水廠自控系統(tǒng)建設(shè)與方案

1、徐土于水廠自控系統(tǒng)建設(shè)方案劉朋江蘇方洋水務(wù)有限公司目錄1 .徐燈水廠自控系統(tǒng)的構(gòu)成 21.1 自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與目標(biāo) 21.2 控制方式 32 .中控室 32.1 運(yùn)行監(jiān)視 32.2 運(yùn)行控制 32.3 數(shù)據(jù)管理 32.4 報(bào)警處理 42.5 報(bào)表及打印 42.6 Web數(shù)據(jù)服務(wù) 43 .各子站控制 43.1 原水泵房控制站 43.2 高效澄清池控制站 53.3 翻板濾池控制站 53.4 加氯加藥間控制站 73.5 臭氧活性炭間控制站 73.6 送水泵房控制站 83.7 污泥脫水間控制站 881 .徐燈水廠自控系統(tǒng)的構(gòu)成徐燈水廠自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下，每個(gè)子站都

2、可以通過(guò)兩條不同的通道與中控室進(jìn)行通訊，即使網(wǎng)絡(luò)中的一處光纖受到損傷，也不會(huì)影響中控室與主站之間的通訊。徐土于水廠自控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D1.1 自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與目標(biāo)徐燈水廠自控系統(tǒng)按照分散控制，集中管理的原則配置，全廠擁有一處中控 室，管理整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，并且在取水泵站、高效澄清池、加藥加氯間、濾池、活 性炭處理問(wèn)、送水泵房和污泥脫水間分別設(shè)置有 PLC控制站，PLC控制站組成光 纖以太環(huán)網(wǎng)，各控制站負(fù)責(zé)處理各站的數(shù)據(jù)采集和控制任務(wù)。自控系統(tǒng)具有以下功能:1）在線實(shí)時(shí)顯示各工藝環(huán)節(jié)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)工藝的要求對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中 的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行不同方式的顯示及報(bào)警提示；2）實(shí)時(shí)顯示全廠生產(chǎn)過(guò)程中各重要設(shè)備的運(yùn)行狀

3、態(tài)及參數(shù)，并對(duì)異常情況 進(jìn)行顯示和報(bào)警提示；3）根據(jù)進(jìn)水流量、出水濁度和加藥配比值來(lái)實(shí)現(xiàn)加藥系統(tǒng)的自控控制；4）采用自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)濾池的恒水位過(guò)濾。反沖洗根據(jù)濾池水位、濾層上下 差壓和閥門(mén)開(kāi)度實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、反沖洗到再運(yùn)行的全過(guò)程控制，同時(shí)也可實(shí) 現(xiàn)在操作畫(huà)面上進(jìn)行人工強(qiáng)制反沖洗；5）系統(tǒng)可根據(jù)出水總管壓力自動(dòng)進(jìn)行水泵的啟停與調(diào)節(jié)。1.2 控制方式徐燈水廠所有電動(dòng)設(shè)備均設(shè)集中控制和現(xiàn)場(chǎng)控制兩種控制方式， 其中集中控 制由運(yùn)行人員在中控室上位機(jī)上進(jìn)行， 現(xiàn)場(chǎng)控制則在就地控制箱上操作完成， 并 且擁有兩種優(yōu)先級(jí)，集中控制為最低優(yōu)先級(jí)，而現(xiàn)場(chǎng)操作為最高優(yōu)先級(jí)。中控室設(shè)置有自動(dòng)/手動(dòng)兩種控制方式，其中手動(dòng)控制

4、由運(yùn)行人員在中控室 上位機(jī)上進(jìn)行控制，自動(dòng)控制可由PLC系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)經(jīng)邏輯運(yùn)算后自 動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)有遠(yuǎn)程/就地兩種控制方式，其中遠(yuǎn)程方式由 PLC控制站進(jìn)行控 制，就地方式由運(yùn)行人員在現(xiàn)場(chǎng)的控制箱上進(jìn)行手動(dòng)操作。通常情況下，采用遠(yuǎn)程控制方式進(jìn)行控制，在控制系統(tǒng)維護(hù)或者檢修時(shí)，切換為就地方式進(jìn)行操作， 確保生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。2 .中控室中控室是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，集成了生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)， 可以 對(duì)整個(gè)廠區(qū)的全部生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、 管理及控制。同時(shí)，能夠?qū)ιa(chǎn)過(guò)程 中出現(xiàn)的各類報(bào)警進(jìn)行顯示及報(bào)警提示，并對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄。中控室通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)與各站PLC控制站進(jìn)行通訊，

