引言

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，城市人口增加，各行各業(yè)發(fā)展迅速，供水人口和供水面積不斷增加，而在改革開(kāi)放前修建的供水廠仍然保持著人工值守，手工操作的現(xiàn)狀，其安全及穩(wěn)定供水都達(dá)不到現(xiàn)在的需要?；谝陨显颍瞎┧O(shè)備需要進(jìn)行自動(dòng)化改造。老供水設(shè)備需要進(jìn)行改造的原因有：①管理效率偏低；②供水設(shè)備需要有人看守，一般實(shí)行三班倒，大量費(fèi)用用于人工；③上級(jí)不能隨時(shí)掌握供水設(shè)備的運(yùn)行情況，設(shè)備隱患不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。而PLC(可編程控制器)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化改造的關(guān)鍵，所有的自動(dòng)化控制內(nèi)容都由控制器編程實(shí)現(xiàn)。對(duì)于濾池來(lái)說(shuō)，采取集中、單獨(dú)控制器共同工作的方式來(lái)降低控制器故障的風(fēng)險(xiǎn)性，這是濾池控制系統(tǒng)自動(dòng)化發(fā)展的一種趨勢(shì)。

1  PLC可編程控制器概況

PLC(可編程控制器)是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了通訊技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，有取代計(jì)數(shù)繼電器、記時(shí)、執(zhí)行邏輯等順序控制功能，建立柔性的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)口。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)PLC的規(guī)定是：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。PLC是采取順序掃描，不斷循環(huán)的方式進(jìn)行工作的，即在PLC運(yùn)行時(shí)，PLC根據(jù)用戶按控制要求編好并存放于用戶程序存儲(chǔ)器中的程序，按指令步序號(hào)或地址號(hào)作周期性循環(huán)掃描，如無(wú)跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開(kāi)始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開(kāi)始下一輪掃描，在每一次掃描過(guò)程中，還要完成對(duì)輸入信號(hào)的采樣和對(duì)輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個(gè)掃描周期必須經(jīng)過(guò)輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段及其他一些輔助階段，其中的輸入采樣和輸出刷新在有的場(chǎng)合也稱之為I/O刷新。

2  改造方案

以廣西某水廠為例：該水廠有一個(gè)進(jìn)水泵房、一個(gè)送水泵房。作為改革開(kāi)放時(shí)期修建的供水設(shè)備，自動(dòng)化水平相對(duì)較低，人員須在各生產(chǎn)工藝段的設(shè)備周圍手動(dòng)控制。供水廠中的供水設(shè)備需要進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)升級(jí)改造，做以下改進(jìn)：對(duì)于進(jìn)水泵和送水泵上安裝的真空泵、手動(dòng)閥、電動(dòng)閥等需同時(shí)啟動(dòng)的設(shè)備，安裝PLC設(shè)備對(duì)其實(shí)行遠(yuǎn)程控制，以減少操作設(shè)備的復(fù)雜性，保證人員的安全。而對(duì)于水泵電機(jī)的各點(diǎn)工作溫度數(shù)據(jù)的采集采用分級(jí)控制模式，本系統(tǒng)的主控站是中控室(調(diào)度室)，本地子控制站就是泵房現(xiàn)場(chǎng)。操作員站實(shí)時(shí)監(jiān)控全廠的生產(chǎn)運(yùn)行狀況所使用的是中控室兩臺(tái)互為冗余的操作員級(jí)的上位機(jī)，可自動(dòng)控制或手動(dòng)供水設(shè)備；為了使系統(tǒng)在最佳的狀態(tài)下運(yùn)行，使用一臺(tái)監(jiān)控上位機(jī)作為工程師管理員站，以便及時(shí)修改生產(chǎn)運(yùn)行的控制程序和重要數(shù)據(jù)等。

