時(shí)間：2022-10-05 08:12:41
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引言
PLC，即可編程邏輯控制技術(shù)（Programmable Logic Controller），起源于上個(gè)世紀(jì)60年代末，是繼繼電器之后的主要機(jī)械設(shè)備控制技術(shù)，具有邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算等多項(xiàng)功能，用數(shù)字化技術(shù)代替原有的機(jī)械設(shè)備控制方法，可以極大地提高控制信息輸入、輸出速度，提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和工作效率，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行控制領(lǐng)域。自來(lái)水企業(yè)作為大型生產(chǎn)服務(wù)企業(yè)，機(jī)械設(shè)備使用規(guī)模很大，在自來(lái)水企業(yè)生產(chǎn)中使用PLC控制技術(shù)，是保障自來(lái)水正常、穩(wěn)定、安全生產(chǎn)、供應(yīng)的重要技術(shù)措施，也是自來(lái)水廠提高現(xiàn)代化水平，打造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。加強(qiáng)對(duì)PLC技術(shù)的深入研究，對(duì)于實(shí)現(xiàn)自來(lái)水企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行，具有極為深遠(yuǎn)的積極意義。
1 水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)分析
自來(lái)水廠是重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是工業(yè)生產(chǎn)、居民生活的重要保障，是現(xiàn)代城市正常運(yùn)行中不可或缺的組成部分。自來(lái)水廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括配電系統(tǒng)、出水泵房、沉淀池以及濾池等單元。這些單元通過(guò)控制室的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度、管理，相關(guān)設(shè)備運(yùn)行信息從一線傳遞到控制室，控制室以此做出指示并將指令發(fā)送給一線，有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備予以執(zhí)行。下面，就對(duì)自來(lái)水廠的的自動(dòng)化控制系統(tǒng)各項(xiàng)功能進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
1.1 自動(dòng)化系統(tǒng)具有顯示功能
自來(lái)水廠自動(dòng)化系統(tǒng)可以將系統(tǒng)內(nèi)主要機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以指標(biāo)形式顯示出來(lái)，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的主要工藝參數(shù)進(jìn)行顯示，以此使得技術(shù)人員對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有著較為全面的了解和掌握，從而進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)整和操控。
1.2 自動(dòng)化系統(tǒng)具有報(bào)警功能
針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常情況，系統(tǒng)設(shè)置了相應(yīng)的報(bào)警功能，一旦設(shè)備狀況出現(xiàn)問(wèn)題，偏離允許范圍，報(bào)警系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，提升相關(guān)部門(mén)人員處理，并顯示出具體的報(bào)警信息和畫(huà)面，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中可以打印查看。
1.3 自動(dòng)化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一定程度的自我控制和操作
在實(shí)際工作中，中央控制室可以對(duì)生產(chǎn)流程中的機(jī)械設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行必要的調(diào)整和控制，并對(duì)PLC系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)以及分控站的程序進(jìn)行重新設(shè)定。
1.4 自動(dòng)化系統(tǒng)具有可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行有效管理
為了充分發(fā)揮PLC的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制目的，自來(lái)水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)建立了生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)和事故數(shù)據(jù)庫(kù)，分別對(duì)應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中和事故處理過(guò)程中需要的相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)、整理、分析以及使用。當(dāng)工作需要時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)指定的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理，提存數(shù)據(jù)使用并做好相關(guān)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)積累。
1.5 自動(dòng)化系統(tǒng)具有輸出和打印報(bào)表功能
針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各項(xiàng)信息、數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以對(duì)其進(jìn)行分析、整理，并以報(bào)表的形式輸出打印出來(lái)，為管理者決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
1.6 自動(dòng)化系統(tǒng)具有通訊功能
總調(diào)度室和中控室之間具有專線聯(lián)系，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，以保證數(shù)據(jù)和信息的有效傳遞與溝通。
1.7 自動(dòng)化系統(tǒng)建有WEB服務(wù)器
這一功能主要是為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息共享提供服務(wù)的。
2 自來(lái)水廠水處理流程
自來(lái)水廠生產(chǎn)中使用的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是為企業(yè)生產(chǎn)而服務(wù)的，所以受企業(yè)生產(chǎn)工藝流程影響很大，不同的工藝路線、處理方法、機(jī)械設(shè)備等都會(huì)使得自動(dòng)化系統(tǒng)呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。但萬(wàn)變不離其宗，我國(guó)自來(lái)水廠所采用的水處理流程大體上還是相同的，一般包括取水、制藥、加藥、混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒和送水等環(huán)節(jié)。
水廠的水主要來(lái)自于湖泊、河流、地表水和地下水等。這些水源通過(guò)輸送管道進(jìn)入水廠時(shí)會(huì)帶入大量雜質(zhì)，必須經(jīng)過(guò)必要的處理才能滿足人們生產(chǎn)、生活使用要求。在水的處理過(guò)程中，第一道工序就是除去水中的大量雜質(zhì)和有害物質(zhì)，水中存在的懸浮物、膠體以及細(xì)菌等危害人類健康的有害成分都是需要清除、凈化的對(duì)象。水廠取得水源后按照實(shí)際的生產(chǎn)需要采用合理的生產(chǎn)工藝，根據(jù)工藝參數(shù)等條件科學(xué)進(jìn)行混凝劑的配制。在向水中加入混凝劑的同時(shí)還要通入氯氣，利用氯氣的消毒殺菌作用對(duì)水中的微生物、細(xì)菌進(jìn)行處理。在藥劑的作用下，水中雜質(zhì)形成顆粒狀的凝體，這個(gè)過(guò)程稱之為混凝。在這一過(guò)程中，三氯化鋁、硫酸鋁等水處理藥劑被大量使用。之所以使用含鋁藥劑，主要是因?yàn)殇X具有很強(qiáng)的吸附能力，可以促進(jìn)水中的雜質(zhì)和懸浮物的聚集。實(shí)際使用過(guò)程中，水處理藥劑溶解在水中后，析出大量鋁粒子，在其作用下，許多常態(tài)下難以沉淀的雜質(zhì)顆粒等形成絮粒狀，并在重力的作用下向下沉淀，在將這部分沉淀與水主體分離，從而達(dá)到除雜的目的。水廠中主要使用沉淀池進(jìn)行這一過(guò)程。水加入藥劑后先導(dǎo)入沉淀池，進(jìn)行沉淀，達(dá)到處理效果后再導(dǎo)入下一工序。隨著生產(chǎn)時(shí)限的增長(zhǎng)，沉淀池中沉淀的污物越來(lái)越多，必須使用石英砂等具有孔隙的顆粒物將它們排除過(guò)濾，并利用濾料層的粘附性攔截水中的懸浮顆粒。這一過(guò)程中，水中的細(xì)小雜質(zhì)、細(xì)菌、有機(jī)物等都得到了較好的凈化處理。但由于石英砂吸附的雜質(zhì)不能自動(dòng)消除，必須定期清洗，才能保證過(guò)濾層的工作效率和質(zhì)量。在此之后，水還要進(jìn)行必要的消毒處理，以清除水中殘余的細(xì)菌病毒等，保證用水安全。最后處理好的水導(dǎo)入清水池匯中，向用戶供應(yīng)。
3 PLC控制在自來(lái)水水廠自動(dòng)化控制的應(yīng)用
3.1 使用PLC可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制
邏輯控制是PLC技術(shù)的最基本功能。水廠的生產(chǎn)過(guò)程中存在大量的開(kāi)關(guān)量，通過(guò)PLC對(duì)這些開(kāi)關(guān)量進(jìn)行有效的邏輯控制。在PLC問(wèn)世之前，繼電器是實(shí)現(xiàn)這一功能的常用技術(shù)，PLC出現(xiàn)后，可以更加簡(jiǎn)潔、高效、迅速的的實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制以及單個(gè)設(shè)備的控制等多種功能。此外，在多個(gè)水廠生產(chǎn)流水線中，加礬、加氯等操作也可由PLC進(jìn)行自動(dòng)化控制。
3.2 PLC可以進(jìn)行模擬量控制
在水廠生產(chǎn)過(guò)程中，溫度、流量、壓力、液位等是重要的生產(chǎn)參數(shù)，必須對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。而這些參數(shù)控制的實(shí)現(xiàn)主要依賴于PLC的編程控制。PLC控制系統(tǒng)配置有配套的轉(zhuǎn)換模塊，模擬量可在編程控制器的作用下進(jìn)行控制。
4 結(jié)束語(yǔ)
憑借著強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，PLC在水廠自動(dòng)化控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，水廠自動(dòng)化水平會(huì)越來(lái)越高，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)更加寬廣，發(fā)揮的作用也會(huì)不斷加大。各水廠要高度認(rèn)識(shí)到PLC的重要作用，深入研究，不斷探索，將PLC的作用發(fā)揮到最大，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活用水安全提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。
參考文獻(xiàn)
[1]劉玉芹，劉敬文.PLC在長(zhǎng)治污水處理廠中的應(yīng)用[J].中國(guó)儀器儀表，2005（9）.