5、中控室內(nèi)有兩臺(tái)操作員站 計(jì)算機(jī)用于監(jiān)控廠區(qū)的運(yùn)行，運(yùn)行人員通過(guò)操作員站的上位畫(huà)面監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程， 調(diào)整工藝參數(shù)，并控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。2.1 運(yùn)行監(jiān)視運(yùn)行人員通過(guò)操作員站上位機(jī)對(duì)廠區(qū)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視，包括設(shè)備的狀 態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)儀表數(shù)據(jù)、事故報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)等，用于實(shí)時(shí)、全面掌握廠區(qū)的生產(chǎn)過(guò) 程。2.2 運(yùn)行控制運(yùn)行人員通過(guò)操作員站上位機(jī)可根據(jù)需求以及調(diào)度指令調(diào)整廠內(nèi)生產(chǎn)，根據(jù)監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行記錄，優(yōu)化生產(chǎn)方式。2.3 數(shù)據(jù)管理操作員上位機(jī)記錄有各廠房系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)， 并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成 歷時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、生產(chǎn)報(bào)表。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，可分析生產(chǎn)質(zhì)量、成本指標(biāo)，并對(duì)設(shè) 備的運(yùn)行進(jìn)行管理。2.4 報(bào)警處理當(dāng)生

6、產(chǎn)過(guò)程或設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)，中控室發(fā)出報(bào)警提示及聲音報(bào)警信號(hào)。報(bào)警類型包括：2.5 泵故障；2）壓力、液位、流量異常；3）螺桿泵、攪拌機(jī)等設(shè)備故障；4）控制系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常；5）通訊故障。2.6 報(bào)表及打印中控室上位機(jī)自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表，報(bào)表中有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并可通過(guò)打 印機(jī)進(jìn)行打印。2.7 Web數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)可通過(guò)Wet®務(wù)器將運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)布至網(wǎng)絡(luò)，需求人員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行查 看。3 .各子站控制3.1 原水泵房控制站原水泵房水泵的啟停由調(diào)度人員根據(jù)清水池水位、送水泵房運(yùn)轉(zhuǎn)情況及外網(wǎng)需求變化決定。PLC控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)主要設(shè)備的信號(hào)監(jiān)測(cè)，一步化啟停和相應(yīng)的 故障處理。泵房水泵在備用狀態(tài)下進(jìn)

7、水閥敞開(kāi)， 水泵啟動(dòng)時(shí)先開(kāi)水泵，再將出水 閥開(kāi)到位，水泵停止的順序?yàn)殛P(guān)出水閥門(mén)，關(guān)水泵。在信號(hào)的連續(xù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中， 出現(xiàn)設(shè)備沒(méi)能正常完成動(dòng)作，或監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)超標(biāo)，即在現(xiàn)場(chǎng)觸控屏和中控室上 位機(jī)跳出報(bào)警提示，同時(shí)將正在執(zhí)行的命令復(fù)位，由操作人員根據(jù)實(shí)際情況解決 設(shè)備故障，待設(shè)備故障清除后，可在現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏或中控室上位機(jī)上清除報(bào)警提示，再行啟動(dòng)。原水泵房控制站的所有數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)專線與徐燈水廠中控室進(jìn)行數(shù)據(jù) 交換。1）原水泵站出水控制采用審級(jí)控制來(lái)控制出水總管壓力。用級(jí)控制的主控 量為出水總管壓力，副控量為原水泵站吸水井液位。把出水總管壓力控 制在0.250.3MPa之間；2）原水泵的互備聯(lián)鎖。4臺(tái)水泵

8、根據(jù)水廠及原水用戶的運(yùn)行負(fù)荷大小，互 備聯(lián)鎖模式分為一用兩備，兩用一備，并且可根據(jù)每臺(tái)泵的運(yùn)行累計(jì)時(shí) 間進(jìn)行循環(huán)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)水泵均勻磨損，避免某臺(tái)水泵經(jīng)常使用造成設(shè)備 疲勞或長(zhǎng)時(shí)間不用造成銹蝕；3）格柵機(jī)的自動(dòng)控制。格柵機(jī)通過(guò)時(shí)間繼電器進(jìn)行控制，每一小時(shí)運(yùn)行十 五分鐘，當(dāng)格柵機(jī)到達(dá)運(yùn)行時(shí)間，啟動(dòng)格柵機(jī)，這樣既能保證粗格柵每 次運(yùn)行都能耙上一定量的垃圾，提高運(yùn)行效率，又能防止由于垃圾過(guò)多 對(duì)格柵機(jī)造成損壞；4）本控制站采集所有原水泵房各儀表、水質(zhì)分析數(shù)據(jù)及相關(guān)泵閥設(shè)備啟停 信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏及徐燈水廠中控室。3.2 高效澄清池控制站3.3 動(dòng)排泥控制根據(jù)測(cè)得的澄清池出水濁度數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)運(yùn)行工況的

