北京第九水廠自控系統(tǒng)介紹

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

簡介： 介紹北京第九水廠自動化系統(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，談一些水廠自控系統(tǒng)構(gòu)建、運(yùn)行、管理方面的體會。
關(guān)鍵字：供水工藝 自控系統(tǒng) 設(shè)備運(yùn)行

0引言

　　北京第九水廠采用日本OECF貸款，經(jīng)過招投標(biāo)、分三期建設(shè)。1988年一期工程投產(chǎn)，1994 年二期工程投產(chǎn)，2000年三期工程投產(chǎn)運(yùn)行，現(xiàn)日供水能力150萬m³，占北京市總供水量的6 0%，是亞洲最大的水廠之一。

　　由于運(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)定控制提出了很多題目，在解決這些問題的過程中，我們有收獲、有教訓(xùn)。在此，對第九水廠現(xiàn)已全面穩(wěn)定運(yùn)行的自控系統(tǒng)作較完整的介紹，經(jīng)便同行對此有更新的了解。

1　供水工藝及運(yùn)行方式

　　北京第九水廠包括一座凈配水廠(位于清河)、一座污泥處理廠(位于清河)、兩座取水廠( 懷柔取水廠、密云取水廠)。水源取自密云水庫和懷柔水庫，經(jīng)3條DN2 200的管線輸送到凈配水廠。

　　(1)密云取水廠工藝：密云水庫?調(diào)流閥調(diào)節(jié)流量?加氯?送水至清河凈配水廠。其中主要設(shè)備為DN1 600調(diào)流閥和電動蝶閥各2臺，加氯機(jī)3套等。

　　(2)懷柔取水廠工藝：懷柔水庫?隔網(wǎng)隔柵攔污?加氯?取水泵?送水至清河凈配水廠。其中主要設(shè)備為兩種調(diào)速取水機(jī)組共3套，取水機(jī)組3套，液壓球閥6臺，兩種加氯機(jī)共6套。

　　(3)一期凈水主要工藝：配水井?加藥?反應(yīng)、沉演(機(jī)械加速澄清池)?砂濾(虹吸)?炭濾( 虹吸)?加氯?清水池?出水泵房。其中主要設(shè)備為排泥閥60個，氣動隔膜閥192個，(一、二期共用一個加藥加氯間和一個配水泵房)。

　　(4)二期凈水主要工藝：配水井?加藥?反應(yīng)、沉演?煤濾?炭濾?加氯?清水池?出水泵房。其中主要設(shè)備為炭電動調(diào)節(jié)進(jìn)水堰14臺，刮泥機(jī)4臺，攪拌機(jī)8臺，煤、炭濾池各24個( 采用電動執(zhí)行裝置)，反沖風(fēng)機(jī)3套，反沖泵3套；一、二期共用一個加藥加氯間和一個配尿泵房，采用加氯機(jī)13臺，兩種加藥泵共14套，調(diào)速配水機(jī)組4套，定速配水機(jī)組2套，液壓轉(zhuǎn)芯閥5臺，加氨機(jī)6套等。

　　(5)三期凈水主要工藝：配水井?加藥?反應(yīng)、沉演?煤濾?炭濾?加氯?清水池?出水泵房。其中主要設(shè)備為電動調(diào)節(jié)堰8臺，電動進(jìn)水堰8臺，吸泥機(jī)8魘，攪拌機(jī)10臺，煤、炭濾池各24個(采用氣動執(zhí)行裝置)，反沖風(fēng)機(jī)3套，反沖泵3套，加藥泵6套，加氯機(jī)7套，調(diào)速配水機(jī)組2套。定速配水機(jī)組3套，液壓轉(zhuǎn)心閥5臺，加氨機(jī)5套等。

　　第九水廠運(yùn)行人員根據(jù)供水集團(tuán)公司中心調(diào)度室下發(fā)的調(diào)度指令，通過設(shè)置在各控制室的自控裝置，控制有關(guān)設(shè)備，進(jìn)行取水、配水、凈水等一系列的自動控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視操作。

