某水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及建議

1、某水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及建議摘要：對某水廠的自控系統(tǒng)存在的問題進行了分析，并結(jié)合實際情況，依據(jù)個人觀點，提出自控系統(tǒng)改善建議。關(guān)鍵詞：PLC；工業(yè)以太網(wǎng)；現(xiàn)場總線；分析與建議引 言參看一些文獻，發(fā)現(xiàn)我國水廠自動化在20世紀80年代得到了較大規(guī)模的發(fā)展，大量國外先進的自動化控制技術(shù)與設(shè)備進入我國，建成了一批全引進的水廠，使我國水廠自動化進程大大加快，自動化水平也快速提高。但由于歷史和現(xiàn)實的原因，我國水廠自動化的總體發(fā)展水平還不高，發(fā)展也不平衡。而且，在一些已實現(xiàn)自動化的水廠中，其功能并未充分發(fā)揮出來。有的自控系統(tǒng)從未運行過，一直處于閑置狀態(tài);有的運行一段時間后變?yōu)榱耸謩樱踔撂幱诎c瘓狀態(tài)，造成了

2、自動化系統(tǒng)和設(shè)備的極大浪費。對于這些水廠自動化中出現(xiàn)的問題，究其原因，與目的（盲目追求高標準，忽視管理和運行）、設(shè)計（自控功能僅實現(xiàn)手自動轉(zhuǎn)換，與工藝無關(guān)）、設(shè)備（配套問題、備品備件及維護改造問題）和管理（缺乏管理制度和維護隊伍）等多種問題有關(guān)。正 文一、某水廠自控系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的問題某水廠于2010年基本完成了水廠自動控制的系統(tǒng)建設(shè)并投入試運行，系統(tǒng)采用PC+PLC（計算機可編程控制器）方式構(gòu)成集散型自動控制系統(tǒng)，PLC采用羅克維爾公司的SLC500系列產(chǎn)品，大部分自控設(shè)備為進口品牌產(chǎn)品。水廠地處寧波市鄞州山區(qū)，與城區(qū)高差為五十余米，水源取自鄞西皎口水庫。日常供水時期，水廠利用廠區(qū)與市區(qū)的高

3、差，采用重力流輸水，節(jié)約了電耗。水庫低水位時，開啟取水提升水泵供水。某水廠工藝：皎口水庫（取水泵房）加藥、前加氯折板反應(yīng)池平流式沉淀池V型濾池后加氯清水池輸水管網(wǎng)用戶其中主要設(shè)備為提升水泵5臺，加礬計量泵4個，加氯機5臺， PAM、石灰配置和投加系統(tǒng)各1組，平流式沉淀池4組，往復式刮泥機8組，泄氯回收裝置一組，加藥增壓泵3臺，反沖洗鼓風機3臺，反沖洗水泵3臺，濾池及氣動閥20組，空氣壓縮機兩臺，污泥脫水板框機2組以及各類水質(zhì)檢測儀表若干。某水廠工作人員根據(jù)總公司中心調(diào)度室的調(diào)度指令，通過設(shè)置在各個崗位的自控裝置，控制有關(guān)設(shè)備，進行取水、加藥、加氯、沖洗等一系列自動控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視操作。水廠的自

4、控系統(tǒng)投入運行一年以來，基本實現(xiàn)例如數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、信息管理，圖形監(jiān)控功能，報表功能，支持報警和事件窗口，歷史數(shù)據(jù)處理功能等功能，總體上是安全、可靠的，但隨著自控技術(shù)的發(fā)展以及對自控需求的不斷變化，逐漸暴露出一些問題，亟待完善：1、上位機監(jiān)控系統(tǒng)（組態(tài)軟件）a）保存的實時和歷史監(jiān)控數(shù)據(jù)有限，無法方便地獲取以及利用采集的數(shù)據(jù)。b）報警功能不全，暫無聲光報警，操作人員很難及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，存在較大的運行風險。c）水廠工藝參數(shù)主要為人工干預(yù)和報表記錄，不利于操作人員觀察比較工藝參數(shù)的變化，僅憑借人員的工作經(jīng)驗來管控工藝運行。d）軟件程序編輯復雜，功能簡單，但不易修改，未對人員進行專業(yè)培訓，不

5、利于PLC程序故障的診斷和修改。e）自控運行速率較低，自控界面切換及信息傳輸會產(chǎn)生一到數(shù)秒時間的滯后。f）公司與水廠之間沒有網(wǎng)絡(luò)通訊，公司無法監(jiān)視水廠的實時運行狀況，水廠也無法獲取管理信息。2、總控制中心系統(tǒng)a）DLP顯示屏及其附件由于DLP顯示屏為不常用的設(shè)備部分，開啟次數(shù)有限，但全套系統(tǒng)時常會發(fā)生一些例如開啟失敗、顯示誤差的狀況，水廠人員未參與到系統(tǒng)安裝、調(diào)試過程，需要加強DLP顯示屏管理軟件，硬件接線的相關(guān)培訓，以實現(xiàn)日后DLP顯示屏正常顯示功能（它也是作為水廠對外的關(guān)鍵窗口系統(tǒng)）。b）CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)未建立相關(guān)監(jiān)控視頻系統(tǒng)運行管理制度，該系統(tǒng)目前屬于閑置狀態(tài)，并

