金華市金沙灣水廠自控系統(tǒng)的構(gòu)成及自控運(yùn)行的體會(huì)

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簡介： 介紹金華市金沙灣水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)，并結(jié)合供水工藝的運(yùn)行、設(shè)備的控制、儀表的監(jiān)測，談一些運(yùn)行中存在的問題、管理方面的體會(huì)。
關(guān)鍵字：供水工藝 自控系統(tǒng) 設(shè)備運(yùn)行 排泥 水處理技術(shù)

　1 引言

　　金華市金沙灣水廠作為省重點(diǎn)工程，通過召投標(biāo)，分二期建設(shè)。工程總設(shè)計(jì)供水量為30萬噸/天，其中一期工程供水量為15萬噸/天，已于2001年8月建成并投入運(yùn)行，二期工程現(xiàn)正在建設(shè)當(dāng)中，預(yù)計(jì)年底前主體工程可以完工。金沙灣水廠于2001年8月份建成后成為了唯一向金華市區(qū)供水的水廠。

　　由于金沙灣水廠自動(dòng)化程度高，運(yùn)行設(shè)備、儀器儀表復(fù)雜多樣，給自控系統(tǒng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定控制提出了很多問題，我們?cè)诮鉀Q這些問題時(shí)，有過教訓(xùn)，也獲得了一些經(jīng)驗(yàn)。在此，對(duì)金沙灣水廠的自控系統(tǒng)作完整介紹，以便同行對(duì)此有新的了解。

　　2  供水工藝及運(yùn)行方式

　　金沙灣水廠地處金華市西南面的山區(qū)，離城區(qū)的直線距離大約為18公里，與城區(qū)高差為七十余米，水源取自沙畈、金蘭兩個(gè)水庫。水廠利用廠區(qū)與市區(qū)的高差取消了送水泵房，采用重力流輸水，節(jié)約了電耗。

　　金沙灣水廠工藝：金蘭水庫 配水井 取水泵房 加藥、前加氯 折板反應(yīng)池平流式沉淀池V型濾池后加氯清水池補(bǔ)氯 輸水管網(wǎng) 用戶。

　　其中主要設(shè)備為干式潛水泵3臺(tái)，加礬、加堿計(jì)量泵各兩組，空氣壓縮機(jī)兩臺(tái)，排泥閥60個(gè)，行車吸泥機(jī)兩臺(tái)，加氯機(jī)5臺(tái)，泄氯回收裝置一組，增壓泵3臺(tái)，反沖洗鼓風(fēng)機(jī)3臺(tái)，反沖洗泵3臺(tái)，氣動(dòng)閥8組。

　　金沙灣水廠工作人員根據(jù)總公司中心調(diào)度室的調(diào)度指令，通過設(shè)置在各個(gè)崗位的自控裝置，控制有關(guān)設(shè)備，進(jìn)行取水、加藥、加氯、沖洗等一系列自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視操作。

　　3 自控系統(tǒng)構(gòu)成及控制原則

　　金華市金沙灣水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控軟件采用美國Wonderware公司的工業(yè)組態(tài)軟件InTouch7.1作為開發(fā)平臺(tái)，可運(yùn)行于Windows95/98、WindowsNT4.0、Windows2000等操作系統(tǒng)下。此軟件具備可視化軟件的特征：實(shí)時(shí)監(jiān)測各生產(chǎn)流程，采集生產(chǎn)信息，并且下達(dá)操作人員的每個(gè)控制指令。自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由三級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成：

　　以太網(wǎng)：由服務(wù)器、中控室計(jì)算機(jī)、廠長室計(jì)算機(jī)和HUB組成。主要用于生產(chǎn)管理，通訊率為10M波特率。以下兩層是工業(yè)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)，是整個(gè)自控系統(tǒng)的核心。

　　FIPWAY網(wǎng)：由中控室計(jì)算機(jī)、濾池計(jì)算機(jī)、取水PLC、加藥PLC、排泥PLC、加氯PLC、濾池公共PLC、送水PLC組成。主要用于制水過程中的控制和監(jiān)測。通訊率為1M波特率。

　　Unitelway網(wǎng)：由8格濾池PLC組成，掛在濾池公共PLC下，主要用于濾格的控制和監(jiān)測。通訊率為19200kbps。

　　所有運(yùn)行設(shè)備的控制層次分為三級(jí)：現(xiàn)場電器控制盤手動(dòng)控制（最高級(jí)）、遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)中控或自動(dòng)控制?？刂圃瓌t是：現(xiàn)場手動(dòng)控制優(yōu)先，電器設(shè)備的繼電保護(hù)由現(xiàn)場電器盤自行完成。

　　3.1 取水泵房

　　取水泵房的取水方式有兩種：當(dāng)水庫水位達(dá)到設(shè)定水位時(shí)取水通過兩只調(diào)流閥自流，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定水位時(shí)取水通過取水泵進(jìn)水。