【關(guān)鍵詞】水廠；自動(dòng)化；問(wèn)題；對(duì)策
近年來(lái)，我國(guó)供水事業(yè)蓬勃發(fā)展，各項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，其中自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用是近年來(lái)自來(lái)水廠生產(chǎn)發(fā)展的最大特點(diǎn)，但同時(shí)其存在諸多設(shè)計(jì)、設(shè)備和管理方面的問(wèn)題，嚴(yán)重制約水廠自動(dòng)化水平的提高。
1.水廠自動(dòng)化中存在的常見(jiàn)問(wèn)題
1.1水廠自動(dòng)化的設(shè)計(jì)問(wèn)題[1]
水廠的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的連續(xù)過(guò)程，對(duì)于其自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求較高，涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，設(shè)計(jì)本身具有一定的難度，故在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題較多，影響了自動(dòng)化功能的發(fā)揮，甚至影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
（1）缺乏統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，對(duì)控制系統(tǒng)的持久性和未來(lái)發(fā)展規(guī)劃一致性考慮不夠全面，導(dǎo)致控制系統(tǒng)開(kāi)放性和擴(kuò)展性不夠，造成系統(tǒng)很快落后于生產(chǎn)發(fā)展的需要。
（2）功能設(shè)置過(guò)于復(fù)雜。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，由于片面追求高標(biāo)準(zhǔn)，致使功能設(shè)置過(guò)于復(fù)雜，而忽略了水廠的實(shí)際工藝情況和管理水平，使系統(tǒng)的故障率增高，而維護(hù)管理又跟不上，導(dǎo)致關(guān)鍵工藝的自動(dòng)控制得不到保證。
（3）功能設(shè)置過(guò)于簡(jiǎn)單。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，工藝過(guò)程的功能設(shè)置過(guò)于簡(jiǎn)單，達(dá)不到控制要求，特別是關(guān)鍵工藝的控制要求，造成雖有自動(dòng)化系統(tǒng)，但關(guān)鍵工藝（如投藥等）仍由手動(dòng)完成的現(xiàn)象，失去了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的實(shí)際意義。
（4）設(shè)置過(guò)多的手動(dòng)功能。有些設(shè)計(jì)為了在自動(dòng)化系統(tǒng)故障時(shí)不影響生產(chǎn)，而設(shè)置了過(guò)多的手動(dòng)操作功能，從設(shè)計(jì)上就將自動(dòng)化系統(tǒng)置于可有可無(wú)的地位，既造成了設(shè)備的重復(fù)投資，也使生產(chǎn)人員產(chǎn)生了不正確的依賴心理，加上運(yùn)行管理改革力度不夠，出現(xiàn)了自控設(shè)備擱置不用而仍由人工手動(dòng)操作的現(xiàn)象。
（5）設(shè)計(jì)人員水平不夠。水廠的自動(dòng)化設(shè)計(jì)涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，要求設(shè)計(jì)人員既要掌握先進(jìn)的控制技術(shù)，又要熟悉生產(chǎn)工藝過(guò)程，同時(shí)對(duì)設(shè)備也要有相當(dāng)?shù)牧私狻５谟行┰O(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)生產(chǎn)實(shí)際情況或?qū)M(jìn)口設(shè)備的性能了解不夠，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)有出入或出現(xiàn)設(shè)備選擇不當(dāng)，滿足不了工藝要求，造成了自動(dòng)化系統(tǒng)局部失敗。
1.2水廠自控設(shè)備問(wèn)題
設(shè)備方面存在的問(wèn)題也是影響水廠自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)主要因素，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
（1）質(zhì)量問(wèn)題。水廠中有些設(shè)備容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，如堿度計(jì)、氯氨測(cè)定儀、溶解氧測(cè)定儀、濃度測(cè)定儀、壓差變送器、加氯機(jī)、計(jì)量泵、調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)等，這些質(zhì)量問(wèn)題有的是設(shè)備本身的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，有的則是安裝或維護(hù)質(zhì)量達(dá)不到要求，但均影響了自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
（2）配套問(wèn)題。在有的水廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，設(shè)備如傳感器、測(cè)量?jī)x表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身并無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，而是精度不夠或穩(wěn)定性達(dá)不到系統(tǒng)要求，即與系統(tǒng)配套不合理，也是影響自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)原因。
（3）備品備件問(wèn)題。有些設(shè)備發(fā)生故障后，由于缺乏備品備件而一時(shí)無(wú)法修復(fù)，這對(duì)進(jìn)口設(shè)備尤為明顯。如果由原產(chǎn)品供應(yīng)商修理，則時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，特別是有的產(chǎn)品已更新?lián)Q代而根本無(wú)法得到備品備件，造成了這些設(shè)備的檢修十分困難，從而導(dǎo)致這些設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于癱瘓狀態(tài)，影響了自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
（4）檢修和改造問(wèn)題。對(duì)于部分進(jìn)口設(shè)備如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由于外商對(duì)通信協(xié)議和通信軟件的公開(kāi)性不夠，且本身的技術(shù)要求也較高，既增加了這些設(shè)備的維護(hù)和檢修難度，也降低了自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放性，影響了系統(tǒng)的正常更新和改造工作。而且很多進(jìn)口通信設(shè)備較難與國(guó)內(nèi)設(shè)備互聯(lián)，致使更新和改造困難，從而降低了自動(dòng)化系統(tǒng)的合理性和統(tǒng)一性。
1.3水廠自動(dòng)化的運(yùn)行管理問(wèn)題
（1）操作人員對(duì)設(shè)備性能和操作要求不夠熟悉，不能完全掌握儀表技術(shù)。不少水廠反映，操作工人對(duì)儀表設(shè)備的使用要求不能完全掌握，致使儀表使用不正常，對(duì)儀表的調(diào)校保養(yǎng)缺乏必要的技術(shù)和專門(mén)知識(shí)，常常不重視儀表必要的日常清潔和維養(yǎng)工作，不懂得儀表的定期保養(yǎng)、檢修等的規(guī)定和內(nèi)容要求，所以往往使儀表精度降低，甚至不能正常工作，影響加藥、加氯自動(dòng)化的實(shí)施。
（2）缺乏專業(yè)維修隊(duì)伍。之前，水廠在人員編制上，只有泵機(jī)值班工和電工，不設(shè)置儀表工。現(xiàn)在水廠自動(dòng)化紛紛上馬，水廠編制上也配置了一些儀表工，但是這些儀表工的配置數(shù)量和本身的專業(yè)技術(shù)水平均不能滿足要求，有的甚至用電工代替儀表工，因此當(dāng)儀表或監(jiān)控設(shè)備發(fā)生故障后，不能得到及時(shí)的修復(fù)和處理。在保修期過(guò)后，不敢與國(guó)外聯(lián)系，不少擱置起來(lái)，漸漸由“傷風(fēng)感冒”而導(dǎo)致“全身癱瘓”。
（3）操作工人、管理人員以及領(lǐng)導(dǎo)層對(duì)自動(dòng)化設(shè)施的認(rèn)識(shí)不夠全面。1）對(duì)自動(dòng)化控制在水廠中應(yīng)用的迫切性認(rèn)識(shí)不夠：不少水廠配備自動(dòng)化只是為趕時(shí)髦，將其作為水廠的點(diǎn)綴。認(rèn)為全國(guó)大、中、小水廠都紛紛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，我們也不能不上，實(shí)為大勢(shì)所趨。認(rèn)為一個(gè)新的水廠要體現(xiàn)其先進(jìn)，必須有自動(dòng)化內(nèi)容，而且盡量爭(zhēng)取高標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)外考察后更是要求設(shè)備齊、標(biāo)準(zhǔn)高。這種想法在籌建部門(mén)較為普遍。2）對(duì)儀表和自控系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上缺乏信心：怕麻煩，表示明顯的不信任感，最好少一些自動(dòng)化內(nèi)容，以免自找麻煩，這種想法在生產(chǎn)部門(mén)較為普遍。
2.解決水廠自動(dòng)化問(wèn)題的對(duì)策
2.1用國(guó)產(chǎn)設(shè)備直接取代
通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的細(xì)致調(diào)查，找到種類、性能指標(biāo)、接近于進(jìn)口產(chǎn)品后，直接取用而代之。例如：安徽省滁州市自來(lái)水公司一水廠將國(guó)產(chǎn)在線濁度儀、計(jì)量泵應(yīng)用在自動(dòng)加藥系統(tǒng)中，效果較好；引用國(guó)產(chǎn)電磁流量計(jì)和超聲波流量計(jì)對(duì)原水、出廠水進(jìn)行測(cè)量，計(jì)量較準(zhǔn)確；同時(shí)該水廠還積極利用國(guó)產(chǎn)儀表應(yīng)用在自動(dòng)化系統(tǒng)的改造工程中，不僅完全達(dá)到了自控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能技術(shù)要求，而且節(jié)約了大量的技改資金。