2　自控系統(tǒng)構(gòu)成及控制原則

　　北京第九水廠自動控制系統(tǒng)采用日本橫河cenrum、μ XL和CS3000系統(tǒng)；二、三期濾池控制部分采用modicon PLC控制。整個自動控制系統(tǒng)的監(jiān)控量為：DI4 300點(diǎn)、DO1 500點(diǎn)、AI1 2 12點(diǎn)、AO210點(diǎn)、PI30點(diǎn)。本著第九水廠是一個整體的原則，一、二、三期只有一個中心調(diào)度室，集中管理、控制全廠的生產(chǎn)運(yùn)行。

　　所有運(yùn)行設(shè)備的控制層次分為兩級：現(xiàn)場電器控制盤操作(現(xiàn)場級)、遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)監(jiān)控(中央級)?？刂圃瓌t為：現(xiàn)場級優(yōu)先、電器設(shè)備的繼電保護(hù)由現(xiàn)場電器盤自行完成。

2.1密云取水廠

　　密云取水廠采用日本橫河μ XL系統(tǒng)，由一個操作站和兩個控制單元構(gòu)成，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過通訊管理機(jī)、電臺與凈配水廠中心控制室進(jìn)行雙向傳輸。

　　運(yùn)行人員根據(jù)凈配水廠中心控制室的水量要求，通過調(diào)節(jié)2臺調(diào)流閥控制取水量。夏季進(jìn)行加氯，以防輸水管道內(nèi)的藻類滋生。同時監(jiān)測原水水質(zhì)，并與密云水局進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　圖1　凈配水廠監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

　　2.2懷柔取水廠

　　懷柔取水廠采用日本橫河CS3000系統(tǒng)，由一個工程師操作站、一個現(xiàn)場控制站和4個RI/O 組成，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過通訊管理機(jī)、電臺與凈配水廠中心控制室進(jìn)行雙向傳輸。

　　運(yùn)行人員根據(jù)凈配水廠中心控制室的水量要求，通過啟/停取水泵(3調(diào)3定)控制取水量。夏季進(jìn)行加氯，以防輸水管道內(nèi)的藻類滋生。同時監(jiān)測原水水質(zhì)，并與懷柔水利局進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3凈配水廠

　　整個凈配水廠有操作監(jiān)視站21個、控制站18個、遠(yuǎn)程I/O(RI/O)10個，通過HF總線、V net 、 E net網(wǎng)連接在一起，各監(jiān)控站均可互相監(jiān)視、互相控制(由于運(yùn)行的安全可靠要求，采用分組方式進(jìn)行監(jiān)控限制)。凈配水廠監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。

2.3.1預(yù)處理

　　凈配水廠預(yù)處理設(shè)備基本采用CRT手動控制方式，運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行要求在監(jiān)控站處對調(diào)節(jié)堰、進(jìn)水堰、攪拌機(jī)、刮泥機(jī)等進(jìn)行調(diào)控，同時監(jiān)視原水水質(zhì)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2.3.2加氯和加藥

　　加氯控制采用按水量比例投加，人工設(shè)定加氯率，計(jì)算機(jī)控制加氯機(jī)自動調(diào)節(jié)，隨時監(jiān)視各處余氯值，以判定加氯量是否合適。

　　根據(jù)加藥池狀態(tài)自動進(jìn)行輸、配藥控制，加藥量采用比例投加方式，通過調(diào)整加藥計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速、沖程實(shí)現(xiàn)。監(jiān)視有關(guān)濁度參數(shù)，以確定加藥量是否合適。

2.3.3濾池

　　二、三期濾池為均質(zhì)濾料微膨脹氣水反沖濾池，采用modicon PLC控制，通過modbus總線接口與橫河空制系統(tǒng)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　二、三期濾池各有24個煤濾池、24個炭濾池，第個煤濾池有6個閘、閥(進(jìn)水閘、出水閥、進(jìn)氣閥、排氣閥、反沖進(jìn)水閥、排水閘)，每個炭濾池有4個閘、閥(進(jìn)水閘、出水閥、反沖進(jìn)水閥、排水閘)；二期濾池閘閥使用linitoq電動執(zhí)行裝置，三期濾池閘閥使用keystone氣動執(zhí)行裝置；煤濾池、炭濾池均為恒水位運(yùn)行，煤濾池濾程為48小時，炭濾池濾程為6天。

