引言

宜興水務集團氿濱水廠位于江蘇宜興西氿邊，于1995年動工建設，1996年建成通水，一期工程處理能力為10 萬m3/d，主要供應宜興市城區的生活和工業用水。由于西氿原水水質不斷下降，市委市政府為提高人民群眾的生活飲水條件， 2003年9月，氿濱水廠水源改用32公里外的橫山水庫水，隨著供水量日益增大，2008～2009年擴建氿濱水廠二期工程，處理能力為10萬 m3/d，在此期間，又對各工藝進行了自動化技術改造。水廠工藝流程見圖1。

圖1 水廠工藝流程

氿濱水廠自控系統采用了AB公司的CompactLogix系列的PLC作為現場控制單元，采用Wonderware公司的Intouch工業組態軟件實現了水廠的自動運行管理。

1、自控系統總體設計

全廠設原水泵站、加氯加藥站、普通快濾池站、V型濾池站、二泵房站及中控室站等6個站。考慮到系統盡可能分散的原則，普通濾池設置了兩個子站，分別控制南北濾池，而V型濾池因為分兩期建成，設計上考慮分了五個子站，其中一個子站負責反沖洗系統，另四個為濾池過濾系統。各PLC站均由電源單元、CPU模塊、通訊模塊和輸入輸出模塊組成，各PLC站與中控室之間采用以太網通訊。考慮到中控人員還擔負調度的職責，根據氿濱水廠實際生產狀況，原水泵站、加氯加藥站、普通快濾池站、V型濾池站、二泵房各站都有計算機配備，并且有操作人員在崗監視，以便有故障時在盡短時間內恢復。水廠自控系統示意圖見圖2。

圖2 水廠自控系統示意圖

中控室配置4臺IBM的服務器，分別負責生產管理和監控工作站；計算機采用Windows 2003操作系統，通過網絡實時采集生產數據，形成工業以太網。其中監控工作站采用Wonderware公司的Intouch V10.0可視化工業組態監控軟件，顯示氿濱水廠所有動態模擬畫面，并可對系統的所有設備進行遠程操作和控制，并具備顯示工藝布置圖、實時動態參數、設備的工作狀態及實時／歷史報警信號、在線儀表的實時／歷史趨勢曲線、設備運行時間等功能，同時可進行離線／在線編程及設定參數的修改、編制和打印生產與管理報表。其他所有在局域網內的計算機可通過壓力監測系統監測水廠運行情況，記錄歷史數據等，為制定生產計劃提供依據。

2 各工藝流程控制特點

2．1 原水泵站

因為氿濱水廠從2003年開始以橫山水庫的水為原水，所以一泵房只作為應急預案啟用，故原水提升泵站為離氿濱水廠32公里以外的蒲墅泵站為原水泵站，該PLC站主要監控4臺離心式水泵機組的運行工況及相關參數，原水泵站在全自動模式下，由PID控制的變頻調速系統根據用水高峰時段以及送水管網壓力等因素控制加壓水泵的開／停及轉速調節。該站也采用光纖通訊。

2．2 加氯加藥站

原水經蒲墅泵站加壓到氿濱水廠，通過在線儀表檢測原水的流量、濁度等，并將其轉換成4～20 mA的DC信號輸人PLC系統為加藥加氯系統提供控制參數。加藥系統采用6套計量泵(配西門子MM420變頻調速器)，變頻器的運行頻率由流量信號控制，在原水水質波動較大的季節，也可通過上位機設定投加量系數。6套計量泵4用2備，當正在使用的計量泵出現故障，PLC系統會自動切換。6套加藥系統取自2個稀釋礬池，每個礬池貯藥池均裝有超聲波液位計，可隨時檢測礬液高度，同時通過裝在稀釋池的攪拌機定時攪拌，可防止礬液藥液沉淀。加氯系統采用美國WT公司的加氯機，兩點投加，濾前濾后各2臺，備用方式同加藥系統。濾前按比例流量投加，濾后采用流量與余氯信號結合控制投加。余氯信號由余氯分析儀在線檢測。加氯間裝有漏氯報警儀，PLC若接收到漏氯報警信號，會自動關閉所有加氯系統且開啟泄氯回收裝置。

