的可靠性和安全性。八水廠位于東陵區(qū)東陵路李巴彥凈水廠院內(nèi)，管轄大伙房地表水引水系統(tǒng)和李巴彥、榆樹地下水水源共3處，有大伙房取水豎井1座、水井18眼，李巴彥清水泵房和南塔配水廠泵房2座，地表水處理構(gòu)筑物8座，取水干線3條、導(dǎo)水干線1條，清水池6座，潛水泵18臺套、臥式泵14臺套、真空泵4臺套、回收用離心清水泵4臺套、離心式污水泵4臺套、變壓器29臺、協(xié)議容量7340千伏安、輸配電線路7.4公里。日綜合生產(chǎn)能力45萬立方米，占市政水源總生產(chǎn)能力的30%，是沈陽市供水量最多、規(guī)模最大、供水品質(zhì)最好、自動化程度最高的現(xiàn)代化供水企業(yè)。年制水能力15675.4萬立方米。在沈陽市的供水企業(yè)中具有舉足輕重的地位。

大伙房引水系統(tǒng)源水取自于大伙房水庫，是沈陽市第一座地表水處理廠。為世界銀行貸款項目。李巴彥凈水廠占地面積11.2萬平方米，南塔配水廠占地面積4.2萬平方米。除取水豎井1座、壓力配水廠1座、李巴彥清水泵房和南塔配水廠泵房2座外，還有大型處理構(gòu)筑物穩(wěn)壓井、加氯間、加藥間、綜合泵房各1座，沉淀池、濾池各2座。

地表水處理工藝：

地下水處理工藝：

一、水廠自動化系統(tǒng)簡介

水廠的自動化控制系統(tǒng)一直遵循著分散控制，集中監(jiān)測和管理的控制思路，整個系統(tǒng)以中央控制室為中心,采用PLC+PC的集散控制系統(tǒng)，PLC選用施耐德的TE PLC和西門子的S7系列的PLC，由10個控制站，共計55臺PLC和3臺監(jiān)控電腦，組成3個工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)和1個無線通訊網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)水廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，按照工藝或地理位置要求，在每一生產(chǎn)工藝建立現(xiàn)場控制站，完成對本工藝設(shè)備與過程的監(jiān)視、操作和控制，各控制站之間通過可靠性高和實時性強(qiáng)的工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)彼此對等通信，達(dá)到管理集中和分散控制的目的，使得管理人員可在第一時間，實時、準(zhǔn)確地掌握現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性，為整個水廠的安全、可靠運(yùn)行提供了保證。此系統(tǒng)的控制思路在現(xiàn)在的水處理過程控制中仍然是主流，此系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行保證了水廠近二十年的滿負(fù)荷運(yùn)行和較高的產(chǎn)出，水質(zhì)達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，水量也基本接近設(shè)計能力，為沈陽的供水事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。

二、水廠自動化系統(tǒng)面臨的問題

水廠一直倡導(dǎo)技術(shù)領(lǐng)先、科技為本，通過一系列的技術(shù)改造，降低了故障率，提高了執(zhí)行設(shè)備的完好率，但不可否認(rèn)的是，整個系統(tǒng)的運(yùn)行是靠穩(wěn)定的現(xiàn)場自動化設(shè)備來實現(xiàn)的，如果現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)問題，便不能保證此系統(tǒng)的正常運(yùn)行，最終將無法保證出廠水水質(zhì)和出廠水水量。在運(yùn)行的這些年里，自動化設(shè)備均為24小時連續(xù)運(yùn)行工作，現(xiàn)在大部分設(shè)備已經(jīng)老化和損壞，設(shè)備內(nèi)部的電子元件多已超過了正常的使用壽命（8-10年），故障頻率也成逐年增大的趨勢。特別是全廠的控制基礎(chǔ)PLC系統(tǒng)大多出現(xiàn)不同程度的問題，且大部分設(shè)備廠家不再提供備件和服務(wù)，多數(shù)型號的設(shè)備已不生產(chǎn)，這已嚴(yán)重影響到水廠正常的運(yùn)行，部分系統(tǒng)因為設(shè)備老化的問題，出現(xiàn)短時間死機(jī)，整個系統(tǒng)運(yùn)行狀況越來越差，已經(jīng)嚴(yán)重危及到水處理的整個環(huán)節(jié)了。