9、分析，在保證澄清池出 水濁度處于最佳范圍的情況下，求得開(kāi)始排泥的最佳濁度值和結(jié)束排泥時(shí)最合理 的濁度值，作為自動(dòng)排泥的上下限（此設(shè)定值可在線修改）。當(dāng)濁度達(dá)到上限設(shè)定值，發(fā)出開(kāi)始排泥預(yù)警并自動(dòng)開(kāi)啟排泥電動(dòng)閥，關(guān)閉回流電動(dòng)閥，開(kāi)始排泥； 當(dāng)濁度值降到下限設(shè)定值時(shí)，發(fā)出停止排泥的信號(hào)，開(kāi)啟回流閥，關(guān)閉排泥閥。2）污泥回流控制制水時(shí)根據(jù)來(lái)水量及污泥回流比自動(dòng)控制污泥螺桿泵的啟停和調(diào)節(jié)，同時(shí)打開(kāi)污泥回流閥，關(guān)閉污泥排泥閥。3）本控制站采集所有高效澄清池各儀表、水質(zhì)分析數(shù)據(jù)及相關(guān)泵閥設(shè)備啟 停信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏及中控室。3.4 翻板濾池控制站1）恒水位濾水自動(dòng)控制濾池水位的變化受進(jìn)水量的變化、濾層阻塞

10、值、過(guò)濾周期、待濾水濁度因素 影響。采用對(duì)濾池進(jìn)行恒水位控制，使得濾池在生產(chǎn)周期全過(guò)程濾速根據(jù)生產(chǎn)情 況自動(dòng)調(diào)節(jié)，避免了濾池在生產(chǎn)周期初始階段濾速過(guò)快，后期濾速過(guò)慢的問(wèn)題， 從而使濾后水濁度在生產(chǎn)周期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定。采用超聲波液位計(jì)檢測(cè)濾池液位變化 作為過(guò)程變量（PV,然后與設(shè)定值（S?進(jìn)行比較，計(jì)算出過(guò)程變量的變化趨 勢(shì)，再輸出控制信號(hào)（CM,調(diào)節(jié)出水閥來(lái)控制濾速，保持濾池液位恒定。2）翻板濾池自動(dòng)反沖洗自動(dòng)控制濾池反沖洗啟動(dòng)的控制條件是出水閥位超過(guò)高限、濾池差壓值達(dá)到設(shè)定值、 液位值超過(guò)高限和人工干預(yù)，當(dāng)前三種條件同時(shí)滿足，或后一種條件滿足時(shí)，就 啟動(dòng)自動(dòng)反沖洗系統(tǒng)。系統(tǒng)的運(yùn)行是由PLC的順序

11、控制系統(tǒng)邏輯控制的，具控制 如下：步驟1:啟動(dòng)條件預(yù)設(shè)（閥位高、差壓高、液位高、人工）；步驟2:條件觸發(fā)自動(dòng)反沖洗；步驟3:關(guān)閉濾池進(jìn)水閥，待濾池液位降至設(shè)定高度，關(guān)閉濾池出水閥。步驟4:開(kāi)反沖洗風(fēng)機(jī)放空閥，啟動(dòng)反沖洗風(fēng)機(jī)，延時(shí)60s待風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定；步驟5:打開(kāi)反沖洗進(jìn)氣閥，關(guān)閉反沖洗放空閥；步驟6:延時(shí)5min進(jìn)行氣沖；步驟7:啟動(dòng)反沖洗水泵，延時(shí)10s待水泵運(yùn)行穩(wěn)定，打開(kāi)反沖洗進(jìn)水閥；步驟8:液位上升至設(shè)定值，切換至下一濾池；步驟9:液位下降至設(shè)定值，打開(kāi)反沖洗進(jìn)水閥；步驟10:開(kāi)反沖洗風(fēng)機(jī)放空閥/關(guān)閉反沖洗進(jìn)氣閥。步驟11:停止反沖洗風(fēng)機(jī)運(yùn)行；步驟12:停止反沖洗給水泵運(yùn)行；步驟13:關(guān)

12、閉反沖洗進(jìn)水閥和反沖洗給水泵出口閥；至此反沖洗周期結(jié)束，進(jìn)入下一個(gè)過(guò)濾周期。濾池的反沖洗在不頻繁啟停反 沖洗水泵的情況下，可通過(guò)同時(shí)沖洗兩組或三組濾池， 以其中一組濾池作為氣沖 與水沖的過(guò)渡。濾池的自動(dòng)反沖洗系統(tǒng)控制將充分考慮現(xiàn)行實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行情況修正控制參 數(shù)，在上位機(jī)操作界面上將為運(yùn)行人員預(yù)留相關(guān)控制參數(shù)的修改界面。3）本控制站采集所有翻板濾池各儀表、水質(zhì)分析數(shù)據(jù)及相關(guān)泵閥設(shè)備啟停 信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏及中控室。3.5 加藥加氯間控制站1）加藥投加自動(dòng)控制加藥投加量主要根據(jù)澄清池、濾池出水濁度、原水流量和配比值來(lái)自動(dòng)控制。 前饋控制確定一個(gè)給出量，然后以高效澄清池、濾池出水濁度作為后饋信號(hào)來(lái)

