大丰水厂自动化控制系统设计和应用

　　1　水厂概述中山市大丰自来水有限公司是目前中山市最大的供水厂之一，目前设计日供水能力进60 万m3，取用的是西江小榄水道水源，采用的是常规工艺，包括原水泵房、加药和消毒间、反应池、沉淀池、砂滤池、清水池、清水泵房、污泥处理等生产环节，通过引进国外先进的工艺、设备和自动化控制系统技术，系统运行稳定可靠。

　　

　　2　生产自动化控制系统设计2.1　系统综述大丰自动控制系统各子站采用施耐德的Premium 系列 PLC 采集现场数据和控制设备，上位机组态软件采用了公司的INTOUCH 10.0 监控软件，数据存储采用了WONDERWARE 公司的INSQL 10.0 数据库， 通过实时数据库和数据转换程序自动将数据录入生产管理信息系统（PDMSIS），采用INTOUCH 10.0 只读服务器实现生产数据通过移动终端进行访问。

　　

　　2.2　自动化控制系统构成和网络结构自动化控制系统的拓扑结构如图1 所示，整个控制系统分为4 层结构，最底下是现场设备层，包括仪表和阀门、电气设备、执行机构等；第2 层是现场控制层， 由各个车间共13 套主要的PLC 控制系统组成， PLC 负责采集仪表和设备的数据，并控制设备的运行；第3 层是SCADA 监控层，包括2 台监控组态上位机、INSQL 实时和历史数据库和3 套闭路电视监控系统，组态软件将各车间的工艺数据和设备状态汇总显示给生产操作员工，并进行数据分析，控制设备的运行方式，并完成报警、曲线等，将数据存储至历史数据库，通过闭路电视系统观察现场设备的运行状态等；第4 层是生产管理层，通过生产管理系统对数据进行自动录入和补充录入，进行生产数据统计分析处理，为优化生产的运行提供有价值的数据，同时通过数据远程发布系统，方便管理人员通过移动端浏览生产数据。

　　

　　图1　网络拓扑结构3　现场控制层PLC 程序设计现场控制层由原水泵房、PAC 投加、前后加氯消毒、沉淀池排泥车和排泥阀、一期和二期滤池、清水泵房、积污池和污泥脱水系统等岗位的PLC 控制系统组成，系统各现场控制站均采用了Schneider 电气TSX Premium 系列模块化PLC 进行控制。

　　

　　3.1　PAC 加药自动系统PAC 加药自动系统的控制过程是通过检测的原水流量，按照设定的千吨水加注矾量（ppm）来实施比例自动投加，ppm是生产根据一系列的条件检测出来的变化值，另外，如果水质变化特别异常，也可以人工干预适时地调整投加的比例系数；PLC 设定投加量后，与泵机出口的PAC 投加计量流量计的检测值比较，调节计量泵的冲程开度为要求的投加量。

　　

　　3.2　加氯自动控制系统前加氯采取按原水流量比例投加的方式，原理与PAC 自动投加系统类似。

　　

　　后加氯采用的是专家决策加复合环控制投加的控制方式，复合环控制采用的是按滤后水流量比例和滤后水余氯反馈的PID 闭环控制系统。

　　

　　在实践中，我们发现后加氯面临滤后水流量波动大，一方面是由于工艺设计上的原因造成滤后水流量计有一定误差，对以流量为比例的PID 控制系统调节造成了困难；另一方面是由于反冲洗造成滤后水的水量的变化较快，而余氯变化检测的滞后时间长，PID 控制系统在调节中难于及时反应，因此传统的流量比例加余氯复合环控制的自动投氯在使用中我们发现效果并不理想。

　　

　　为了提高自动加氯系统的稳定性，我们在闭环控制系统中引入了专家自动决策过程，生产人员发现反冲洗过程中如果对加氯机不采取前置措施则在反冲过程中滤后水余氯波动将会较大甚至超标，因此自动加氯系统程序设计时通过施耐德Premium 系列的Read_var 指令将滤池的待反冲状况读取至后加氯系统中，通过查表取得对应的经验值，完成在反冲前自动减氯的过程。另外通过施耐德系列的Read_var 指令将原水流量读取至后加氯系统中，并且对在反冲期间复合环中使用的控制流量引入原水流量作为滤后流量的校正系数。

　　

　　通过引入专家决策程序，整个后加氯的自动控制稳定性得到了较大的提高。

　　

　　3.3　滤池自动控制系统大丰采用的是V 型滤池，滤池阀门全部采用气动阀，其中1 期共10 格滤池，2 期共8 格滤池，均采用了施耐德系列PLC，滤池过滤采用的是恒水位PID 控制，PLC 采集滤格水位，并与设定的控制水位相比较，得出差值进行相应的PID运算后去控制清水蝶阀的开度，来调节滤格的出水量，使得滤池水位保持在设定值。

　　

　　4　结语大丰水厂的自动化控制系统经过精心设计和反复调试改进，整个监控系统使用方便、功能较强，系统投入正式运行后稳定可靠，故障率低，具有较好的参考价值。

　　

　　参考文献：[1] 马正午,周得兴.过程可视化组态软件intouch 应用技术[M].北京.机械工业出版社