3  流程

3.1進(jìn)水泵房調(diào)度的具體流程

為保證進(jìn)水壓力的穩(wěn)定，進(jìn)水泵房需設(shè)定不同規(guī)格的供水設(shè)備的啟動(dòng)順序以及停止順序，并保證一定的延遲時(shí)間。對(duì)于一級(jí)泵站來(lái)說(shuō)，若出水量超過(guò)在用斜管沉淀池的最大負(fù)荷量時(shí)，則減少l臺(tái)潛水泵的運(yùn)行。為了保證斜管沉淀池的出水水質(zhì)：減少運(yùn)行供水設(shè)備時(shí)，以運(yùn)行累計(jì)臺(tái)時(shí)多的供水設(shè)備投入運(yùn)行；每次增開(kāi)供水設(shè)備時(shí)，則以運(yùn)行累計(jì)臺(tái)時(shí)少的供水設(shè)備投入運(yùn)行。要保證供水設(shè)備不能頻繁開(kāi)關(guān)，與此同時(shí)也要保持清水池經(jīng)常處于較高的水位。一臺(tái)供水設(shè)備在啟動(dòng)后，要不少于1h的運(yùn)行時(shí)間。目前，供水廠控制中心為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。在下達(dá)開(kāi)啟設(shè)備的指令后，最先做的是確定清水池水位高低，進(jìn)一步?jīng)Q定是否有啟動(dòng)真空泵的必要。當(dāng)水位未達(dá)到規(guī)定值，則打開(kāi)與之相對(duì)應(yīng)的抽氣電磁閥，開(kāi)啟真空泵；若水位高于規(guī)定值，供水設(shè)備直接啟動(dòng)，打開(kāi)與之對(duì)應(yīng)的出水電動(dòng)蝶閥。如果引水成功，真空信號(hào)發(fā)生器會(huì)發(fā)出信號(hào)，這時(shí)需要關(guān)閉電磁閥，啟動(dòng)水泵，并打開(kāi)與之相對(duì)應(yīng)的出水電動(dòng)蝶閥。如果供水設(shè)備沒(méi)有按規(guī)定流程啟動(dòng)，機(jī)器就會(huì)報(bào)警。供水設(shè)備的電機(jī)發(fā)生故障，運(yùn)行系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停泵，并及時(shí)發(fā)出故障信號(hào)。為保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，備用供水設(shè)備會(huì)自動(dòng)投入運(yùn)行。供水設(shè)備在運(yùn)行之后，緊接著啟動(dòng)加藥間“RTU”程序。關(guān)泵指令下達(dá)后，按照規(guī)程，先關(guān)閉對(duì)應(yīng)出水電動(dòng)蝶閥，供水設(shè)備再停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2送水泵房調(diào)度的具體流程

自來(lái)水公司中心調(diào)度室向送水泵房控制發(fā)出調(diào)度命令，水廠中值班的工作人員通過(guò)中央控制室對(duì)供水設(shè)備發(fā)出指令進(jìn)行操作。為保證出廠壓力的穩(wěn)定送水泵房需安裝變頻器。如果出廠水壓瞬間大幅度(0.1~0.15MPa)下降，此時(shí)出廠的輸水總管道發(fā)生爆裂，應(yīng)及時(shí)應(yīng)，立即關(guān)閉與之相對(duì)應(yīng)的水泵和閘閥。送水泵房需安裝兩個(gè)設(shè)備，一個(gè)是PLC，另一個(gè)是終端觸摸屏，兩個(gè)設(shè)備配合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、共享及就地遠(yuǎn)程控制。如遇到突發(fā)狀況，比如停電故障，送水泵房所有供水設(shè)備都已通過(guò)遠(yuǎn)程控制被鎖定，在恢復(fù)供電時(shí)，再逐臺(tái)啟動(dòng)，直至達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行所需供水設(shè)備的臺(tái)數(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)泵房的操作由中控室控制、機(jī)旁操作箱控制、泵站控制箱控制三部分組成。

3.3數(shù)據(jù)最后匯總

送水泵房和進(jìn)水泵房的采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)PLC的通訊模塊及現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)收集后，傳輸?shù)脚c2部PC機(jī)組成一個(gè)總線網(wǎng)絡(luò)，這2部Pc機(jī)再通過(guò)網(wǎng)卡聯(lián)機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。供水設(shè)備控制中心的終端觸摸屏，一方面對(duì)該供水廠的設(shè)備進(jìn)行操作顯示，另一方面還可了解其他供水點(diǎn)的時(shí)時(shí)情況。供水設(shè)備控制中心在中控室顯示進(jìn)水、送水窗口。在各自的窗口顯示與之相關(guān)的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，隨時(shí)控制機(jī)器，提高了效率以及操作的準(zhǔn)確性。