此前，八水廠自動化系統(tǒng)進(jìn)行了一期改造,主要進(jìn)行了濾池Ⅱ系過濾系統(tǒng)自動化設(shè)備（PLC）的更新和控制的改造,效果良好,不但解決了濾池工藝自動化系統(tǒng)的設(shè)備問題，而且在整個控制系統(tǒng)整體的功能上比原來有了很大的提高,到目前為止，設(shè)備運(yùn)行良好,同時系統(tǒng)功能比原有系統(tǒng)大大增強(qiáng)，監(jiān)測和控制參量是原有系統(tǒng)的3倍,但該系統(tǒng)已運(yùn)行十年。

水廠的生產(chǎn)因一刻也離不開自動化系統(tǒng)，自動化設(shè)備的備件直接關(guān)系到水廠的正常運(yùn)行，原來每年水廠要投入很大一部分資金進(jìn)行備件的購買，這些年比重越來越大，從2001年起，水廠已無法購買到老型號自控設(shè)備的備件，這些型號及模塊廠家已不生產(chǎn)，水廠自動化設(shè)備只能依靠自動化改造后（濾池II系）換下的設(shè)備進(jìn)行更換,但各車間所用的PLC型號各不相同，且換下的設(shè)備也已用完。加藥間、穩(wěn)壓井、加氯間、中控室、南塔、綜合泵房等地的自動化設(shè)備,包括PLC、變頻器、監(jiān)控系統(tǒng)、控制柜的電氣設(shè)備,各種變送儀表都出現(xiàn)了不同程度的問題,設(shè)備故障發(fā)生率明顯增高,現(xiàn)庫存已無備件。如果像現(xiàn)在這樣維持下去，最后的結(jié)果就是因設(shè)備更新不到位,影響水廠正常生產(chǎn)和出廠水水質(zhì),那時我們的損失就無法估量了。因此，進(jìn)行逐步地更新和升級改造已迫在眉睫。

三、自動化系統(tǒng)改造的主要目的

本次自動化改造主要的目的是替代原有的已損壞的PLC設(shè)備,包括穩(wěn)壓井、加藥間、加氯間、綜合泵房、清水泵房、兩系沉淀池、濾池及中央控制室，恢復(fù)因損壞停運(yùn)的設(shè)備，解決現(xiàn)在自動化系統(tǒng)出現(xiàn)的問題,消除各種存在的隱患和危險,將各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)更多、更快的實現(xiàn)共享,通過光纖環(huán)網(wǎng)的高效性和可靠性，將水廠新老泵房及各控制站的PLC的數(shù)據(jù)完全傳送到中央控制室，實現(xiàn)更多的遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，達(dá)到工藝處理的正確性。在整個改造中，將采用更多的新技術(shù)，以求達(dá)到節(jié)能降耗，保證正常供水的目的。

四、自控系統(tǒng)的基本構(gòu)成

整個系統(tǒng)由兩臺中央監(jiān)控電腦和一臺數(shù)據(jù)庫管理計算機(jī)、一臺大屏幕構(gòu)成的中央控制站及各現(xiàn)場PLC控制站構(gòu)成。現(xiàn)場控制站設(shè)人機(jī)界面一臺，用于現(xiàn)場操作和動態(tài)顯示工藝參數(shù)和設(shè)備工況。各現(xiàn)場控制站與中控站通過光纖進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)連接。

設(shè)備的控制分為三級。第一級是中控室的集中控制，第二級是現(xiàn)場面板控制，第三級是就地手動控制。即控制轉(zhuǎn)換開關(guān)置于現(xiàn)場位置，控制操作不經(jīng)過PLC的控制。

（一）中控室

取消原有PLC控制站，利用以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)，上位PC機(jī)之間及它們與各現(xiàn)場PLC站之間相連進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，設(shè)立大屏幕及監(jiān)控電腦監(jiān)控各站PLC的運(yùn)行狀態(tài)，同時現(xiàn)場PLC與現(xiàn)場控制器、現(xiàn)場PLC與現(xiàn)場I/O之間采用了現(xiàn)場總線方式，這樣可大大提高信息傳輸?shù)目煽啃?，使系統(tǒng)工作更加安全可靠。同時有利于系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)、技術(shù)更新升級以及系統(tǒng)功能的進(jìn)一步開發(fā)。

中央控制室三臺工控機(jī)電腦裝入了IFIX 軟件。因為三臺電腦分別從連接以太網(wǎng)的交換機(jī)上采集數(shù)據(jù)，同時因直接從現(xiàn)場PLC采取數(shù)據(jù),縮短了采集時間，若一臺PC電腦出現(xiàn)故障，不會影響到其它的計算機(jī)的正常運(yùn)行。同時增設(shè)的工程師站監(jiān)控電腦可保證維修人員第一時間了解設(shè)備的故障情況，并可在線查詢故障原因和現(xiàn)場狀態(tài)。