2.2自我改進(jìn)消化吸收
擁有自己技術(shù)開(kāi)發(fā)隊(duì)伍的水司，應(yīng)充分了解引進(jìn)設(shè)備的性能特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題進(jìn)行仔細(xì)分析、改進(jìn)，找出解決問(wèn)題的辦法。例如：滁州二水廠的自動(dòng)投礬系統(tǒng)改造，就充分體現(xiàn)了技術(shù)人員對(duì)控制系統(tǒng)改造持有比較新穎的思路。他們沒(méi)有采用較為流行的流動(dòng)電流控制器，而是根據(jù)原水水質(zhì)的特點(diǎn)，利用原水流量和濾前水濁度作為主要控制參數(shù)，濾后水濁度和PH值、水溫作為后反饋控制參數(shù)，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，運(yùn)行效果較好。
2.3謹(jǐn)慎選用進(jìn)口設(shè)備
經(jīng)過(guò)數(shù)十年的運(yùn)行表明，進(jìn)口設(shè)備雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，確實(shí)在城市供水事業(yè)中起到了舉足輕重的作用，但是也客觀存在著一些問(wèn)題，不得不引起廣大供水同仁的高度重視。通過(guò)多年的運(yùn)行效果表明，有的國(guó)產(chǎn)設(shè)備使用效果良好，維護(hù)也比較方便，備品備件能得到及時(shí)供應(yīng)，售后服務(wù)能得到保障。所以建議在功能、技術(shù)參數(shù)能滿足自控系統(tǒng)要求的前提下，盡可能使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。
2.4推陳出新，橫向聯(lián)系
在對(duì)進(jìn)口設(shè)備的性能充分了解的基礎(chǔ)上，尋找合適的廠家進(jìn)行制造，不僅解決自身的設(shè)備問(wèn)題，而且還可以推而廣之，幫助其他使用同類設(shè)備的廠家排憂解難。例如：計(jì)量泵的隔膜片、加氯機(jī)的管配件等等，都可以委托國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)。同時(shí)要加強(qiáng)供水行業(yè)之間的技術(shù)交流，互通有無(wú)，積極推廣成熟技術(shù)，共同提高自動(dòng)化技術(shù)水平。
3.結(jié)束語(yǔ)
技術(shù)人員應(yīng)提高相應(yīng)技術(shù)水平，重視水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)和管理等問(wèn)題并加以不斷地研究，解決實(shí)際碰到的問(wèn)題，才能將上述的自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)揮到最佳水平，實(shí)現(xiàn)可靠、連續(xù)、優(yōu)質(zhì)供水。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代水廠；自動(dòng)化；綜合控制系統(tǒng)；自動(dòng)化設(shè)計(jì)
前言
自動(dòng)化的應(yīng)用是自來(lái)水行業(yè)近些年來(lái)工藝發(fā)展的主要方向，自動(dòng)化技術(shù)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及電子設(shè)備應(yīng)用的日益普及，標(biāo)志著自動(dòng)化水廠在我國(guó)已經(jīng)具備了良好的技術(shù)大環(huán)境，已經(jīng)是一個(gè)逐漸成熟的領(lǐng)域。雖然這些自動(dòng)化水廠的建設(shè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，但是由于多種原因，當(dāng)前國(guó)內(nèi)還并沒(méi)有能夠真正實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的水廠主要原因是經(jīng)濟(jì)短缺和技術(shù)不足。
1 我國(guó)現(xiàn)代化水廠的自動(dòng)控制現(xiàn)狀
我國(guó)的水廠自動(dòng)化進(jìn)程起步比較晚，但是自動(dòng)化發(fā)展的進(jìn)程十分迅速。我國(guó)工業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展時(shí)期，我國(guó)的水廠也加快了現(xiàn)代化發(fā)展的腳步。特別是伴隨著大量外資企業(yè)的先進(jìn)技術(shù)和資金被引入到了國(guó)內(nèi)，建成了自動(dòng)化的現(xiàn)代水廠，使得我國(guó)的自動(dòng)化水廠建設(shè)的進(jìn)程不斷的加深。水廠的自動(dòng)化水平和規(guī)模也大幅度提高，但是我國(guó)仍存在自動(dòng)化水平還不是很高的水廠，自動(dòng)化的發(fā)展也不是平衡。以沿海大城市為主的發(fā)達(dá)地區(qū)的水廠自動(dòng)化水平較高，但是在一些較小的城市或者一些偏遠(yuǎn)的地區(qū)其自動(dòng)化水平很低，更存在著某些地區(qū)水廠根本就沒(méi)有進(jìn)行自動(dòng)化改造。在現(xiàn)如今已經(jīng)完成自動(dòng)化改造的水廠中，也存在自動(dòng)化水平低于同行業(yè)自動(dòng)化水廠的問(wèn)題，這主要是水廠的自動(dòng)化設(shè)備還沒(méi)有發(fā)揮到應(yīng)有的作用，某些水廠的自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)居然沒(méi)有運(yùn)行過(guò)，長(zhǎng)期處在閑置狀態(tài)。更多的是大量投入資金的設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間便不再使用了，這導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作嚴(yán)重影響水廠效率，自動(dòng)化的經(jīng)濟(jì)效益基本上是從新建和擴(kuò)建的過(guò)程中獲得的。大型水廠的盈利主要是依靠先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，水廠的自動(dòng)化水平較高但是投資所需要的資金也數(shù)量巨大，一些中小型的水廠的自動(dòng)化的設(shè)計(jì)和服務(wù)可以做到自主完成，但是綜合的控制系統(tǒng)的技術(shù)和設(shè)備任然長(zhǎng)期依賴于國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。在設(shè)備和服務(wù)上采用中西結(jié)合，這樣的方式有很大的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步的降低了水廠自動(dòng)化的控制系統(tǒng)設(shè)備的投資，同時(shí)也使水廠的設(shè)施更加的本土化，有助于促進(jìn)本國(guó)水廠自動(dòng)化改造的進(jìn)步和發(fā)展[1]。
2 水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1啟動(dòng)和停止方式
起停方式可以分為1、直接起動(dòng)：籠型交流異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很大的電流，是其額定電流的數(shù)倍，這種情況被限制于功率小的電動(dòng)機(jī)；2、定子串電抗/電阻降壓起動(dòng)：這種啟動(dòng)方式適用于輕載起動(dòng)，可以極強(qiáng)的增加起動(dòng)平穩(wěn)性，并且有效減小電流。定子串電抗起動(dòng)的過(guò)程中損耗較大，經(jīng)濟(jì)效益較差，所以，只在電機(jī)容量小的時(shí)候才使用；3、自耦變壓器降壓起動(dòng)：這樣的起動(dòng)方式有失壓和過(guò)載保護(hù)，可以有效減少電動(dòng)機(jī)電流對(duì)于電網(wǎng)的影響，這種啟動(dòng)方式有一個(gè)缺點(diǎn)，體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴并且非常不便于維修維護(hù)；4、軟起動(dòng)器起動(dòng)：這種啟動(dòng)器的工作原理是利用可挖硅控制整流，通過(guò)改變可挖硅的控制角使電動(dòng)機(jī)的電壓按照相應(yīng)的規(guī)律升為滿載時(shí)，撤去控制信號(hào)軟動(dòng)器就可以退出運(yùn)行，應(yīng)用者項(xiàng)技術(shù)到水泵中可以規(guī)避水錘效應(yīng)；4、變頻起動(dòng)：這種啟動(dòng)方式主要是變頻器帶動(dòng)電機(jī)從靜止起動(dòng)，直到電機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，通常采用電壓頻率的控制方法不會(huì)使得電流超過(guò)機(jī)器能承受的的范圍，也是比較小的能夠進(jìn)行調(diào)速的啟動(dòng)方式，但是它也有一個(gè)不足之處，就是價(jià)格相對(duì)其他啟動(dòng)方式高，電磁兼容性差，通常使用在重載設(shè)備上[2]。
2.2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
井群系統(tǒng)是指我們對(duì)水泵的控制大體可以分為三種形式，手動(dòng)、水源地值班室控制、遠(yuǎn)程操控，手動(dòng)控制主要是依靠人工來(lái)完成，水源地值班室控制通過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行，遠(yuǎn)程控制的操作者是通過(guò)遠(yuǎn)程控制中心。水廠的主要設(shè)備包括加氯車間、輸水泵房、清水池，井群水泵的啟動(dòng)和停止是依靠水廠的蓄電池進(jìn)行控制[3]。
2.3調(diào)度指揮中心
調(diào)度指揮中心是整個(gè)供水系統(tǒng)指令發(fā)出的地方，負(fù)責(zé)操作、收集、處理、監(jiān)督、維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)。通過(guò)檢測(cè)軟件的反饋，隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
3結(jié)論
在建設(shè)現(xiàn)代化的大型水廠時(shí)，我們不光要采用現(xiàn)代化設(shè)備和先進(jìn)的控制技術(shù)，同時(shí)還應(yīng)該對(duì)水廠內(nèi)部進(jìn)行綜合管理以期達(dá)到更高的效率，更要求實(shí)現(xiàn)對(duì)覆蓋地區(qū)或者城市整體自來(lái)水供應(yīng)系統(tǒng)管理的自動(dòng)化。通過(guò)自來(lái)水廠的自動(dòng)化升級(jí)來(lái)推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)革新。
參考文獻(xiàn)：
[1]李守勇.自動(dòng)化在中小水廠的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2013，11（11）：101-102.
