組態王在石灣水廠供水系統中的典型應用

摘要: 石灣水廠是佛山市供水總公司下屬的兩個水廠之一。介紹了該水廠自控系統的組成、工藝操作模式及其運行結果。 介紹了組態王與PLC結合在城市自來水自動化控制系統中的功能實現,組態王web功能的應用消除了水廠生產過程自動化信息孤島現象.

城市供水工程是保證居民日常生活用水、各行政企事業等單位用水的最基本的市政工程。隨著社會不斷向工業化方向發展，特別是我國改革開放以來，城市規模日益擴大，居民人口迅速增長。另一方面水源卻更加緊張，水污染日趨嚴重。當今城市供水設施的建設或改造，著眼于長期規劃，能夠有效利用現代科學技術的成果，采用先進的水處理、自動化控制、通信等技術，保護有限的水資源，跟上城市不斷發展的步伐，滿足城市日常用水數量和質量的要求。

石灣水廠是佛山市供水總公司下屬的兩個水廠之一，自1964年投產以來，現已形成三套相對獨立的供水系統，日供水能力達到45萬立方米，擔負著佛山市的供水重任。該廠曾于1991年建立了集中式遙測系統，但由于當時條件所限，該系統硬件功能不強、軟件開發手段落后，系統維護困難，急需進行自動化系統的改造。

1、系統方案

根據石灣水廠生產環節多，設備分散的特點，系統的設計采用了“以局域網為基礎、以工控組態軟件為集成平臺、以WEB訪問為信息擴展”的系統解決方案。整個監測系統依據生產工藝流程，從地域上劃分為五大部分:調度室、一車間、二車間、三車間和WEB訪問用戶。如圖1所示，每個車間配置三套組態王軟件，負責一泵站、二泵站和凈水控制室三個相對獨立的工藝過程。由于整個監控系統各個數據采集站的硬件相對獨立、可單獨運行，所以整個監控系統的設計采用模塊化、結構化設計，即易于聯調、又方便系統擴展維護。

2、自控系統構成

石灣水廠三車間平面圖如圖2所示，此系統包括全廠中控室及取水泵房、加礬加氨加氯、回收泵房與反應沉淀池、V型濾池和送水泵房等5個 PLC子站，考慮到系統盡可能分散的原則，在濾池單池設有PLC控制臺。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站之間以工業以太網通訊，各PLC站與中控室之間采用Ethernet通訊。

按照系統實現功能石灣水廠三車間自動控制系統由投礬、投氨、投氯、水質監測和控制子系統組成。中控室由2臺分別用于生產管理與監控的Pentium III 計算機及2臺彩色打印機組成。計算機采用Windows NT操作系統，均配備有遵循以太網通訊協議的3COM通訊網卡，實時采集生產數據，形成分布式工業控制網。其中監控計算機采用亞控公司的組態王監控軟件，可顯示包括涉及PLC控制的機電、加礬加氯設備與濾池等在內的模擬畫面，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、電機運行時間等功能，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。管理計算機可以通過以太網采集現場數據，形成數據存儲，包括事件記錄，用于以后的分析及故障追蹤。

1、濾池監控系統：該系統主要監控10格V型濾池的過濾、反沖洗過程及相關參數。每格濾池均裝有一個水位計和一個差壓計，用來檢測濾池的液位和濾池的阻塞情況。濾池的清水閥為無級可調比例閥 (開啟度為0～100%)，根據濾池的液位、阻塞值(即水頭損失值)、清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。優先原則是：第①種方式最為優先，第②種方式次之，最后為第③種。濾池總體監控圖如圖3所示。

濾池的操作方式有3種：①單池PLC控制臺操作，每格濾池單獨設有PLC控制臺，每個控制臺裝有5個閥門(進水閥、清水閥、水沖閥、氣沖閥、排污閥)控制按鍵與1個顯示面板，可顯示5個閥門、2臺鼓風機、2臺沖洗泵、故障信號以及濾池水位、阻塞值等參數；②V型濾池PLC站XBT操作；③中控室監控計算機操作。中控室操作畫面如圖4所示。