（二）濾池系統(tǒng)的功能

對I系濾池11臺PLC做完整的升級，取消原I濾池沖洗的繼電器控制方式，在原有EB11的控制柜內(nèi)增加PLC，使沖洗水泵、鼓風(fēng)機(jī)完全由PLC控制，增加電機(jī)電流和電壓的采集。濾池的控制方式可實現(xiàn)遙控及現(xiàn)場控制。遙控可在中央控制室實現(xiàn)，可實現(xiàn)濾池的停止，過濾，沖洗的控制?，F(xiàn)場控制是通過現(xiàn)場的人機(jī)界面實現(xiàn)的。并恢復(fù)與濾池II系的通訊網(wǎng)絡(luò)。

（三）加藥系統(tǒng)的功能：

實現(xiàn)加藥泵的遠(yuǎn)程遙控:通過新型plc系統(tǒng),實現(xiàn)加藥泵的遠(yuǎn)程開停和自動輪切。沖程的遠(yuǎn)程設(shè)定，實現(xiàn)加藥量的實時調(diào)節(jié)，根據(jù)不同的水質(zhì)和水量、靈活、合理地調(diào)節(jié)加藥流量；迅速反應(yīng)原水水質(zhì)、水量和加藥量變化，在很短時間內(nèi)實現(xiàn)自動跟蹤調(diào)節(jié)。

（四）加氯系統(tǒng)的功能

實現(xiàn)加氯機(jī)、蒸發(fā)器、壓力水泵的遠(yuǎn)程開停；實現(xiàn)氯瓶的自動切換，監(jiān)測氯瓶的使用情況；監(jiān)測各種加氯設(shè)備的報警信號，監(jiān)測各加氯運(yùn)行信號，保證加氯系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；實現(xiàn)加氯量的實時調(diào)節(jié)，根據(jù)不同的水質(zhì)和水量，靈活、合理地調(diào)節(jié)加氯量，通過智能控制的輸出信號，進(jìn)行加氯機(jī)的閥位調(diào)節(jié)；實現(xiàn)壓力水池的水位監(jiān)測和壓力水泵出口壓力監(jiān)測；實現(xiàn)漏氯系統(tǒng)的自動中和控制，一旦漏氯報警儀發(fā)出警報，自動啟動中和風(fēng)扇和堿泵；實現(xiàn)自動投氯，能夠有效降低氯耗，降低了生產(chǎn)成本。

（五）綜合泵房系統(tǒng)功能

實現(xiàn)自動監(jiān)測回收水池及污水池液位、監(jiān)測回收水流量的功能；實現(xiàn)自動控制回收水泵及污水泵，根據(jù)實際情況在不同水位設(shè)定報警點，將報警點與泵的開、停聯(lián)動。

（六）沉淀池系統(tǒng)的功能

水處理中的沉淀工藝，主要控制空壓機(jī)和排泥閥，同時檢測沉后的PH值、濁度、氣路壓力等參數(shù)，改造后的沉淀池系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：

1.空壓機(jī)子系統(tǒng)

在手動方式，操作人員可以在現(xiàn)場開停空壓機(jī)，檢測儲氣罐和管路壓力；在自動方式下，PLC系統(tǒng)通過檢測儲氣罐壓力的低高，自動控制空壓機(jī)的啟停，當(dāng)工作的空壓機(jī)故障時，備用的空壓機(jī)自動投入工作；當(dāng)工作的空壓機(jī)故障或儲氣罐壓力出現(xiàn)低低或高高報警時，發(fā)出報警信號。在監(jiān)控電腦上顯示空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、遙控空壓機(jī)的開停、顯示空壓機(jī)的運(yùn)行時間和運(yùn)行曲線，提供聲光等報警，特別是在氣路壓力低低時，不允許濾池系統(tǒng)沖洗。

2.排泥閥自動控制子系統(tǒng)

每一個沉淀池均設(shè)有獨立的手動/自動選擇開關(guān)；在手動方式下，操作人員可以在現(xiàn)場手動開關(guān)排泥閥，同時在監(jiān)控電腦上顯示沉淀池和排泥閥的工作狀態(tài)；在自動方式下，每個沉淀池的排泥閥分為四組，每組進(jìn)行獨立排泥，每組排泥閥設(shè)有可以更改的循環(huán)周期和排放時間，操作人員可現(xiàn)場/遠(yuǎn)程設(shè)定時間及周期；當(dāng)排泥閥有故障時，在現(xiàn)場和監(jiān)控電腦上顯示故障報警，計算排泥時間，同時在中控室產(chǎn)生報警；增加排泥閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程控制，可單獨對某一排泥閥進(jìn)行開閉操作。

