組態(tài)王在石灣水廠供水系統(tǒng)中的典型應(yīng)用

摘要: 石灣水廠是佛山市供水總公司下屬的兩個(gè)水廠之一。介紹了該水廠自控系統(tǒng)的組成、工藝操作模式及其運(yùn)行結(jié)果。 介紹了組態(tài)王與PLC結(jié)合在城市自來水自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的功能實(shí)現(xiàn),組態(tài)王web功能的應(yīng)用消除了水廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化信息孤島現(xiàn)象.

城市供水工程是保證居民日常生活用水、各行政企事業(yè)等單位用水的最基本的市政工程。隨著社會(huì)不斷向工業(yè)化方向發(fā)展，特別是我國改革開放以來，城市規(guī)模日益擴(kuò)大，居民人口迅速增長。另一方面水源卻更加緊張，水污染日趨嚴(yán)重。當(dāng)今城市供水設(shè)施的建設(shè)或改造，著眼于長期規(guī)劃，能夠有效利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成果，采用先進(jìn)的水處理、自動(dòng)化控制、通信等技術(shù)，保護(hù)有限的水資源，跟上城市不斷發(fā)展的步伐，滿足城市日常用水?dāng)?shù)量和質(zhì)量的要求。

石灣水廠是佛山市供水總公司下屬的兩個(gè)水廠之一，自1964年投產(chǎn)以來，現(xiàn)已形成三套相對(duì)獨(dú)立的供水系統(tǒng)，日供水能力達(dá)到45萬立方米，擔(dān)負(fù)著佛山市的供水重任。該廠曾于1991年建立了集中式遙測(cè)系統(tǒng)，但由于當(dāng)時(shí)條件所限，該系統(tǒng)硬件功能不強(qiáng)、軟件開發(fā)手段落后，系統(tǒng)維護(hù)困難，急需進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)的改造。

1、系統(tǒng)方案

根據(jù)石灣水廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，設(shè)備分散的特點(diǎn)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了“以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)、以工控組態(tài)軟件為集成平臺(tái)、以WEB訪問為信息擴(kuò)展”的系統(tǒng)解決方案。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)依據(jù)生產(chǎn)工藝流程，從地域上劃分為五大部分:調(diào)度室、一車間、二車間、三車間和WEB訪問用戶。如圖1所示，每個(gè)車間配置三套組態(tài)王軟件，負(fù)責(zé)一泵站、二泵站和凈水控制室三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的工藝過程。由于整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)各個(gè)數(shù)據(jù)采集站的硬件相對(duì)獨(dú)立、可單獨(dú)運(yùn)行，所以整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，即易于聯(lián)調(diào)、又方便系統(tǒng)擴(kuò)展維護(hù)。

2、自控系統(tǒng)構(gòu)成

石灣水廠三車間平面圖如圖2所示，此系統(tǒng)包括全廠中控室及取水泵房、加礬加氨加氯、回收泵房與反應(yīng)沉淀池、V型濾池和送水泵房等5個(gè) PLC子站，考慮到系統(tǒng)盡可能分散的原則，在濾池單池設(shè)有PLC控制臺(tái)。各PLC站均由一塊電源模塊，一塊CPU模塊，一塊通訊模塊以及若干塊輸入輸出(I/O)模塊組成。各PLC站之間以工業(yè)以太網(wǎng)通訊，各PLC站與中控室之間采用Ethernet通訊。

按照系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能石灣水廠三車間自動(dòng)控制系統(tǒng)由投礬、投氨、投氯、水質(zhì)監(jiān)測(cè)和控制子系統(tǒng)組成。中控室由2臺(tái)分別用于生產(chǎn)管理與監(jiān)控的Pentium III 計(jì)算機(jī)及2臺(tái)彩色打印機(jī)組成。計(jì)算機(jī)采用Windows NT操作系統(tǒng)，均配備有遵循以太網(wǎng)通訊協(xié)議的3COM通訊網(wǎng)卡，實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)，形成分布式工業(yè)控制網(wǎng)。其中監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用亞控公司的組態(tài)王監(jiān)控軟件，可顯示包括涉及PLC控制的機(jī)電、加礬加氯設(shè)備與濾池等在內(nèi)的模擬畫面，可對(duì)系統(tǒng)的所有設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和控制，并具備顯示工藝布置圖、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)、設(shè)備的工作狀態(tài)及實(shí)時(shí)/歷史報(bào)警信號(hào)、在線儀表的實(shí)時(shí)/歷史趨勢(shì)曲線、電機(jī)運(yùn)行時(shí)間等功能，同時(shí)可進(jìn)行離線/在線編程及設(shè)定參數(shù)的修改，編制和打印生產(chǎn)與管理報(bào)表。管理計(jì)算機(jī)可以通過以太網(wǎng)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，包括事件記錄，用于以后的分析及故障追蹤。