2、排泥車監控：對排泥閥、真空泵、行程開關以及電機等進行控制，監視水泵和車的報警狀態信息，排泥車可以設置手動和自動方式，并設置了對行車的各種參數進行設置。

每臺排泥車配置一臺微型PLC 控制器，控制器安裝于排泥車上，對排泥車的行走、定位、真空泵、電磁閥等實施自動控制，減少滑導線的數量。由于沉淀池內淤泥沉積的厚度不同，排泥車的行程將分成三段，對不同的行程區域，PLC控制將以濁度、流量、時間為參數，根據反時限原理，自動計算安排不同的排泥工作周期和排泥次數。

3、投礬子系統：該系統采用米頓羅計量泵，其投加量根據抽水量按比例投加，同時根據反應池反應效果和沉淀池出水濁度對計量泵的沖程開度進行手動微調。系統監控圖如圖6所示。

在自來水行業，加礬自動控制系統是復雜和關鍵的環節。以流動電流SCD為主參數形成負反饋控制的內環，以出水蝕度信號為目標值形成負反饋控制的外環，以源水流量及源水濁度值為參考值形成前饋控制模型，全系統中心控制器采用PID和智能模糊控制算法，消除大慣性系統的不利因素。保證清水濁度標準。本系統采用雙回路投礬系統，互為備用，當某一路發生故障比如：礬池液位下限；攪拌系統故障；計量泵故障；閥門故障；脈動緩沖器故障；管路故障；需要檢修等情況時，均能自動切換到另一路投礬系統。確保不間斷投加，保證供水質量。礬液提升機和攪拌機：根據液位和時間啟停。

4、投氯子系統：該系統根據源水流量計的讀數按比例自動投加，由氯瓶、電動球閥、壓力開關、切換控制裝置、真空調器、加氯機、水射器及相應管道組成，兩組氯瓶町互相切換，做到無間斷投氯。水質監測系統包括各種水質監測儀表，負責對源水、待濾水、出廠水水質進行檢測，為自動投加系統提供水質狀況反饋，為控制系統提供大量數據參數。系統監控圖如圖7所示。

5、投氨子系統：該系統根據投氯量按比例投加，采用的壓力式投加系統為佛山市供水總公司首次使用，避免了舊投氨系統水射器投加孔經常堵塞以至影響出廠水余氯的現象。投氨子系統由氨瓶、氨切換裝置、減壓閥、加氨機及相應管道組成，兩組氨瓶可相互切換，從而實現無間斷投氨。監控系統圖如圖8所示。

自動加氨系統以PH值、壓力、溫度、離子濃度、信號運算輸出后經變頻調節控制計量泵電機轉數，以控制加藥頻率，其中PH值為主閉環信號，離子濃度和溫度壓力為補償加藥信號；流量信號經變送輸出后，經行程調節器控制計量泵沖程以控制加藥量；采取除鹽水供水管的瞬時PH值進行調節，時刻保證了除鹽水供出的供水PH值穩定在規定范圍內，避免了滯后和失調。

6、系統數據功能：除了對以上自系統的數據監控和工藝流程控制功能以外，系統還具備以下特點：使用清晰準確的生產畫面描述生產現場的操作狀態和數據；監控和記錄所有的報警信息；顯示實時趨勢曲線和歷史趨勢曲線；存儲和查詢歷史數據；利用WEB技術發布實時生產信息，通過公司的局域網供其他授權用戶訪問。

本系統于2002年1月在石灣水廠生產監控系統正式投入運行，系統運行穩定可靠。由于監控系統對整個生產過程都進行了實時連續監控，值班管理人員通過監視器就能了解生產運行情況，出現事故可以及時處理，便于安排運行，檢修計劃，提高勞動生產率，達到了節能降耗、提高水質，為合理調度提供了決策依據。組態王作為監控軟件，實現了系統得數據監控、數據統計、報警提示（包括聲音報警）、歷史數據存儲并方便生成報表進行輸出或打印，并且實現了系統安全管理功能，保證了監控系統的安全運行。組態王具有方便的web發布技術，在石灣水廠得到了完美的應用，實現了生產信息與管理信息的動態連接，為消除水廠生產過程自動化信息孤島現象起到了典范的作用。