4  老供水設(shè)備自動(dòng)化改造的意義

(1)加速供水廠設(shè)備自動(dòng)化改造建設(shè)的進(jìn)程，打造一個(gè)高自動(dòng)化、高效率的供水廠，以打破以前的局面。工藝流程自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)，提高產(chǎn)水質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動(dòng)力，加快調(diào)度反應(yīng)速度，在藥耗和能耗方面做到節(jié)能的最大化。

(2)通過(guò)PLC對(duì)老供水設(shè)備的改造，進(jìn)一步完善了供水設(shè)備，各個(gè)階段的設(shè)備都處于熱備用狀態(tài)，通過(guò)遠(yuǎn)程控制，開(kāi)停機(jī)、泵、閥做到準(zhǔn)確遙控，準(zhǔn)確微調(diào)，將生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性和安全性進(jìn)一步提高了，減少了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命。

5  老供水設(shè)備自動(dòng)化控制的發(fā)展方向

5.1向開(kāi)放式系統(tǒng)發(fā)展

PLC系統(tǒng)在發(fā)展的最初時(shí)期，缺少標(biāo)準(zhǔn)，在當(dāng)時(shí)這個(gè)過(guò)程領(lǐng)域中發(fā)展起來(lái)的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，多為非標(biāo)準(zhǔn)封閉式系統(tǒng)，有很多不方便的地方。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在開(kāi)放型和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程中，逐漸趨向于采用Windows.NET、UNIX等，這樣的視窗技術(shù)和開(kāi)放式操作系統(tǒng)。

5.2發(fā)展小型系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)具有質(zhì)量好、功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴。鑒于這些原因，PLC系統(tǒng)現(xiàn)在向小規(guī)模方向發(fā)展，入機(jī)聯(lián)系和通訊功能進(jìn)一步加強(qiáng)。對(duì)于老供水廠而言，小型化降低了改造的成本，也保證了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.3控制系統(tǒng)中引入媒體技術(shù)

在機(jī)器運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障或是數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定，多媒體技術(shù)通過(guò)成像，聲音等遠(yuǎn)程監(jiān)控，并操作供水設(shè)備，進(jìn)一步提高了設(shè)備調(diào)控的及時(shí)性，也在一定程度上保證了人員的安全，避免了不必要的傷害。將多媒體技術(shù)引入自動(dòng)化的控制系統(tǒng)，將給供水設(shè)備的自動(dòng)化改造帶來(lái)新的跨越。

5.4管控一體化

供水廠的管控一體化是指在一個(gè)終端對(duì)整體設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并針對(duì)出現(xiàn)的突發(fā)狀況進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，以保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。通過(guò)該系統(tǒng)還可對(duì)用水用戶管理、水費(fèi)管理等。利用該系統(tǒng)，不但對(duì)本水廠供水設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)管理，還能對(duì)全市的各個(gè)地區(qū)的供水流量、壓力的供水指標(biāo)實(shí)時(shí)匯總，實(shí)時(shí)分析。

6 結(jié)束語(yǔ)

供水廠作為一個(gè)民生部門，老供水廠的自動(dòng)化建設(shè)與新建水廠的自動(dòng)化建設(shè)有很大的不同，在建設(shè)老供水廠的自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)要堅(jiān)持兩個(gè)原則：一是要保護(hù)已有投資，不能大肆變動(dòng)，否則會(huì)失去改造的意義；二是不影響正常供水。改造工程的實(shí)施要分部分項(xiàng)進(jìn)行，在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)充分了解各工藝段的運(yùn)行情況，將復(fù)雜重復(fù)和操作不便的勞動(dòng)自動(dòng)化，減少無(wú)意義功能的改建，將運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和投資風(fēng)險(xiǎn)降到最低。老供水廠的改造受到多方面因素的共同制約，在自動(dòng)化改造過(guò)程中要穩(wěn)重求快，并保證居民正常用水不受影響。