摘 要：本文以開平振華水廠自動化改造為例，簡單介紹了德國西門子公司的PLC自動化系統(tǒng)。我國中小型水廠眾多，對這些水廠有很好的借鑒意義。
　　關鍵詞：自動化 改造 PLC
　　中圖分類號：TN929.5文獻標識碼：A文章編號：1672-3791(2011)11(c)-0089-02
　　
　　1 系統(tǒng)概述
　　廣東開平供水集團公司振華水廠竣工于1994年底，現(xiàn)有日供水能力為6立方米，屬中小型水廠。該廠原有設計控制部分停留在現(xiàn)場手動控制方式，從加藥、加氯到水質(zhì)分析，從過濾、反沖洗到二級泵站供水，都存在手動操作給水可靠性、穩(wěn)定性帶來的缺陷，不能滿足生產(chǎn)運行的要求。水廠生產(chǎn)自動化是提高凈水技術的重要措施，為適應《城市供水行業(yè)2000年技術進步發(fā)展規(guī)劃》要求，對中小型水廠進行自動化改造是必要的和可行的。其作為國家“九五”攻關項目的依托工程之一，振華水廠在自動化改造方面引進了德國西門子公司的PLC自動化系統(tǒng)，更換上由德國生產(chǎn)的加藥系統(tǒng)、加氯系統(tǒng)，在保留濾池閥門的情況下，更換了閥門的電動頭，在工藝關鍵部位增添了一批進口在線式監(jiān)測儀表。
　　
　　2 自控系統(tǒng)的組成與功能
　　整個系統(tǒng)主要由中央控制室兩臺計算機、模擬屏及現(xiàn)場兩套PLC裝置組成，自控系統(tǒng)采用計算機-PLC集散型控制系統(tǒng)，分成中央控制室集中監(jiān)控管理，現(xiàn)場PLC分散控制和現(xiàn)場操作臺手動控制共三級控制。
　　
　　3 水廠工藝流程
　　改造后實現(xiàn)加藥、加氯、過濾、反沖洗及泵站供水的自動化控制，工藝流程為圖1。
　　
　　4 自動化改造
　　4.1 加藥系統(tǒng)
　　改造前采用重力與泵壓聯(lián)合投加：藥液從高位藥池流入藥泵，經(jīng)提升至高度與藥池頂約相平的緩沖罐，然后應用重力投加。藥泵的使用克服了投加量受藥池液位高度變化影響，但不能避免受原水管道壓力變化影響。在水質(zhì)水量發(fā)生變化時，憑經(jīng)驗人為調(diào)節(jié)造成滯后和不準確。
　　改造后，加藥系統(tǒng)采用隔膜計量泵、變頻調(diào)速電機和SCD5200流動電流儀。其中以原水流量為前饋量控制電機頻率，流量愈大，頻率愈大，轉速愈高；以SCD儀檢測混合水SC值為反饋量控制計量泵沖程。PID調(diào)節(jié)器由中控室PLC內(nèi)部PID功能塊經(jīng)程序優(yōu)化設計運行。
　　4．2 加氯系統(tǒng)
　　改造前只有后加氯，投加量的偏差多少依據(jù)一小時后檢測耗氧量、余氯值來估計，再手動改變加氯機開度，調(diào)節(jié)氯氣流量，調(diào)節(jié)粗糙，反饋過慢。
　　改造后，后加氯采用復合環(huán)控制，并增加前加氯系統(tǒng)。
　　前加氯按原水流量比例投加，屬開環(huán)控制。后加氯以原水流量為前饋量，以濾后水余氯為反饋量進行投加，屬閉環(huán)控制。整個加氯控制由中控室PLC完成。
　　增加前加氯作預處理，有效殺死藻類、魚類，避免其在沉淀池和濾池里大量繁殖。應當說明，后加氯流量信號仍取之于原水流量，是因為濾后水流量僅在反沖洗過程中（時間約10分鐘內(nèi)）與原水流量相差較大，其余時間與原水流量相差無幾，且有余氯儀檢測反饋。這種前后反饋復合環(huán)控制加氯技術保證后氯系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，也適應水量和水質(zhì)變化。
　　4.3 濾池系統(tǒng)
　　過濾是水處理工藝的最重要把關環(huán)節(jié)，其控制系統(tǒng)的開發(fā)研制也是水處理工作者多年來一直研究的課題之一。由于濾池類型的不同使得過濾單元的控制系統(tǒng)形式有所差別，但為適應不同規(guī)模、不同類型濾池，我們開發(fā)研制的過濾單元控制系統(tǒng)具有應用范圍廣、適合于各種類型濾池的過濾單元的特點。在系統(tǒng)開發(fā)研制時，我們主要從濾池的操作運行和過濾性能的角度，對提高已建水廠濾池的過濾效果，實現(xiàn)濾池的自動反沖洗進行了重點的研究。
　　由于濾池類型的不同，其要求的過濾濾速也不盡相同。我們開發(fā)的控制系統(tǒng)對已建水廠的過濾濾速通過出水閥門的調(diào)節(jié)和濾池內(nèi)水位儀的監(jiān)測來實現(xiàn)濾池的恒水位過濾。在此強調(diào)指出恒水位過濾不僅保證過濾的效果，而且保證濾后水流量盡量穩(wěn)定，便于后氯投加。
　　反沖洗是濾池單元操作的最重要工作之一。我們開發(fā)的控制系統(tǒng)采用中心控制PLC，控制濾池的水質(zhì)周期，到時開啟反沖洗閥門，實現(xiàn)自動反沖洗。系統(tǒng)的PLC程序中，主要變化參數(shù)的修改簡單易行，具有良好的通用性和兼容性。
　　原濾池過濾通過手動調(diào)節(jié)進水閥和濾水閥門，造成水位忽升忽降且各濾池水位高度不一，濾速不均。