　　濾池控制系統(tǒng)所控設(shè)備有閘閥的電動(氣動)執(zhí)行裝置、反沖風(fēng)機(jī)、反沖泵及相關(guān)儀表(液位、水頭損失、濁度、余氯、水量等)，二期、三期濾池監(jiān)控點(diǎn)數(shù)各1600點(diǎn)左右；濾池控制方式采用現(xiàn)場手動和中央自動控制。

　　Modicon PLC模塊安裝于現(xiàn)場控制柜中，柜面上裝有現(xiàn)場顯示控制器；每個現(xiàn)場控制柜負(fù)責(zé)2個濾池的控制；PLC模塊采用Modicon120系列。

　　濾池控制室內(nèi)設(shè)有2套Modicon800系列PLC，以雙機(jī)熱備方式工作，800系列RI/O負(fù)責(zé)濾池運(yùn)行公共設(shè)施(風(fēng)機(jī)、水泵)的控制及單個濾池么沖排隊(duì)、數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整等。

　　二期濾池PLC編程軟件使用美國taylor,三期濾池PLC編程軟件使用modsoft,人機(jī)接口軟件使用FIX。

2.3.4回流設(shè)備

　　回流設(shè)備運(yùn)行采用CRT手動控制方式，根據(jù)均勻回流的原則，監(jiān)視回流池液位，人工控制定速、調(diào)速回流泵的運(yùn)行。

2.3.5配水泵

　　配水泵的控制聽從中心調(diào)度室的命令。中心調(diào)度室根據(jù)集團(tuán)公司中調(diào)的水量要求，下達(dá)定速、調(diào)速配水泵的組合指令，以調(diào)速泵運(yùn)行為主。配水泵的啟/停一步化過程由自控系統(tǒng)完成，也右用CRT手動操作。

2.4污泥處理廠

　　污泥處理廠采用日本橫河μ XL系統(tǒng)，由一個操作站和三個控制單元構(gòu)成，通過門電路單元與橫河HF總線連接。

　　板框壓濾機(jī)采用PLC控制，自成系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)通過上位處理機(jī)送μ XL系統(tǒng)。排泥池、提升泵房、濃縮池、脫水機(jī)房設(shè)備、儀表狀態(tài)均由操作站CRT手動操作、監(jiān)視。

3　自控系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的一些體會

　　十幾年來，北京第九水廠的自控系統(tǒng)在建設(shè)、運(yùn)行、改造、管理的過程中，有收獲、有教訓(xùn)，體會很多。

　　(1)在招投標(biāo)過程中，要有自控系統(tǒng)人員參與，著重注意招標(biāo)的設(shè)備要求和投標(biāo)的設(shè)備提交是否能滿足工藝對自控功能的要求，及時修正那些不能提供控制功能的設(shè)備及電器盤柜，避免造成與自控系統(tǒng)銜接不上的問題。在九廠工程中，我們曾在這方面進(jìn)行了大量的工作，包括修改遠(yuǎn)方/現(xiàn)場無擾動切換、控制保持等等。

　　(2)在自控系統(tǒng)建立的過程中，要有自控維護(hù)人員參與，著重注意系統(tǒng)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，深入了解控制系統(tǒng)，以便進(jìn)行投運(yùn)后的維護(hù)管理。事實(shí)證明，再完備的系統(tǒng)調(diào)試也有遺漏的地方，甚至在運(yùn)行了幾年以后不會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)程序中的錯誤之處，更別提由于合同規(guī)定的現(xiàn)場工作時間的限制，一些外商根本來不及將程序一一測試。為了自控系統(tǒng)的及時、正常運(yùn)行，很多調(diào)試工作就由我們來完成。