1．水廠自動(dòng)化的目的
對(duì)水廠實(shí)施自動(dòng)化的根本目的認(rèn)識(shí)不夠全面或出現(xiàn)偏向，是造成一些水廠自動(dòng)化系統(tǒng)未能充分發(fā)揮作用的一個(gè)原因。水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的根本目的是提高生產(chǎn)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和高效供水，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，有的水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是為了趕時(shí)髦，將其作為一種點(diǎn)綴；有的水廠是迫于形勢(shì)，在大批水廠紛紛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的情況下，自己也不能不上；有的水廠使用的自動(dòng)化功能過(guò)于復(fù)雜，特別是在考察自動(dòng)化水平較高的水廠后，更是盲目地提高標(biāo)準(zhǔn)。這些不正確想法的存在，使水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的根本目的發(fā)生了偏向，造成了自動(dòng)化設(shè)計(jì)不切合水廠實(shí)際，不注重生產(chǎn)過(guò)程特別是關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，并忽略了在運(yùn)行和管理模式方面的相應(yīng)改革，從而導(dǎo)致自動(dòng)化未能充分發(fā)揮作用，甚至建成后處于閑置狀態(tài)。
2．水廠自動(dòng)化的設(shè)計(jì)
2.1未解決的相關(guān)理論問(wèn)題
在水廠自動(dòng)化中，工藝?yán)碚搶?duì)自動(dòng)化提出的控制要求本身存在未解決的理論問(wèn)題或理論不夠完善，使控制未能達(dá)到規(guī)范化和最優(yōu)化，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)不到理想的控制狀態(tài)，從而影響了自動(dòng)化的實(shí)際運(yùn)行效果。
（1）絮凝理論不夠完善。加藥系統(tǒng)是一個(gè)大延時(shí)、強(qiáng)耦合、干擾因素多的非線性系統(tǒng)，目前廣泛采用的控制方法為：用原水流量按比例前饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的頻率，用流動(dòng)電流儀（SCD）反饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程，從而構(gòu)成加藥復(fù)合控制系統(tǒng)。在有的系統(tǒng)中，雖然采用了智能技術(shù)如專家系統(tǒng)、自學(xué)習(xí)模糊控制等方法，取得了一定效果，但并未完全解決加藥量?jī)?yōu)化控制的問(wèn)題。
(2)加氯系統(tǒng)理論問(wèn)題。在加氯系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方法為：前加氯采用流量比例控制，后加氯采用余氯反饋控制。由于影響加氯效果的因素很多，如水質(zhì)、天氣、水廠的具體工藝特點(diǎn)等。在有的系統(tǒng)中，雖然采用了一些其他控制方法，如采用雙因子控制方式（用流量和余氯控制前加氯和后加氯）或多參數(shù)非線性控制方式，取得一定的效果，但并未完全解決加氯系統(tǒng)存在的問(wèn)題。
(3)其他理論問(wèn)題。如變頻供水泵和定速供水泵的臺(tái)數(shù)比例確定、變頻供水泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)方法以及供水泵的科學(xué)調(diào)度等問(wèn)題，理論上還未完全解決，管理上還有待進(jìn)一步研究。
2.2技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題
到目前為止，我國(guó)在供水行業(yè)自動(dòng)化控制方面，除《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》等少量規(guī)劃性技術(shù)文件之外，尚無(wú)制定供水行業(yè)自動(dòng)化控制方面的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，致使水廠在實(shí)施自動(dòng)化過(guò)程中，技術(shù)上缺乏統(tǒng)一的規(guī)范性，設(shè)計(jì)上存在一定的盲目性和隨意性，不同類型的水廠自動(dòng)化分別應(yīng)該達(dá)到的主要功能和主要技術(shù)指標(biāo)不明確，影響了自動(dòng)化系統(tǒng)配置的科學(xué)性和合理性。
2.3專著和文章問(wèn)題
我國(guó)供水行業(yè)的自動(dòng)化起步較晚，總體發(fā)展水平也不高，致使在供水自動(dòng)化方面發(fā)表的文章數(shù)量有限，總體質(zhì)量也不太高，出版的專著更少，既不利于在實(shí)施自動(dòng)化時(shí)提供必要的理論指導(dǎo)和技術(shù)參考，也不利于行業(yè)內(nèi)的技術(shù)交流和經(jīng)驗(yàn)交流，影響了自動(dòng)化知識(shí)普及和提高的速度。
2.4設(shè)計(jì)中存在的一些具體問(wèn)題
水廠的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的連續(xù)過(guò)程，對(duì)于其自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求較高，涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，設(shè)計(jì)本身具有一定的難度，故在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題較多，影響了自動(dòng)化功能的發(fā)揮，甚至影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
（1）缺乏統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，對(duì)控制系統(tǒng)的持久性和未來(lái)發(fā)展規(guī)劃一致性考慮不夠全面，導(dǎo)致控制系統(tǒng)開(kāi)放性和擴(kuò)展性不夠，造成系統(tǒng)很快落后于生產(chǎn)發(fā)展的需要。
（2）功能設(shè)置過(guò)于復(fù)雜。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，由于片面追求高標(biāo)準(zhǔn)，致使功能設(shè)置過(guò)于復(fù)雜，而忽略了水廠的實(shí)際工藝情況和管理水平，使系統(tǒng)的故障率增高，而維護(hù)管理又跟不上，導(dǎo)致關(guān)鍵工藝的自動(dòng)控制得不到保證。
（3）功能設(shè)置過(guò)于簡(jiǎn)單。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，工藝過(guò)程的功能設(shè)置過(guò)于簡(jiǎn)單，達(dá)不到控制要求，特別是關(guān)鍵工藝的控制要求，造成雖有自動(dòng)化系統(tǒng)，但關(guān)鍵工藝(如投藥等)仍由手動(dòng)完成的現(xiàn)象，失去了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的實(shí)際意義。
（4）設(shè)置過(guò)多的手動(dòng)功能。有些設(shè)計(jì)為了在自動(dòng)化系統(tǒng)故障時(shí)不影響生產(chǎn)，而設(shè)置了過(guò)多的手動(dòng)操作功能，從設(shè)計(jì)上就將自動(dòng)化系統(tǒng)置于可有可無(wú)的地位，既造成了設(shè)備的重復(fù)投資，也使生產(chǎn)人員產(chǎn)生了不正確的依賴心理，加上運(yùn)行管理改革力度不夠，出現(xiàn)了自控設(shè)備擱置不用而仍由人工手動(dòng)操作的現(xiàn)象。
（5）設(shè)計(jì)人員水平不夠。水廠的自動(dòng)化設(shè)計(jì)涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，要求設(shè)計(jì)人員既要掌握先進(jìn)的控制技術(shù)，又要熟悉生產(chǎn)工藝過(guò)程，同時(shí)對(duì)設(shè)備也要有相當(dāng)?shù)牧私狻?/p>
3．水廠自控設(shè)備存在的問(wèn)題
設(shè)備方面存在的問(wèn)題也是影響水廠自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)主要因素，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
（1）質(zhì)量問(wèn)題。
（2）配套問(wèn)題。
（3）備品備件問(wèn)題。
（4）檢修和改造問(wèn)題。
4．管理方面存在的問(wèn)題
水廠自動(dòng)化系統(tǒng)建立后，管理水平滯后是影響自動(dòng)化功能正常發(fā)揮的一個(gè)重要因素。由于管理人員受自身素質(zhì)和傳統(tǒng)觀念的束縛，未能在管理方面進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和改革，導(dǎo)致管理水平落后，無(wú)法適應(yīng)水廠自動(dòng)化的發(fā)展需要。如何提高管理水平和管理人員素質(zhì)是自動(dòng)化水廠目前面臨的一個(gè)重要課題。