　　調(diào)流閥的控制方式有手動(dòng)、中控和自動(dòng)控制三種。自動(dòng)控制時(shí)，PLC根據(jù)有關(guān)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，以保證清水池水位保持在最佳水位段。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)需設(shè)好清水池水位、工作閥門的選擇等參數(shù)。

　　干式潛水泵的控制方式有手動(dòng)、中控和自動(dòng)控制三種。中控控制時(shí)，操作人員通過計(jì)算機(jī)鍵盤或鼠標(biāo)下達(dá)的命令，來一步化開、關(guān)相應(yīng)的取水泵和其出口閥門。自動(dòng)控制時(shí)，PLC根據(jù)清水池的水位和設(shè)定的清水池水位上下限來自動(dòng)調(diào)節(jié)，以保證清水池水位控制在最佳的水位。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)需設(shè)好清水池的水位上下限、工作泵的選擇等參數(shù)。

　　3.2 加藥系統(tǒng)

　　金沙灣水廠加藥間現(xiàn)安裝有加礬系統(tǒng)和加堿系統(tǒng)，加堿系統(tǒng)現(xiàn)未啟用。加礬系統(tǒng)可以中控開關(guān)的設(shè)備有加礬泵、空壓機(jī)、出礬閥門，檢測的開關(guān)量有加礬泵、出礬閥、進(jìn)水閥、進(jìn)氣閥和空壓機(jī)的開停信號(hào)；檢測的模擬量有加礬泵的頻率、礬池液位、源水濁度及模擬斜管濁度等。

　　礬池與加礬設(shè)備各有兩組。加礬與礬池切換的控制方式有手動(dòng)、中控、自動(dòng)三種，手動(dòng)的級(jí)別最高，自動(dòng)和中控是在計(jì)量泵和出礬閥處于遙控方式下通過申請(qǐng)優(yōu)先的方式取得。配礬的控制方式有手動(dòng)與中控兩種。

　　3.3 加氯系統(tǒng)

　　加氯系統(tǒng)的主要設(shè)備有氣源切換部分、加氯機(jī)、漏氯報(bào)警系統(tǒng)等，控制前加氯、后加氯、出廠水補(bǔ)氯以及氣源的自動(dòng)切換。采集濾后水的余氯和沉淀水的濁度值并送上位機(jī)顯示。主要控制軟件有自動(dòng)加氯（雙冗余控制加氯）、氣源自動(dòng)切換、漏氯報(bào)警軟件。加氯控制分為加氯機(jī)控制以及PLC控制兩種方式，兩種方式互為備用。兩種控制方式都是有條件地通過申請(qǐng)優(yōu)先的方式取得。

　　3.4 濾池系統(tǒng)

　　金沙灣水廠的V型濾池共八格，整個(gè)控制系統(tǒng)由一個(gè)濾池公共PLC站和八個(gè)獨(dú)立的PLC站來控制。主要被控設(shè)備有：三臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，三臺(tái)反沖洗泵，八格濾池的氣動(dòng)進(jìn)水、排水閘閥和氣沖、水沖、清水蝶閥以及排氣電動(dòng)球閥等。每個(gè)濾格系統(tǒng)可獨(dú)立完成恒水位的自動(dòng)控制，在公共系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下完成濾池的自動(dòng)反沖洗。濾格PLC與公共站PLC之間的通訊是由UNITELWAY主從通訊總線來完成的。

　　恒水位的控制：PLC采集濾格水位，并與設(shè)定的控制水位相比較，得出差值進(jìn)行相應(yīng)的PID運(yùn)算后去控制清水蝶閥的開度，來調(diào)節(jié)濾格的出水量，使得濾池水位恒定在給定值附近。給定水位為1.20m，上下偏差為0.05m.。濾池在啟用過濾時(shí)，恒水位控制軟件自行投入運(yùn)行。只有滿足清水池水位不低于設(shè)定水位（2.5m）；濾格反沖洗倒計(jì)時(shí)間（可調(diào)）到或水頭損失差壓達(dá)到0.15bar；鼓風(fēng)機(jī)和沖洗泵處于自動(dòng)控制狀態(tài)且無故障的條件時(shí)，自動(dòng)反沖洗才能運(yùn)行。

　　4 自控設(shè)備運(yùn)行的體會(huì)

　　金沙灣水廠建成幾年來，在自控系統(tǒng)及設(shè)備的建設(shè)、運(yùn)行、管理過程中，有收獲，也有教訓(xùn)，體會(huì)很多。

　　4.1 在自控系統(tǒng)的建立過程中，要有自控維護(hù)人員參與，著重注意軟件的構(gòu)成及軟、硬件配置，在配合承包商按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行軟件編程的同時(shí)，深入了解控制系統(tǒng)，以便投入運(yùn)行后進(jìn)行維護(hù)管理。事實(shí)證明，再完備的系統(tǒng)調(diào)試也有疏漏的地方，甚至在運(yùn)行了幾年以后不會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)程序中的錯(cuò)誤之處，更別提由于合同規(guī)定的現(xiàn)場工作時(shí)間限制。為了自控系統(tǒng)的及時(shí)、正常運(yùn)行，系統(tǒng)、設(shè)備調(diào)試工作必須有水廠人員共同參與。