13、調(diào) 節(jié)前饋給出量。由前饋給出量和后饋調(diào)節(jié)量就可獲得最佳劑量。采用多因子前饋-反饋控制系統(tǒng)來(lái)控制投藥，在 PLC上用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)以待濾水濁度為控制目標(biāo)的 多因子前饋-反饋控制系統(tǒng)。2）加氯自動(dòng)控制前加氯自動(dòng)控制前加氯的主要目的是殺死水中的微生物或氧化有機(jī)物，對(duì)前加氯自動(dòng)控制采用進(jìn)廠水流量比例前饋?zhàn)詣?dòng)控制，其運(yùn)算公式為Y=A*K*Q,Y為前加氯的投加量（mg/L）, A為給定值，K為單位原水投氯量（mg/L）,且該值可根據(jù)原水水質(zhì)分 析數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償調(diào)整，Q為原水進(jìn)水量（m3/L）。后加氯補(bǔ)加氯自動(dòng)控制出水總管余氯值與其設(shè)定值進(jìn)行比較， 控制系統(tǒng)根據(jù)兩者的偏差情況，采用 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使出水余氯穩(wěn)定在

14、設(shè)定值附近。前加、后加氯自動(dòng)控制可迅速調(diào)整由于處理水量變化產(chǎn)生的氯需求變化，可對(duì)余氯偏差進(jìn)行更準(zhǔn)確的修正，調(diào)整特性簡(jiǎn)單，同時(shí)也保證了出水質(zhì)量的穩(wěn)定性。3）本控制站采集所加氯加藥問(wèn)各儀表、水質(zhì)分析數(shù)據(jù)及相關(guān)泵閥設(shè)備啟停 信號(hào)傳送至現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏及中控室。3.6 臭氧活性炭間控制站1）臭氧發(fā)生系統(tǒng)臭氧系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)臭氧發(fā)生系統(tǒng)的運(yùn) 行狀態(tài)，主控系統(tǒng)依據(jù)進(jìn)水水量實(shí)時(shí)發(fā)送臭氧投加量至臭氧發(fā)生系統(tǒng)。2）活性炭系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)水流量可監(jiān)測(cè)到活性炭罐的進(jìn)水情況，當(dāng)流量降至設(shè)定值將提示進(jìn)入 反沖洗，打開(kāi)反沖洗進(jìn)水閥和出水閥，通過(guò)壓力變送器監(jiān)測(cè)反沖強(qiáng)度，反沖600s 后，停止反沖洗泵，關(guān)閉

15、反沖洗進(jìn)水閥和出水閥，打開(kāi)濾水進(jìn)水閥和出水閥，進(jìn) 入備用狀態(tài)。（活性炭處理間手動(dòng)閥已經(jīng)聯(lián)系施工單位查看過(guò)現(xiàn)場(chǎng)，正在準(zhǔn)備采 購(gòu)階段。）3）本控制站采集臭氧活性炭問(wèn)各儀表數(shù)據(jù)及相關(guān)泵閥設(shè)備啟停信號(hào)傳送至 現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏及中控室。3.7 送水泵房控制站送水泵房控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定的出廠水壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)工頻水泵的運(yùn)行數(shù)量和 變頻水泵的運(yùn)行頻率，當(dāng)管網(wǎng)負(fù)荷增大，變頻水泵的頻率控制達(dá)到高限時(shí)，自動(dòng) 增加一臺(tái)工頻水泵投入運(yùn)行，當(dāng)管網(wǎng)負(fù)荷減小，變頻水泵的頻率控制達(dá)到低限時(shí)， 自動(dòng)減少一臺(tái)工頻水泵運(yùn)行，根據(jù)管網(wǎng)負(fù)荷變化實(shí)時(shí)對(duì)水泵運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào) 整。PLC控制系統(tǒng)根據(jù)指令，一步化啟停水泵。在信號(hào)的連續(xù)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，出現(xiàn) 設(shè)備沒(méi)能正常完成運(yùn)行，或監(jiān)測(cè)到的電流超限等異常情況，即在現(xiàn)場(chǎng)觸控屏和中 控室上位機(jī)跳出報(bào)警提示畫(huà)面，同時(shí)將正在