（1）不注重設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程的人員參與。很多水廠在建設(shè)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，由于受人員和素質(zhì)的限制，常采用交鑰匙工程的方式，這樣在建設(shè)時(shí)輕松省事，但后患無(wú)窮，由于沒(méi)有自己的技術(shù)力量參與設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程，導(dǎo)致投產(chǎn)后出現(xiàn)很多問(wèn)題，影響了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。
（2）對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉。由于值班人員缺乏必要的技術(shù)知識(shí)，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉或掌握不夠，導(dǎo)致設(shè)備得不到正常的保養(yǎng)、調(diào)校和檢修，造成儀表精度降低或設(shè)備故障；導(dǎo)致軟件得不到必要維護(hù)和調(diào)整，造成因一些小軟件故障得不到及時(shí)處理而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；有的甚至出現(xiàn)誤操作或引起人為故障。
（3）缺乏完善的自動(dòng)化管理規(guī)程。水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，其運(yùn)行管理和維護(hù)管理已和傳統(tǒng)水廠不一樣，但不少水廠在這方面的改革力度不夠，缺乏滿足自動(dòng)化生產(chǎn)需要的管理規(guī)程，如崗位職責(zé)、運(yùn)行管理制度、操作規(guī)程和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及檢修規(guī)程等，致使運(yùn)行管理滿足不了生產(chǎn)需要，維護(hù)管理達(dá)不到要求。
（4）缺乏專業(yè)的、穩(wěn)定的維護(hù)隊(duì)伍。自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備雖然具有較高的可靠性，但也會(huì)出現(xiàn)故障，需要維護(hù)人員盡快排除。同時(shí)，設(shè)計(jì)情況與實(shí)際運(yùn)行情況不一定完全一致，即使與投入運(yùn)行時(shí)一致，過(guò)一段時(shí)間后也會(huì)有所變化，另外經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行后，一般都需要對(duì)系統(tǒng)中存在的某些缺陷進(jìn)行改進(jìn)，以使系統(tǒng)更加優(yōu)化，這就要求維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行必要維護(hù)和調(diào)整，特別是當(dāng)生產(chǎn)工藝變化后，需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)修改和開(kāi)發(fā)。但是，由于缺乏專業(yè)的、穩(wěn)定的維護(hù)隊(duì)伍，使一些小的軟硬件故障得不到及時(shí)的修復(fù)和處理，漸漸由小問(wèn)題變成大問(wèn)題，甚至導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)癱瘓。
對(duì)水廠實(shí)施自動(dòng)化的根本目的認(rèn)識(shí)不夠全面或出現(xiàn)偏向，是造成一些水廠自動(dòng)化系統(tǒng)未能充分發(fā)揮作用的一個(gè)原因。水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的根本目的是提高生產(chǎn)的可*性和安全性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和高效供水，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但是，有的水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化是為了趕時(shí)髦，將其作為一種點(diǎn)綴；有的水廠是迫于形勢(shì)，在大批水廠紛紛實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的情況下，自己也不能不上；有的水廠使用的自動(dòng)化功能過(guò)于復(fù)雜，特別是在考察自動(dòng)化水平較高的水廠后，更是盲目地提高標(biāo)準(zhǔn)；有的水廠則自動(dòng)化功能過(guò)于簡(jiǎn)單，主要是對(duì)自動(dòng)化不熟悉，缺乏必要的信心，怕造成麻煩；有的水廠是為了湊合貸款數(shù)，不得已而配置自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備。這些不正確想法的存在，使水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的根本目的發(fā)生了偏向，造成了自動(dòng)化設(shè)計(jì)不切合水廠實(shí)際，不注重生產(chǎn)過(guò)程特別是關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)化，并忽略了在運(yùn)行和管理模式方面的相應(yīng)改革，從而導(dǎo)致自動(dòng)化未能充分發(fā)揮作用，甚至建成后處于閑置狀態(tài)。
2水廠自動(dòng)化的設(shè)計(jì)
2.1未解決的相關(guān)理論問(wèn)題
在水廠自動(dòng)化中，工藝?yán)碚搶?duì)自動(dòng)化提出的控制要求本身存在未解決的理論問(wèn)題或理論不夠完善，使控制未能達(dá)到規(guī)范化和最優(yōu)化，系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)不到理想的控制狀態(tài)，從而影響了自動(dòng)化的實(shí)際運(yùn)行效果。（1）絮凝理論不夠完善。
加藥系統(tǒng)是一個(gè)大延時(shí)、強(qiáng)耦合、干擾因素多的非線性系統(tǒng)，目前廣泛采用的控制方法為：用原水流量按比例前饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的頻率，用流動(dòng)電流儀（SCD）反饋調(diào)節(jié)計(jì)量泵的沖程，從而構(gòu)成加藥復(fù)合控制系統(tǒng)。由于凝聚作用本身有多種理論，決定加藥量多少的水質(zhì)成分因素在理論上還不夠完善，如原水濁度、溫度、pH、污染因素以及非膠體顆粒干擾因素等參數(shù)變化都對(duì)SCD有很大影響，而在SCD反饋調(diào)節(jié)方法中，只采用了反映水中膠體穩(wěn)定度的參數(shù)ζ電位來(lái)代表全部水質(zhì)因素，因此該控制方法并不完全符合生產(chǎn)實(shí)際。同時(shí)，傳感器縫隙小易造成堵塞，加藥后不易形成絮粒，特別是滯后反應(yīng)和水質(zhì)變化對(duì)SCD影響較大，導(dǎo)致該方法適應(yīng)性較差，準(zhǔn)確度不夠，達(dá)不到優(yōu)化自動(dòng)加藥的要求，實(shí)際使用效果并不理想［1］。在有的系統(tǒng)中，雖然采用了智能技術(shù)如專家系統(tǒng)、自學(xué)習(xí)模糊控制等方法，取得了一定效果，但并未完全解決加藥量?jī)?yōu)化控制的問(wèn)題。
(2)加氯系統(tǒng)理論問(wèn)題。
在加氯系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制方法為：前加氯采用流量比例控制，后加氯采用余氯反饋控制。由于影響加氯效果的因素很多，如水質(zhì)、天氣、水廠的具體工藝特點(diǎn)等，而且后加氯存在時(shí)間滯后問(wèn)題，同時(shí)對(duì)控制方法和投加氯氨存在的問(wèn)題目前有不同的看法，特別是對(duì)水射器安裝位置和余氯取樣位置的規(guī)范化確定目前尚無(wú)完整的理論［1］，從而使加氯系統(tǒng)不夠規(guī)范，實(shí)際運(yùn)行效果也不是十分理想。在有的系統(tǒng)中，雖然采用了一些其他控制方法，如采用雙因子控制方式（用流量和余氯控制前加氯和后加氯）或多參數(shù)非線性控制方式，取得一定的效果，但并未完全解決加氯系統(tǒng)存在的問(wèn)題。
(3)其他理論問(wèn)題。如變頻供水泵和定速供水泵的臺(tái)數(shù)比例確定、變頻供水泵的自動(dòng)調(diào)節(jié)方法以及供水泵的科學(xué)調(diào)度等問(wèn)題，理論上還未完全解決，管理上還有待進(jìn)一步研究。
2.2技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題
到目前為止，我國(guó)在供水行業(yè)自動(dòng)化控制方面，除《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》等少量規(guī)劃性技術(shù)文件之外，尚無(wú)制定供水行業(yè)自動(dòng)化控制方面的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，致使水廠在實(shí)施自動(dòng)化過(guò)程中，技術(shù)上缺乏統(tǒng)一的規(guī)范性，設(shè)計(jì)上存在一定的盲目性和隨意性，不同類型的水廠自動(dòng)化分別應(yīng)該達(dá)到的主要功能和主要技術(shù)指標(biāo)不明確，影響了自動(dòng)化系統(tǒng)配置的科學(xué)性和合理性。而在其他行業(yè)，如水電行業(yè)，國(guó)家有關(guān)部門(mén)早已經(jīng)頒布了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)該行業(yè)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)和實(shí)施起到了積極的促進(jìn)作用。