（七）穩(wěn)壓井系統(tǒng)的功能

實現(xiàn)自動監(jiān)測原水PH值、濁度、溫度、兩系列原水流量及四個液位及加藥流量的變化，如水位出現(xiàn)異常將會發(fā)出報警信號并傳至中央控制室。采集取樣泵的工況信息，并可手/自動開啟。

（八）工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用

沈陽市自來水八水廠控制系統(tǒng)原有三個網(wǎng)絡(luò)，分屬于不同的物理結(jié)構(gòu)，網(wǎng)內(nèi)通訊速度還可滿足生產(chǎn)的需要，但網(wǎng)絡(luò)間的速度則很滯后，并且網(wǎng)絡(luò)間的連接設(shè)備起著關(guān)鍵的作用，如果設(shè)備出現(xiàn)問題，則不能保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。這次改造完成了水廠控制系統(tǒng)從封閉的專有網(wǎng)絡(luò)向開放的工業(yè)以太網(wǎng)的過渡。

這次改造通過工業(yè)以太網(wǎng)與交換機(jī)和plc的連接，解決了多個網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的通訊問題。解決了部分不具備網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)方法。特別是原有串口設(shè)備，RS485總線，專用網(wǎng)絡(luò)等的連網(wǎng)問題。由TCP/IP協(xié)議可遠(yuǎn)程、機(jī)動性管理各種設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)先報警、同時降低系統(tǒng)故障維護(hù)與成本，是一種值得推廣的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)模式。

五、系統(tǒng)主要特點

新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌翰捎霉I(yè)控制以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)PLC之間,計算機(jī)與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊和資源共享,數(shù)據(jù)通訊速率可達(dá)10M，是原有速度的100倍。新型的自動化平臺：高度分布式結(jié)構(gòu)提高整個控制系統(tǒng)的速度,縮短反應(yīng)時間,解決現(xiàn)有的問題，減少了風(fēng)險和系統(tǒng)集成時間。各種執(zhí)行設(shè)備由傳統(tǒng)的單一PLC監(jiān)控轉(zhuǎn)變?yōu)橛刹煌淖詣踊O(shè)備硬件分擔(dān)其功能，真正做到功能上的分布和地理上的分散。各控制單元和檢測單元按不同位置安裝后，和主單元間連接僅為屏蔽雙絞線或光纖，節(jié)約了大量的二次電纜和安裝調(diào)試費(fèi)用，縮短了設(shè)計及施工周期。通過設(shè)立工程師子站,大大簡化了系統(tǒng)的故障檢修,設(shè)備維護(hù),功能開發(fā)等技術(shù)工作的時間和反應(yīng)時間.

六、自動化設(shè)備的選型與依據(jù)

本次改造將采用新型的PLC設(shè)備、新型的網(wǎng)絡(luò)、新型的控制方法、新型的節(jié)能技術(shù)，完整的自動化監(jiān)控平臺，分散的控制思路，力求達(dá)到水廠處理工藝對自動化系統(tǒng)的要求。自控系統(tǒng)應(yīng)滿足水廠運(yùn)行管理和安全處理的要求，即生產(chǎn)過程自動控制和報警、自動保護(hù)、自動操作、自動調(diào)節(jié)，提高運(yùn)行效率，降低運(yùn)行成本，減輕勞動強(qiáng)度，對水廠內(nèi)各處理系統(tǒng)工藝流程中的重要參數(shù)、設(shè)備工況等進(jìn)行計算機(jī)集中在線實時監(jiān)測，重要設(shè)備進(jìn)行計算機(jī)集散在線控制，確保水廠的出水水質(zhì)和水廠的安全生產(chǎn)。

七、結(jié)束語

八水廠的自動化系統(tǒng)是保障優(yōu)質(zhì)供水、降低供水成本的必要條件。通過自動化技術(shù)在水廠的應(yīng)用，是實現(xiàn)國內(nèi)水廠生產(chǎn)、管理現(xiàn)代化的必要途徑。水廠中最主要是合理的控制藥耗和氯耗，通過本次自動化改造，可以解決水廠面臨的自動化設(shè)備癱瘓的危險；先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng),功能齊全的生產(chǎn)信息的管理系統(tǒng)，會使水廠的自動化系統(tǒng)更加完善,水廠的安全運(yùn)行更有保障,此系統(tǒng)集生產(chǎn)過程監(jiān)控與管理于一體，提高了管理效率，達(dá)到提高自來水質(zhì)量、降低能耗、人耗及物耗的目的，并全面提高了水廠自動化水平。