2．3 普通快濾池站

該PLC站分兩個PLC子站，分別控制南北10格濾池的過濾、反沖洗過程及相關參數。每格濾池均裝有1個超聲波水位計和1個水頭損失儀，用來檢測濾池的液位和阻塞情況。濾池的濾后水閥為可調節比例閥(開啟度為0～ 100％)，根據濾池的液位、阻塞度、濾后水閥現有開度的反饋信號，通過PLC系統自動調整閥門的開度，從而確保濾池恒水位過濾。濾池反沖洗的控制方式有3種：①強制反沖；②根據阻塞值PLC系統自動反沖；③根據過濾時間PLC系統自動反沖。可根據實際生產狀況選擇濾池反沖洗的控制方式，普通快濾池反沖為水沖方式。

2.4 V型濾池站

該PLC站分為五個PLC子站，主要監控8格濾池的過濾、反沖洗過程及相關參數。每格濾池均裝有1個超聲波水位計和1個水頭損失儀，用來檢測濾池的液位和阻塞情況。濾池的清水閥為氣動的可調節比例閥(開啟度為0～ 100％)，根據濾池的液位、阻塞度、濾后水閥現有開度的反饋信號，通過PLC系統自動調整閥門的開度，從而確保濾池恒水位過濾。濾池反沖洗的控制方式有3種：①強制反沖；②根據阻塞值PLC系統自動反沖；③根據過濾時間PLC系統自動反沖。可根據實際生產狀況選擇濾池反沖洗的控制方式。V型濾池反沖為氣沖-氣水沖-水沖方式。

2．5 二泵房站

該PLC站主要監控7臺水泵的運行工況及相關參數。同時在出廠管線上裝有壓力變送器、流量計、濁度計、余氯分析儀等儀器儀表，用于在線檢測出廠水的水質狀況。1#～3#泵機為低壓電機，控制電壓為380V。4#～7#泵機為高壓電機，除5#泵機為6KV，其他3臺為10KV。低壓電機中1#為變頻控制，高壓電機中5#為變頻控制，可以組合為恒壓變頻控制系統。二泵房在全自控模式下，通過安裝在出廠水母管上的壓力傳感器，把出廠水壓力信號變成4～20 mA的標準信號送入變頻器，經運算與給定壓力參數進行比較，得出調節參數，由變頻器控制水泵的轉速，使出廠水的壓力保持在設定值上；針對目前宜興供水狀況，采用分時段恒壓供水。具體方法：將一天分為8個時段，每個時段的恒定壓力由上位機程序自動設定到PLC，PLC根據設定的壓力控制變頻器，實現該時段出廠水壓力在設定值。

2．6 中控室

中控室監控計算機與各PLC主站之間通過TCP/IP工業以太網通訊實現資源共享，各PLC主站之間通過TCP/IP除了對本站設備進行操作顯示外，還可了解其他站的情況。所用監控軟件Intouch V10.0人機界面好，功能強大，能根據需要進行動畫鏈接，比較直觀。中控室監控計算機設有原水泵站、加藥間、加氯間、普通濾池、V型濾池、反沖洗泵房、二泵房、自動化總覽、10 kV一次系統、低壓配電系統等監控窗口。另外Intouch V10.0軟件還具有實時、歷史趨勢功能，可將數據歸檔儲存，能夠了解生產參數的動態情況，便于生產調度管理。此外在中控室設有打印機，用于實時報警及生產報表打印。

3 軟件

該水廠自控系統的PLC選型AB公司的CompactLogix系列，編程軟件為Rslogix5000，工控組態軟件為Wonderware Intouch V10.0，系統以Rslinx2.55為OPC實現PLC和組態軟件Intouch V10.0之間的通訊，進行DDE動態數據交換。

建立Rslinx2.55網絡連接如下圖3：

圖3 建立Rslinx2.55網絡連接

還需要在DDE/OPC中建立與PLC子站的連接，設置好后，在Intouch V10.0中建立連接，如下圖4：

圖4 Intouch V10.0中建立連接

4 運行情況

該水廠自控系統從2008年陸續改造，至2010年改造結束，運行至今，原水泵站、二泵房的水泵機組能完全按程序自動開、停；濾池的各項控制指標均能達到設計的技術要求；加藥、加氯系統能在不同水質、水量情況下正常工作，實現自動控制，出廠水濁度控制在0．2～0．5 NTU，出廠水余氯控制在0．5～0．7mg／L。整個自控系統運行良好，實現了全廠運行自動化，保證了優質、低耗、安全供水。

參考文獻：

1.    PLC在昆明第六凈水廠的應用——吳文蔚；中國給水排水1999(3)；

2.    PLC在寧海臨港自來水廠自控系統中的應用——李澤明，杜茂安；中國給水排水2007（10）；