6、未有專人進行看管和維護，并且整個系統(tǒng)的管理、運行、操作部分還有待人員培訓。3、工業(yè)現(xiàn)場自控設(shè)備3.1 取水泵房取水泵房的取水方式有兩種：當水庫水位達到設(shè)定水位時取水通過兩只調(diào)流閥自流，當?shù)陀谠O(shè)定水位時取水通過取水泵進水。調(diào)流閥的控制方式有手動、中控和自動控制三種。自動控制時，PLC根據(jù)“進水流量”參數(shù)自動調(diào)節(jié)閥門開度，以保證清水池水位保持在最佳水位段。提升水泵的控制方式有手動、中控和自動控制三種。自動控制時，操作人員通過計算機鍵盤或鼠標下達的命令，來一步化開、關(guān)相應(yīng)的取水泵和其出口閥門。PLC根據(jù)“每小時進水流量”來自動調(diào)節(jié)，以保證清水池水位控制在最佳的水位。其主要問題為遇到外圍來水變化或者應(yīng)

7、急事故而需要進行調(diào)流閥與提升水泵人工切換時，水廠相關(guān)人員的操作還不到位，需要建立相關(guān)制度來規(guī)范操作。3.2 加藥系統(tǒng)某水廠加藥間現(xiàn)安裝有4組加礬系統(tǒng)。加礬系統(tǒng)可以中控開關(guān)的設(shè)備有加礬泵、出礬閥門、配礬進水閥門和進藥閥門，檢測的開關(guān)量有加礬泵、出礬閥、配礬進水、藥閥門的開停信號；檢測的模擬量有加礬泵的頻率和沖程、礬池液位、加礬泵加藥流量等。配礬、加礬與礬池切換的控制方式有手動、中控、自動三種，自動加礬系統(tǒng)屬于前饋控制，根據(jù)礬原液濃度以及需礬量自動調(diào)節(jié)加藥濃度。主要存在問題有配礬礬液消泡未徹底導致藥液濃度偏差，以及前饋控制的反應(yīng)周期較長，應(yīng)急性較弱。3.3 加氯系統(tǒng)加氯系統(tǒng)的主要設(shè)備有氣源切換部分

8、（手動干預(yù)）、加氯機、漏氯報警系統(tǒng)等，控制前加氯、后加氯自動投加。主要功能有自動加氯、漏氯報警等。加氯控制分為加氯機控制以及PID控制（未投用）兩種方式，兩種方式互為備用。3.4 濾池系統(tǒng)某水廠的V型濾池共二十格，整個控制系統(tǒng)由一個反沖洗公共PLC站和二十個濾格子站來控制。主要被控設(shè)備有：三臺鼓風機，三臺反沖洗泵，濾池的氣動進水、排水閘閥和氣沖、水沖、清水蝶閥以及排氣閥，在線液位儀、濁度儀等。每個濾格系統(tǒng)可獨立完成恒水位的自動控制，濾池的自動反沖洗暫為人工強制沖洗。濾池系統(tǒng)為水廠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所控制的設(shè)備、儀表也較多發(fā)生故障的概率較大，值班人員和維護人員需要通過自控系統(tǒng)和日常巡檢，加強對于整個系

9、統(tǒng)監(jiān)控以防止癱瘓，如發(fā)生全廠停電事件等特殊情況，需要時刻注意濾格閥門的開啟狀況避免溢池現(xiàn)象發(fā)生。3.4 絮凝與消毒控制技術(shù)目前水廠的加藥加氯系統(tǒng)僅按單位進水流量比例來控制藥劑的投加量。該控制方式不能根據(jù)水質(zhì)的變化自動調(diào)節(jié)投加量，在線儀表雖配置數(shù)量很多，但多僅用于在線監(jiān)測，并未對水廠運行產(chǎn)生自動控制效果，日常運行主要依靠化驗室的攪拌試驗以及凈水工的經(jīng)驗進行控制，水質(zhì)控制的班組差異性較大。3.5 沉淀池刮泥和排泥由于沉淀池PLC通訊模塊損壞，現(xiàn)行刮泥機周期運行無效，電腦界面的刮泥機運行情況與現(xiàn)場實際情況不符合。實際情況中，刮泥機的周期仍需要到現(xiàn)場調(diào)試，來配合自控系統(tǒng)的強制排泥操作。3.6 污泥脫水