1、濾池監(jiān)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要監(jiān)控10格V型濾池的過濾、反沖洗過程及相關(guān)參數(shù)。每格濾池均裝有一個(gè)水位計(jì)和一個(gè)差壓計(jì)，用來檢測(cè)濾池的液位和濾池的阻塞情況。濾池的清水閥為無級(jí)可調(diào)比例閥 (開啟度為0～100%)，根據(jù)濾池的液位、阻塞值(即水頭損失值)、清水閥現(xiàn)有開度的反饋信號(hào)通過PLC系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)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(qiáng)制反沖；②根據(jù)阻塞值PLC系統(tǒng)自動(dòng)反沖；③根據(jù)過濾時(shí)間PLC系統(tǒng)自動(dòng)反沖。優(yōu)先原則是：第①種方式最為優(yōu)先，第②種方式次之，最后為第③種。濾池總體監(jiān)控圖如圖3所示。

濾池的操作方式有3種：①單池PLC控制臺(tái)操作，每格濾池單獨(dú)設(shè)有PLC控制臺(tái)，每個(gè)控制臺(tái)裝有5個(gè)閥門(進(jìn)水閥、清水閥、水沖閥、氣沖閥、排污閥)控制按鍵與1個(gè)顯示面板，可顯示5個(gè)閥門、2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)、2臺(tái)沖洗泵、故障信號(hào)以及濾池水位、阻塞值等參數(shù)；②V型濾池PLC站XBT操作；③中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)操作。中控室操作畫面如圖4所示。

2、排泥車監(jiān)控：對(duì)排泥閥、真空泵、行程開關(guān)以及電機(jī)等進(jìn)行控制，監(jiān)視水泵和車的報(bào)警狀態(tài)信息，排泥車可以設(shè)置手動(dòng)和自動(dòng)方式，并設(shè)置了對(duì)行車的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

每臺(tái)排泥車配置一臺(tái)微型PLC 控制器，控制器安裝于排泥車上，對(duì)排泥車的行走、定位、真空泵、電磁閥等實(shí)施自動(dòng)控制，減少滑導(dǎo)線的數(shù)量。由于沉淀池內(nèi)淤泥沉積的厚度不同，排泥車的行程將分成三段，對(duì)不同的行程區(qū)域，PLC控制將以濁度、流量、時(shí)間為參數(shù)，根據(jù)反時(shí)限原理，自動(dòng)計(jì)算安排不同的排泥工作周期和排泥次數(shù)。

3、投礬子系統(tǒng)：該系統(tǒng)采用米頓羅計(jì)量泵，其投加量根據(jù)抽水量按比例投加，同時(shí)根據(jù)反應(yīng)池反應(yīng)效果和沉淀池出水濁度對(duì)計(jì)量泵的沖程開度進(jìn)行手動(dòng)微調(diào)。系統(tǒng)監(jiān)控圖如圖6所示。