　　開平水廠改造過程中保留了原水的閥門，增加了進口電動頭號和調(diào)節(jié)器，改造后，保持進水閥全開，以超聲波水位儀和角度轉換器分別監(jiān)測濾池水位和濾水閥開度，執(zhí)行PID指令后，送出開度控制信號，實現(xiàn)恒水位過濾。
　　過濾到一定周期進行自動反沖洗。為簡單起見，反沖洗省去按阻塞值條件控制，當過濾能力下降并形成一定水頭差，值班人發(fā)現(xiàn)水位突破恒定水位并不斷上升，經(jīng)確定濾池過濾效力差后，由值班人員進行強制反沖洗。
　　振華水廠實現(xiàn)了濾池恒水位過濾和自動反沖洗。
　　4.4 二級泵站系統(tǒng)
　　泵站單元部分我們主要集中開發(fā)了二泵站單元的控制系統(tǒng)。由于二泵站前承水處理廠后接供水管網(wǎng)，其為后續(xù)供水管網(wǎng)的輸水提供能量，因此，供水管網(wǎng)壓力穩(wěn)定不僅減小爆管的機率，而且通過調(diào)速達到節(jié)能的目標。
　　我們開發(fā)研制的恒壓供水控制系統(tǒng)，采用泵站PLC，利用壓力傳感器，通過對具有調(diào)節(jié)能力的水泵進行變頻調(diào)速來實現(xiàn)二泵站的恒壓供水。
　　改造前，四臺型號一致大泵和一臺小泵都是定速泵。手動控制出水閥門開度來調(diào)節(jié)供水壓力，浪費能量且不適應管網(wǎng)壓力變化。改造后，利用壓力變送器的壓力反饋，一號大泵進行變頻調(diào)速，達到恒壓力供水目標，出廠水壓力控制在設定壓力；同時，水泵出水閥門處于全開啟狀態(tài)，不承受出水壓力，增加了閥門使用壽命，通過水泵電機頻率調(diào)整，一般是頻率調(diào)低，電機電流降低，也增加了電機使用壽命。
　　4.5 監(jiān)控系統(tǒng)
　　根據(jù)我國已建成的水廠特點，其集散型計算機監(jiān)控系統(tǒng)應分為三級控制，即中央控制室集中監(jiān)控管理，現(xiàn)場PLC分散控制和現(xiàn)場操作臺手動控制。我們開發(fā)研制的中心監(jiān)控系統(tǒng)主要突出兩個特點：一個是監(jiān)視，一個是控制。
　　4．5．1 故障診斷功能
　　對于PLC外部控制電路和I/O接線系統(tǒng)的故障檢測診斷，由用戶程序找出最佳矛盾邏輯狀態(tài)組，及時發(fā)現(xiàn)故障點，同時開啟報警并記錄。通過啟動“報警置位”功能進行復位，以消除故障。
　　4．5．2 生產(chǎn)報表生成功能
　　為了保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)可靠、準確，生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)均由下位機PLC采集并處理，生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)均由PLC運算處理，直接產(chǎn)生小時生產(chǎn)數(shù)據(jù)、日生產(chǎn)數(shù)據(jù)、月生產(chǎn)數(shù)據(jù)、季生產(chǎn)數(shù)據(jù)、年生產(chǎn)數(shù)據(jù)，一般情況下PLC是不會中斷運行的，建立生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)庫Wincc監(jiān)控軟件還具有數(shù)據(jù)補調(diào)功能，即使有某些數(shù)據(jù)丟失，還可以補調(diào)回來，避免了電腦數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)因關機、停電、或電腦故障等原因，造成數(shù)據(jù)丟失，無法產(chǎn)生完整的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。
　　振華水廠自動化投入運行一年多來，生產(chǎn)報表準確，給水廠生產(chǎn)管理提供了極大的方便，大大地減少了過去繁重的數(shù)據(jù)處理工作。
　　
　　5 結語
　　振華水廠自動化生產(chǎn)自1999年8月系統(tǒng)改造投入運行，至今已多年運行正常。通過摸索和提高，逐步掌握了其運行規(guī)律，生產(chǎn)管理日趨走向成熟，運行效果是得以發(fā)現(xiàn)和不斷加強。水廠自動化生產(chǎn)對節(jié)電、節(jié)礬收到了明顯效果，創(chuàng)造出較好的經(jīng)濟效益。我國中小型水廠遍布全國各地，普遍需要建立自動化系統(tǒng)，但長期受經(jīng)濟、技術等因素困擾而難以實現(xiàn)，開平振華水廠自動化系統(tǒng)的成功應用對這些水廠有很好的借鑒意義。同時也具體說明了實現(xiàn)水廠自動化的根本目的是切實提高水廠運行的經(jīng)濟效益和社會效益。在今后的研究中，要加強自動化系統(tǒng)的集成化、成套化、系列化工作，為大規(guī)模的推廣應用作好準備。
　　
　　參考文獻
　　[1]解智.水廠水處理自動化控制系統(tǒng)[J].現(xiàn)