2.3專著和文章問(wèn)題
我國(guó)供水行業(yè)的自動(dòng)化起步較晚，總體發(fā)展水平也不高，致使在供水自動(dòng)化方面發(fā)表的文章數(shù)量有限，總體質(zhì)量也不太高，出版的專著更少，既不利于在實(shí)施自動(dòng)化時(shí)提供必要的理論指導(dǎo)和技術(shù)參考，也不利于行業(yè)內(nèi)的技術(shù)交流和經(jīng)驗(yàn)交流，影響了自動(dòng)化知識(shí)普及和提高的速度。而在其他行業(yè)，如電力，除有大批專著可供參考外，還有大量的文章可供參閱。另外，每年還舉行眾多的技術(shù)研討會(huì)和交流會(huì)，這對(duì)提高該行業(yè)的自動(dòng)化水平起了很大地推動(dòng)作用。當(dāng)然，這與該行業(yè)從業(yè)人數(shù)多、技術(shù)力量雄厚、期刊數(shù)量大等多種因素有關(guān)。
2.4設(shè)計(jì)中存在的一些具體問(wèn)題
水廠的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的連續(xù)過(guò)程，對(duì)于其自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求較高，涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，設(shè)計(jì)本身具有一定的難度，故在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題較多，影響了自動(dòng)化功能的發(fā)揮，甚至影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
（1）缺乏統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，對(duì)控制系統(tǒng)的持久性和未來(lái)發(fā)展規(guī)劃一致性考慮不夠全面，導(dǎo)致控制系統(tǒng)開(kāi)放性和擴(kuò)展性不夠，造成系統(tǒng)很快落后于生產(chǎn)發(fā)展的需要。
（2）功能設(shè)置過(guò)于復(fù)雜。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，由于片面追求高標(biāo)準(zhǔn)，致使功能設(shè)置過(guò)于復(fù)雜，而忽略了水廠的實(shí)際工藝情況和管理水平，使系統(tǒng)的故障率增高，而維護(hù)管理又跟不上，導(dǎo)致關(guān)鍵工藝的自動(dòng)控制得不到保證。
（3）功能設(shè)置過(guò)于簡(jiǎn)單。在有些水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，工藝過(guò)程的功能設(shè)置過(guò)于簡(jiǎn)單，達(dá)不到控制要求，特別是關(guān)鍵工藝的控制要求，造成雖有自動(dòng)化系統(tǒng)，但關(guān)鍵工藝(如投藥等)仍由手動(dòng)完成的現(xiàn)象，失去了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的實(shí)際意義。
（4）設(shè)置過(guò)多的手動(dòng)功能。有些設(shè)計(jì)為了在自動(dòng)化系統(tǒng)故障時(shí)不影響生產(chǎn)，而設(shè)置了過(guò)多的手動(dòng)操作功能，從設(shè)計(jì)上就將自動(dòng)化系統(tǒng)置于可有可無(wú)的地位，既造成了設(shè)備的重復(fù)投資，也使生產(chǎn)人員產(chǎn)生了不正確的依賴心理，加上運(yùn)行管理改革力度不夠，出現(xiàn)了自控設(shè)備擱置不用而仍由人工手動(dòng)操作的現(xiàn)象。
（5）設(shè)計(jì)人員水平不夠。水廠的自動(dòng)化設(shè)計(jì)涉及眾多技術(shù)和設(shè)備，要求設(shè)計(jì)人員既要掌握先進(jìn)的控制技術(shù)，又要熟悉生產(chǎn)工藝過(guò)程，同時(shí)對(duì)設(shè)備也要有相當(dāng)?shù)牧私狻５谟行┰O(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)生產(chǎn)實(shí)際情況或?qū)M(jìn)口設(shè)備的性能了解不夠，導(dǎo)致設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)有出入或出現(xiàn)設(shè)備選擇不當(dāng)，滿足不了工藝要求，造成了自動(dòng)化系統(tǒng)局部失敗。如有的設(shè)計(jì)中濾池出水閥選擇了兩位閥，雖配置了完備的自動(dòng)化控制設(shè)備，但卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)濾池水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。
3水廠自控設(shè)備存在的問(wèn)題
設(shè)備方面存在的問(wèn)題也是影響水廠自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)主要因素，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）質(zhì)量問(wèn)題。水廠中有些設(shè)備容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，如堿度計(jì)、氯氨測(cè)定儀、溶解氧測(cè)定儀、濃度測(cè)定儀、壓差變送器、加氯機(jī)、計(jì)量泵、調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)等，這些質(zhì)量問(wèn)題有的是設(shè)備本身的質(zhì)量不過(guò)關(guān)，有的則是安裝或維護(hù)質(zhì)量達(dá)不到要求，但均影響了自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（2）配套問(wèn)題。在有的水廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，設(shè)備如傳感器、測(cè)量?jī)x表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)本身并無(wú)質(zhì)量問(wèn)題，而是精度不夠或穩(wěn)定性達(dá)不到系統(tǒng)要求，即與系統(tǒng)配套不合理，也是影響自動(dòng)化系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)原因。（3）備品備件問(wèn)題。有些設(shè)備發(fā)生故障后，由于缺乏備品備件而一時(shí)無(wú)法修復(fù)，這對(duì)進(jìn)口設(shè)備尤為明顯。如果由原產(chǎn)品供應(yīng)商修理，則時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，特別是有的產(chǎn)品已更新?lián)Q代而根本無(wú)法得到備品備件，造成了這些設(shè)備的檢修十分困難，從而導(dǎo)致這些設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于癱瘓狀態(tài)，影響了自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（4）檢修和改造問(wèn)題。對(duì)于部分進(jìn)口設(shè)備如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由于外商對(duì)通信協(xié)議和通信軟件的公開(kāi)性不夠，且本身的技術(shù)要求也較高，既增加了這些設(shè)備的維護(hù)和檢修難度，也降低了自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)放性，影響了系統(tǒng)的正常更新和改造工作。而且很多進(jìn)口通信設(shè)備較難與國(guó)內(nèi)設(shè)備互聯(lián)，致使更新和改造困難，從而降低了自動(dòng)化系統(tǒng)的合理性和統(tǒng)一性。
3管理方面存在的問(wèn)題
水廠自動(dòng)化系統(tǒng)建立后，管理水平滯后是影響自動(dòng)化功能正常發(fā)揮的一個(gè)重要因素。由于管理人員受自身素質(zhì)和傳統(tǒng)觀念的束縛，未能在管理方面進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整和改革，導(dǎo)致管理水平落后，無(wú)法適應(yīng)水廠自動(dòng)化的發(fā)展需要。如何提高管理水平和管理人員素質(zhì)是自動(dòng)化水廠目前面臨的一個(gè)重要課題。
（1）不注重設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程的人員參與。很多水廠在建設(shè)自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，由于受人員和素質(zhì)的限制，常采用交鑰匙工程的方式，這樣在建設(shè)時(shí)輕松省事，但后患無(wú)窮，由于沒(méi)有自己的技術(shù)力量參與設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程，導(dǎo)致投產(chǎn)后出現(xiàn)很多問(wèn)題，影響了系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果。