10、系統(tǒng)某水廠的污泥脫水板框機以及附屬進泥泵和水泵、PAM配置系統(tǒng)，均為成套一體化系統(tǒng)，自控系統(tǒng)僅用作實時監(jiān)控，該系統(tǒng)設(shè)備資料和操作規(guī)程也并未正式移交，對運行和維護產(chǎn)生一定問題。3.7 防雷及應(yīng)急處理由于水廠處于高發(fā)雷區(qū)，近期幾次雷電沖擊也對水廠的設(shè)備造成一定損失，因此自控系統(tǒng)應(yīng)充分考慮雷電尤其是感應(yīng)雷的防護。同時，對于遇到突發(fā)事故而造成停電的設(shè)備和生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要詳細編制應(yīng)急預(yù)案來進行合理控制，對于水廠PLC柜加裝UPS，重要電氣設(shè)備加裝EPS（沉淀池進水EPS未加裝完全），從各環(huán)節(jié)上將雷電對自控系統(tǒng)的影響降至最低。二、自控系統(tǒng)建議1、水廠在建設(shè)初期時，受人員和素質(zhì)的限制，沒有將自己的技術(shù)力量參與設(shè)

11、計、安裝、調(diào)試過程，影響了系統(tǒng)的實際運行效果。在自控系統(tǒng)的建立過程后，要開展自控人員專題培訓，注意軟件的構(gòu)成及軟、硬件配置，軟件編程等，以便深入了解控制系統(tǒng)，利于后期進行維護管理。2、加強對運行人員的培訓，這是保證系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。在水廠日常運行中，離不開運行人員的全程監(jiān)控和管理。開展對于自控受控設(shè)備的原理、性能以及常見故障診斷的培訓是必要的，這樣既提高運行水平和巡視觀察的準確性，也提高了處理意外事故的能力。3、建立以下自控系統(tǒng)運行管理制度，以使水廠在運行時，自動化系統(tǒng)便在較完善的管理制度下運行：3.1 水廠電動(或稱“手動”)操作規(guī)程包括各個設(shè)備的說明書以及操作規(guī)程（必要時可以請生產(chǎn)廠商和

12、技術(shù)人員提供說明書原件及譯文，或者協(xié)助編制操作規(guī)程）該操作規(guī)程應(yīng)不僅適合在水廠自動化設(shè)備退出運行時，運行人員仍可在現(xiàn)場對工藝設(shè)備進行操作，從而確保水廠不間斷供水，同時，它也適合在調(diào)試時、或設(shè)備檢修后的單體設(shè)備控制。3.2 計算機安全管理制度為避免計算機病毒感染，必須做到專機專用，自控網(wǎng)絡(luò)中的計算機只能用于控制網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控，不得使用未經(jīng)許可的軟盤、光盤及移動存儲設(shè)備，從根本上杜絕病毒的入侵。三、自控運行的思考1、某水廠的反應(yīng)池自動排泥是根據(jù)PLC設(shè)定的排泥周期和排泥時間來自動完成開閥、排泥計時、關(guān)閥等排泥過程，基本上是以時間作為運行參數(shù)。而污泥的堆積程度與許多因素有關(guān)：源水濁度的變化、絮凝效果的好

13、壞、水體微生物的含量、水量的變化、水溫的變化甚至氣壓的高低都可能影響污泥的堆積程度。排泥量的不穩(wěn)定會造成沉淀池出水濁度上升，濾池進水水質(zhì)下降，濾池負擔過重，從而帶來濾池運行效果下降以及板框機排泥效率不足（進泥含水量過高）等問題。因此，時間不能作為自動排泥的唯一參數(shù)，是否可以加設(shè)泥位計、污泥界面儀等儀器，實時監(jiān)測沉淀池污泥濃度和泥量，及時調(diào)整排泥時間。2、日前，水廠運行面臨的挑戰(zhàn)就是在遇到突發(fā)情況（比如雷擊、停電等）而造成自控系統(tǒng)故障無法正常啟用時，特別是出現(xiàn)旺季供水時節(jié)自控故障而導致不能正常供水情況，如何保證水廠穩(wěn)定、持續(xù)供水。這里需要處理的幾項問題就是自控系統(tǒng)差錯和恢復水廠各個運行環(huán)節(jié)的手自動切換，安全防范措施確保有效等，這里涉及到相關(guān)技術(shù)支持包括上位機程序重啟、PLC程序丟失、通訊故障應(yīng)急處理、自控模塊線路故障處理。因此，需要進行PLC源程序（譯文），常見故障及恢復說明，模塊線路更換連接培訓等培訓，從而確保后續(xù)廠內(nèi)自控系統(tǒng)能夠進行合理調(diào)整、日常維護、軟件程序重啟復位、硬件模塊更換，保證自控系統(tǒng)正常運行。3、提供一份各個自控設(shè)備生產(chǎn)廠家（或者經(jīng)銷