在自來水行業(yè)，加礬自動(dòng)控制系統(tǒng)是復(fù)雜和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。以流動(dòng)電流SCD為主參數(shù)形成負(fù)反饋控制的內(nèi)環(huán)，以出水蝕度信號(hào)為目標(biāo)值形成負(fù)反饋控制的外環(huán)，以源水流量及源水濁度值為參考值形成前饋控制模型，全系統(tǒng)中心控制器采用PID和智能模糊控制算法，消除大慣性系統(tǒng)的不利因素。保證清水濁度標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)采用雙回路投礬系統(tǒng)，互為備用，當(dāng)某一路發(fā)生故障比如：礬池液位下限；攪拌系統(tǒng)故障；計(jì)量泵故障；閥門故障；脈動(dòng)緩沖器故障；管路故障；需要檢修等情況時(shí)，均能自動(dòng)切換到另一路投礬系統(tǒng)。確保不間斷投加，保證供水質(zhì)量。礬液提升機(jī)和攪拌機(jī)：根據(jù)液位和時(shí)間啟停。

4、投氯子系統(tǒng)：該系統(tǒng)根據(jù)源水流量計(jì)的讀數(shù)按比例自動(dòng)投加，由氯瓶、電動(dòng)球閥、壓力開關(guān)、切換控制裝置、真空調(diào)器、加氯機(jī)、水射器及相應(yīng)管道組成，兩組氯瓶町互相切換，做到無間斷投氯。水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括各種水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀表，負(fù)責(zé)對(duì)源水、待濾水、出廠水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，為自動(dòng)投加系統(tǒng)提供水質(zhì)狀況反饋，為控制系統(tǒng)提供大量數(shù)據(jù)參數(shù)。系統(tǒng)監(jiān)控圖如圖7所示。

5、投氨子系統(tǒng)：該系統(tǒng)根據(jù)投氯量按比例投加，采用的壓力式投加系統(tǒng)為佛山市供水總公司首次使用，避免了舊投氨系統(tǒng)水射器投加孔經(jīng)常堵塞以至影響出廠水余氯的現(xiàn)象。投氨子系統(tǒng)由氨瓶、氨切換裝置、減壓閥、加氨機(jī)及相應(yīng)管道組成，兩組氨瓶可相互切換，從而實(shí)現(xiàn)無間斷投氨。監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖8所示。

自動(dòng)加氨系統(tǒng)以PH值、壓力、溫度、離子濃度、信號(hào)運(yùn)算輸出后經(jīng)變頻調(diào)節(jié)控制計(jì)量泵電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)，以控制加藥頻率，其中PH值為主閉環(huán)信號(hào)，離子濃度和溫度壓力為補(bǔ)償加藥信號(hào)；流量信號(hào)經(jīng)變送輸出后，經(jīng)行程調(diào)節(jié)器控制計(jì)量泵沖程以控制加藥量；采取除鹽水供水管的瞬時(shí)PH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，時(shí)刻保證了除鹽水供出的供水PH值穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)，避免了滯后和失調(diào)。

6、系統(tǒng)數(shù)據(jù)功能：除了對(duì)以上自系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控和工藝流程控制功能以外，系統(tǒng)還具備以下特點(diǎn)：使用清晰準(zhǔn)確的生產(chǎn)畫面描述生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作狀態(tài)和數(shù)據(jù)；監(jiān)控和記錄所有的報(bào)警信息；顯示實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線；存儲(chǔ)和查詢歷史數(shù)據(jù)；利用WEB技術(shù)發(fā)布實(shí)時(shí)生產(chǎn)信息，通過公司的局域網(wǎng)供其他授權(quán)用戶訪問。

本系統(tǒng)于2002年1月在石灣水廠生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。由于監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程都進(jìn)行了實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)控，值班管理人員通過監(jiān)視器就能了解生產(chǎn)運(yùn)行情況，出現(xiàn)事故可以及時(shí)處理，便于安排運(yùn)行，檢修計(jì)劃，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，達(dá)到了節(jié)能降耗、提高水質(zhì)，為合理調(diào)度提供了決策依據(jù)。組態(tài)王作為監(jiān)控軟件，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)得數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)警提示（包括聲音報(bào)警）、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并方便生成報(bào)表進(jìn)行輸出或打印，并且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)安全管理功能，保證了監(jiān)控系統(tǒng)的安全運(yùn)行。組態(tài)王具有方便的web發(fā)布技術(shù)，在石灣水廠得到了完美的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息與管理信息的動(dòng)態(tài)連接，為消除水廠生產(chǎn)過程自動(dòng)化信息孤島現(xiàn)象起到了典范的作用。