　　(3)不能盲目追求系統(tǒng)的完美、設(shè)備控制上的萬一，而應(yīng)根據(jù)工藝運(yùn)行的特點(diǎn)進(jìn)行自控系統(tǒng)構(gòu)建。從供水集團(tuán)公司對第九水廠一、二、三期工程自控系統(tǒng)構(gòu)建要求的變化，就可看到這個棄繁從簡的過程。一期控制系統(tǒng)的控制層次有：現(xiàn)場設(shè)備、現(xiàn)場電器控制盤、綜合盤、自控系統(tǒng)控制柜，運(yùn)行人員在設(shè)備處、現(xiàn)場電器盤、綜合盤、計(jì)算機(jī)等處均可操作，實(shí)際運(yùn)行中有些地方的操作基本不用，而無形中卻增加了許多故障點(diǎn)，造成許多不必要的問題。二期控制系統(tǒng)就減少了控制層次，只有二級：現(xiàn)場設(shè)備(或現(xiàn)場電器盤)、計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)明顯簡化，維護(hù)量明顯減少。三期控制系統(tǒng)吸收了二期的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提出簡單、實(shí)用、安全、可靠的指導(dǎo)思想，減少了費(fèi)用，滿足了運(yùn)行要求，利于系統(tǒng)的維護(hù)和完全善。以前為了一個萬一，要從工藝管道、系統(tǒng)軟件等各方面做大量的設(shè)置更改，造成工藝控制系統(tǒng)的繁雜；現(xiàn)在我們對于這樣的情況均退到計(jì)算機(jī)手動狀態(tài)，由運(yùn)行人員進(jìn)處理，待正常后再投入自動運(yùn)行，一切清晰明了，反而提高了運(yùn)行效率。

　　(4)不能盲目追求儀表的精度、產(chǎn)地和種類。要根據(jù)本廠所處理原水的特點(diǎn)，定出所需儀表類型和精度。對于關(guān)鍵性的監(jiān)控設(shè)備和儀表，必須采用穩(wěn)定可靠的監(jiān)控設(shè)備，例如進(jìn)、出水流量計(jì)等，而對一般監(jiān)測儀表則不必強(qiáng)求精度或進(jìn)口。二期工程中，我廠也購置了美國Chem trac公司的流動電流儀，準(zhǔn)備用于加藥控制，但實(shí)際應(yīng)用效果卻不理想。經(jīng)過分析測試發(fā)現(xiàn)，我廠水源屬于低溫低濁，且一年中溫度、濁度變化不大。經(jīng)過加藥處理后，繁花形成不大，游動電荷的形成也很小，因此使得流動電流儀。的監(jiān)測誤差較大，不易據(jù)此對加藥量進(jìn)行穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)，而采用流量比例投加即可由到預(yù)期的效果。如果將流動電流儀用于高溫高濁，且水質(zhì)變化較大的水處理廠，可能會取得理想的效果。另外，在一、二期工程時，我廠均采用德國E+H的流量計(jì)，三期工程時，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)開封儀表廠的E-mag流量計(jì)性能已有很大改進(jìn)，質(zhì)量也很穩(wěn)定，就全部采用了開封流量計(jì)，經(jīng)過兩年來的運(yùn)行，效果不錯。

　　(5)建設(shè)部頒布的《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》主要指導(dǎo)思想就是：促進(jìn)供水事業(yè)，縮短與國內(nèi)外的差距，確保安全優(yōu)質(zhì)供水，努力降低成本。但技術(shù)進(jìn)步絕不是以購置了多少先進(jìn)技術(shù)設(shè)備、儀表為標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)主要看其是否發(fā)揮了先進(jìn)的作用，是否促進(jìn)了供水運(yùn)行，是否降低了成本，是否提高了經(jīng)濟(jì)效益。為此必須加強(qiáng)對進(jìn)口設(shè)備、儀表的消化吸收工作，重視進(jìn)口設(shè)備關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化問題，完善文檔資料，規(guī)范維修過程，以減少故障時間，保證安全運(yùn)行。

　　(6)加強(qiáng)對運(yùn)行人員和系統(tǒng)維護(hù)人員的培訓(xùn)，這是保證系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。九廠的設(shè)備來自各個國家，設(shè)備、儀表種類繁多，各有特點(diǎn)。對于自控系統(tǒng)維護(hù)人員來講，決不能只關(guān)心軟件，各種設(shè)備的狀態(tài)直接影響自控系統(tǒng)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數(shù)據(jù)是受控設(shè)備的問題，例如狀態(tài)信號沒反饋回來、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、準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)。而加強(qiáng)對運(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。

　　(7)不斷注意對軟件的后期維護(hù)工作。由于最初的軟件制作只是對自控設(shè)計(jì)的基本滿足，在運(yùn)行中肯定會有工藝行方式的改動，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 (即提高供水水質(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。

4　結(jié)束語

　　北京第九水廠自控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中克服了各種各樣的問題，現(xiàn)已達(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)揮了重要作用。

　?◇作者通訊處：100085　北京 德外 花虎溝 北京第九水廠
　?○電話：(010)62915551