（2）對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉。由于值班人員缺乏必要的技術(shù)知識(shí)，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備不夠熟悉或掌握不夠，導(dǎo)致設(shè)備得不到正常的保養(yǎng)、調(diào)校和檢修，造成儀表精度降低或設(shè)備故障；導(dǎo)致軟件得不到必要維護(hù)和調(diào)整，造成因一些小軟件故障得不到及時(shí)處理而影響系統(tǒng)正常運(yùn)行；有的甚至出現(xiàn)誤操作或引起人為故障。
（3）缺乏完善的自動(dòng)化管理規(guī)程。水廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化后，其運(yùn)行管理和維護(hù)管理已和傳統(tǒng)水廠不一樣，但不少水廠在這方面的改革力度不夠，缺乏滿足自動(dòng)化生產(chǎn)需要的管理規(guī)程，如崗位職責(zé)、運(yùn)行管理制度、操作規(guī)程和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)及檢修規(guī)程等，致使運(yùn)行管理滿足不了生產(chǎn)需要，維護(hù)管理達(dá)不到要求。
（4）缺乏專業(yè)的、穩(wěn)定的維護(hù)隊(duì)伍。自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備雖然具有較高的可*性，但也會(huì)出現(xiàn)故障，需要維護(hù)人員盡快排除。同時(shí)，設(shè)計(jì)情況與實(shí)際運(yùn)行情況不一定完全一致，即使與投入運(yùn)行時(shí)一致，過(guò)一段時(shí)間后也會(huì)有所變化，另外經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的實(shí)際運(yùn)行后，一般都需要對(duì)系統(tǒng)中存在的某些缺陷進(jìn)行改進(jìn)，以使系統(tǒng)更加優(yōu)化，這就要求維護(hù)人員對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行必要維護(hù)和調(diào)整，特別是當(dāng)生產(chǎn)工藝變化后，需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)修改和開(kāi)發(fā)。
但是，由于缺乏專業(yè)的、穩(wěn)定的維護(hù)隊(duì)伍，使一些小的軟硬件故障得不到及時(shí)的修復(fù)和處理，漸漸由小問(wèn)題變成大問(wèn)題，甚至導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)癱瘓。
關(guān)鍵詞：水廠；自動(dòng)化；自控系統(tǒng)
收稿日期：2011-06-23
作者簡(jiǎn)介：張思立（1982―）,男,湖南株洲人,助理工程師,主要從事水廠自動(dòng)化管理的研究工作。
中圖分類號(hào)：TU991文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-9944（2011）07-0213-02
1引言
筆者所在的蛇口二水廠分兩期進(jìn)行建設(shè),前后相隔時(shí)間近10年之久。由于自控科技的發(fā)展日新月異,這兩期的自控系統(tǒng)堪稱兩個(gè)時(shí)代的產(chǎn)品,基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)兼容。出于更加安全、便捷地生產(chǎn)調(diào)度、操作、維護(hù)等方面的考慮,蛇口二水廠自控系統(tǒng)全面升級(jí)改造勢(shì)在必行。
2水廠簡(jiǎn)介及自控系統(tǒng)現(xiàn)狀
蛇口二水廠日供水能力為10萬(wàn)t,一、二期各5萬(wàn)t,原水自水庫(kù)由兩路原水管進(jìn)廠,經(jīng)加礬、石灰后進(jìn)入管式混合器、折板反應(yīng)池、平流沉淀池、V型濾池、濾后出水經(jīng)加氯處理后進(jìn)入接觸池、清水池、吸水井,然后經(jīng)二級(jí)泵站輸送至管網(wǎng)。
蛇口二水廠一期于1999年投產(chǎn),其自控系統(tǒng)采用windows NT4.0操作系統(tǒng)和Macam97工控軟件,濾池PLC為施耐德TSX40系列,公共沖洗控制站PLC為施耐德TSX60系列,網(wǎng)絡(luò)選用的是Telway。蛇口二水廠二期于2008投產(chǎn),其自控系統(tǒng)采用的是西門(mén)子Wincc操作系統(tǒng),PLC為西門(mén)子S7系列,網(wǎng)絡(luò)選用的是Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)主要存在以下問(wèn)題。
（1）蛇口二水廠一期的NT4.0系統(tǒng)安全漏洞較多,且不完全支持新版的殺毒軟件,因此在遠(yuǎn)程控制及通信上存在較大安全隱患,容易被病毒攻擊而造成系統(tǒng)崩潰,現(xiàn)基本處于不聯(lián)網(wǎng)或間斷式聯(lián)網(wǎng)工作方式。
（2）蛇口二水廠一期部分現(xiàn)場(chǎng)PLC及其配件因使用年限過(guò)長(zhǎng)損壞,且施耐德公司已于2000年淘汰了TSX系列產(chǎn)品,不再提供備件供應(yīng)。
3蛇口二水廠自動(dòng)化升級(jí)改造分析
3.1改造目的
改造的最終目的是為蛇口二水廠一、二期生產(chǎn)線建立一個(gè)統(tǒng)一的、功能完善的自動(dòng)化控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)提高生產(chǎn)質(zhì)量,減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度,降低生產(chǎn)成本,保障生產(chǎn)安全。具體細(xì)化如下包括合并計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；更換一期濾池PLC；修改二期濾池PLC程序；合并一、二期公共沖洗PLC程序。
3.2改造中注意事項(xiàng)
原有系統(tǒng)的功能需實(shí)現(xiàn),并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性；由于水廠社會(huì)職能的特殊性,必須盡量保證不停產(chǎn)改造。必須停產(chǎn)施工的環(huán)節(jié),應(yīng)安排在深夜供水低峰時(shí)實(shí)施。
3.3改造方案
鑒于蛇口二水廠自控系統(tǒng)的現(xiàn)狀,宜分計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)兩塊分別進(jìn)行改造。
3.3.1計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
淘汰一期的Macam系統(tǒng),在二期的Wincc系統(tǒng)上進(jìn)行升級(jí),將一期的監(jiān)控項(xiàng)目合并到二期的監(jiān)控系統(tǒng)中,形成新的合二為一的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。
3.3.2PLC系統(tǒng)
現(xiàn)有PLC系統(tǒng)存在一套監(jiān)控系統(tǒng)中同時(shí)連接多種網(wǎng)絡(luò)而導(dǎo)致監(jiān)控計(jì)算機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定的情況,因此有需要將PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)合并,減少計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通訊的負(fù)擔(dān)。故改造中更換了一期所有PLC硬件,硬件選型選用與二期同品牌的PLC產(chǎn)品,并將新的PLC與二期PLC連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。
3.4改造結(jié)論分析
如圖1所示,蛇口二水廠自控系統(tǒng)改造完畢后,中控室與二水廠之間采用光纖網(wǎng)絡(luò)互連,公司各級(jí)
管理部門(mén)均可實(shí)時(shí)掌握相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及視頻圖像。基于Wincc的新監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一期、二期的統(tǒng)一管理,其監(jiān)控界面能顯示整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,全場(chǎng)建筑示意圖、工藝流程圖、高低壓配電系統(tǒng)圖、沉淀池、濾池、接觸池、清水池、二級(jí)泵房、污水泵房、加藥系統(tǒng)以及檢測(cè)儀表等畫(huà)面,并可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果；在報(bào)警功能方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)越限、運(yùn)行狀態(tài)失控的報(bào)警,報(bào)警方式通過(guò)改變CRT畫(huà)面色彩、閃爍等來(lái)指示。在控制功能方面實(shí)現(xiàn)在在中控室自動(dòng)控制一期、二期的任意一道工序,也可以對(duì)各設(shè)備進(jìn)行一對(duì)一的遠(yuǎn)程操控。
4結(jié)語(yǔ)
相對(duì)于蛇口二水廠的原自控系統(tǒng),新系統(tǒng)具備了以下優(yōu)點(diǎn)。
（1）可靠性。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),使用的PLC產(chǎn)品均為同一品牌（西門(mén)子）,分層、分布式結(jié)構(gòu),控制、保護(hù)、測(cè)量之間既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系,工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)水廠的現(xiàn)場(chǎng)情況了如指掌。