　　4.2 加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員和系統(tǒng)維護(hù)人員的培訓(xùn)，這是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。金沙灣水廠的設(shè)備來自各個(gè)國家，設(shè)備、儀表種類繁多，各有特點(diǎn)。對(duì)于自控系統(tǒng)維護(hù)人員來說，決不能只關(guān)心軟件，各種設(shè)備的狀態(tài)直接影響自控設(shè)備的運(yùn)行。在運(yùn)行中，軟件程序一般是穩(wěn)定的，而造成不可控的原因多是受控設(shè)備的問題，例如狀態(tài)信號(hào)沒反饋回來、設(shè)備控制回路故障等。所以我們要求自控系統(tǒng)的維護(hù)人員掌握所控設(shè)備的原理、性能、與控制系統(tǒng)的連接關(guān)系，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)。而加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn)，既提高運(yùn)行水平和巡視觀察的準(zhǔn)確性，也提高了處理意外事故的能力。

　　4.3 不斷注意對(duì)軟件的后期維護(hù)工作。由于最初的軟件制作只是對(duì)自控設(shè)計(jì)的基本滿足，在運(yùn)行中肯定會(huì)有工藝方式的改動(dòng)，自控維護(hù)人員必須按新的需求作相應(yīng)的修改，以保證運(yùn)行。尤其在貫徹建設(shè)部《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》提出的“二提高三降低”（提高供水水質(zhì)、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低藥耗），優(yōu)化運(yùn)行的過程中，更會(huì)遇到凈水工藝的調(diào)整、運(yùn)行設(shè)備的改造、運(yùn)行程序的修改。

　　5 自控運(yùn)行的思考

　　金沙灣水廠在幾年的自控運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)有些單元的自控的效果不甚理想，水廠的自動(dòng)化也存在一定的局限性。

　　5.1 金沙灣水廠的反應(yīng)池自動(dòng)排泥是根據(jù)PLC設(shè)定的排泥周期和排泥時(shí)間來自動(dòng)完成開閥、排泥計(jì)時(shí)、關(guān)閥等排泥過程。沉淀池的排泥也是根據(jù)給定周期來遙控或手動(dòng)開啟吸泥行車來完成排泥。兩者基本上都是以時(shí)間作為運(yùn)行參數(shù)。而污泥的堆積程度與許多因素有關(guān)：源水濁度的變化、絮凝效果的好壞、水體微生物的含量、水量的變化、水溫的變化甚至氣壓的高低都可能影響污泥的堆積程度。本廠在夏季天氣悶熱、氣壓低的時(shí)候就曾出現(xiàn)沉淀池污泥大量上浮的情況，給濾池帶來了額外負(fù)擔(dān)。據(jù)此來看，雖然庫水相對(duì)穩(wěn)定，水質(zhì)情況波動(dòng)不會(huì)很大，但其他因素也能影響污泥的堆積程度。因此，時(shí)間不能作為自動(dòng)排泥的唯一參數(shù)。如何解決這一問題，還有待進(jìn)一步研究探討。

　　5.2 國內(nèi)水廠現(xiàn)行的自動(dòng)控制水處理技術(shù)多是建立在處理“常規(guī)”水的基礎(chǔ)之上。所謂“常規(guī)”，就是擯除了有機(jī)污染、重金屬污染、病毒污染、新型污染等因素。但隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題的日益突出，如何應(yīng)用自動(dòng)化手段來處理非“常規(guī)”水，也是我們迫切需要解決的一個(gè)問題。我們認(rèn)為，水廠自動(dòng)化或智能化發(fā)展，應(yīng)與水處理技術(shù)根本性發(fā)展緊密聯(lián)系在一起，或者可以說為后者所內(nèi)在需求。唯有如此，才能更好地進(jìn)行水質(zhì)保障，從而確保人體健康，也能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠的服務(wù)。

　　6 結(jié)束語

　　金沙灣水廠自控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中克服了各種問題，現(xiàn)已基本達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求，在供水生產(chǎn)中發(fā)揮了應(yīng)盡的作用。在今后的供水運(yùn)行工作中，我們?cè)概c各位同行一道，不斷改進(jìn)與提高自動(dòng)控制水平，不斷探索水處理技術(shù)，共同向現(xiàn)代化水廠的目標(biāo)邁進(jìn)。

　　作者：蔣天云  金華市金沙灣水廠