（2）先進(jìn)性。以無(wú)人值守、少人值班為立足點(diǎn),各工序、設(shè)備均可由中控室直接控制。
（3）經(jīng)濟(jì)性。有較高的性價(jià)比,主要設(shè)備均采用較高的國(guó)際/國(guó)內(nèi)知名品牌產(chǎn)品,其可靠性和性價(jià)比均有保障。
（4）實(shí)用性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多了控制層面,既考慮到日常工作的全自動(dòng)化,又考慮到事故狀態(tài)的應(yīng)急措施。改造后的新系統(tǒng)滿足了蛇口二水廠的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及管理需求,提高了生產(chǎn)安全水平和生產(chǎn)效率。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：水廠自動(dòng)化系統(tǒng)防雷瞬間過(guò)電壓
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)(Computer)、控制技術(shù)(Control)、通訊技術(shù)(Communication)、顯示技術(shù)(CRT)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，目前水廠的自動(dòng)化控制普遍采用由工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC或可編程控器PLC組成的集數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制和信息傳送于一體的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。由于這些設(shè)備大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，其對(duì)瞬間過(guò)電壓的承受能力大幅降低，成為水廠受雷電損害的主要設(shè)備。所以對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)采取有效的保護(hù)措施是非常必要的，明析瞬間過(guò)電壓產(chǎn)生途徑和危害是正確采取防護(hù)措施的前提。
一、瞬間過(guò)電壓的產(chǎn)生
瞬間過(guò)電壓是指在微妙至毫秒之內(nèi)所產(chǎn)生的的尖峰沖擊電壓而非一般電源上的所謂過(guò)壓(一般電源過(guò)壓可能維持?jǐn)?shù)秒及以上)，瞬間過(guò)電壓有兩種產(chǎn)生途徑：雷擊和電氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作。
1、一般構(gòu)筑物避雷網(wǎng)只能保護(hù)其本身免受直擊雷損害，雷擊會(huì)通過(guò)以下兩種方式破壞電子設(shè)備：①直擊到電源輸入線，經(jīng)電源線進(jìn)入而損害設(shè)備，因電力線上安裝的各種保護(hù)間隙和電力避雷器，只可把線對(duì)地的電壓限制到小于6000伏(IEEEC62.41)，而線對(duì)線無(wú)法控制。②以感應(yīng)方式(電阻性、電感性、電容性)偶合到電源、信號(hào)線上，最終損害設(shè)備。
2、當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)存儲(chǔ)能量并與電流大小和導(dǎo)線長(zhǎng)度成正比，當(dāng)電器設(shè)備(大負(fù)荷)開(kāi)關(guān)時(shí)會(huì)便產(chǎn)生瞬間過(guò)電壓而損害設(shè)備。
二、瞬間過(guò)電壓對(duì)電子設(shè)備的危害
瞬間過(guò)電壓使電子設(shè)備訊號(hào)或數(shù)據(jù)的傳輸與存儲(chǔ)都受到干擾甚至丟失，至使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；重復(fù)影響而降低電子設(shè)備壽命甚至立即燒毀元器件及設(shè)備。這一切都會(huì)給生產(chǎn)和工作帶來(lái)較大損失。
通常水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的控制站都置于構(gòu)筑物之中，網(wǎng)絡(luò)線、電源線鋪設(shè)于電纜溝中，因而遭受直接雷擊的可能性不大，其防護(hù)的主要對(duì)象是雷電波侵入(感應(yīng))。按國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)雷電波侵入(感應(yīng))占計(jì)算機(jī)類設(shè)備雷擊事故原因的85%，按成都市自來(lái)水總公司資料統(tǒng)計(jì)占水廠自動(dòng)化系統(tǒng)雷擊事故原因的100％。雷電波侵入(感應(yīng)偶合)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的破壞，主要是通過(guò)侵入電源線、天饋線、通訊線和信號(hào)線而分別損壞電源模板、通訊模板、I／O模板；也可能因感應(yīng)從信號(hào)采集線和接地網(wǎng)引入有害的信號(hào)電流和接地電流，損壞自動(dòng)化系統(tǒng)或影響其運(yùn)行。
根據(jù)瞬間過(guò)電壓產(chǎn)生、危害途徑和自控系統(tǒng)大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元及集控制、通訊、監(jiān)測(cè)為一體且分散面廣的特點(diǎn)，我們認(rèn)為對(duì)自控系統(tǒng)要盡可能降低雷電帶來(lái)的損失，就必須采取系統(tǒng)的、綜合的防雷措施。特別應(yīng)從配電系統(tǒng)防雷、自控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)線路防雷、構(gòu)筑物防雷和合理接地等四方面著手。
1、自控配電系統(tǒng)的防雷
當(dāng)雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時(shí)，都將在輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫的低端，容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進(jìn)入自控設(shè)備的電源模塊以及從配電線路感應(yīng)到同一電纜溝內(nèi)的自控網(wǎng)絡(luò)線上進(jìn)入自控設(shè)備的通訊模塊的幾率比從天饋和信號(hào)線路進(jìn)入的要高得多。因此配電線路的防雷是自控系統(tǒng)防雷的重要部份。
水廠的配電系統(tǒng)在高、低壓進(jìn)線都已安裝有閥型避雷器、氧化鋅避雷器等避雷裝置，但自控設(shè)備的電源機(jī)盤(pán)仍會(huì)遭受雷擊而損壞。這是因?yàn)檫@些措施的保護(hù)對(duì)象是電氣設(shè)備，而自控設(shè)備耐過(guò)壓能力低，同時(shí)，這些避雷器啟動(dòng)電壓高而且有些有較大的分散電容，與設(shè)備負(fù)載之間成為分流的關(guān)系，如《圖一》，從而加在自控設(shè)備上的殘壓高，至少高于避雷裝置的啟動(dòng)電壓，一般為峰峰值2-2.5倍(單相殘壓不低于800V)，極易造成自控設(shè)備損壞。同時(shí)大型設(shè)備啟停產(chǎn)生的操作過(guò)電壓也是危害自控系統(tǒng)的重要原因之一。
由上述，用單一的器件或單級(jí)保護(hù)很難滿足要求自控設(shè)備對(duì)電源的要求，所以對(duì)電源防雷應(yīng)采取多級(jí)保護(hù)措施。具體級(jí)數(shù)根據(jù)各自實(shí)際情況而定，《圖二》為自來(lái)水司水廠采用的三級(jí)保護(hù)方案。(原有的高壓避雷器保留)
第一級(jí)在變壓器二次側(cè)，主要泄放外線等產(chǎn)生的過(guò)電壓，其雷通量大，啟動(dòng)電壓高(920-1800V)。第二級(jí)在各控制站PLC專用隔離變壓器前，主要泄放第一級(jí)殘壓、配電線路上感應(yīng)出的過(guò)電壓和其它用電設(shè)備的操作過(guò)電壓、其電流通量居中，啟動(dòng)電壓居中(470-1800V)。隔離變壓器的安裝非常重要，它能有效抑制各種電磁干擾，對(duì)雷電波同樣有效。末級(jí)在PLC專用電源模板前，主要泄放前面的殘壓，完全可達(dá)到箝位輸出，其殘壓低，響應(yīng)時(shí)間快。
有條件盡可能以從總配電柜開(kāi)始將自控系統(tǒng)的電源線單獨(dú)布排。各級(jí)避雷器應(yīng)盡量靠近被保護(hù)設(shè)備以免雷電侵入波發(fā)生正的全反射。各級(jí)啟動(dòng)電壓可據(jù)系統(tǒng)而定，但末級(jí)應(yīng)盡量達(dá)到箝位輸出。國(guó)內(nèi)和國(guó)外的各系列電子避雷器均有較好的性能，其原理圖如圖三。有些還增加了放電管、雷擊計(jì)數(shù)器、避雷器漏電流檢測(cè)電路，其使用、檢測(cè)很方便。自來(lái)水司水廠采用電子避雷器后其自控系統(tǒng)一般不會(huì)在再遭受過(guò)電壓損壞。
2、通訊線、天饋線避雷
自控系統(tǒng)通訊線一般都采用特制屏蔽雙絞線(如DH+、MB+)，并且一般在安裝時(shí)都是穿管直埋(或電纜溝)鋪設(shè)，所以雷電在此處的感應(yīng)電壓不高(1KV-2KV)。但由于其直接進(jìn)入PLC或計(jì)算機(jī)通訊口這一薄弱環(huán)節(jié)(正常電壓一般為正負(fù)5V、12V、24V、48V等)，故損害也很大。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換或通訊頻率是從直流到幾十兆赫茲(據(jù)系統(tǒng)而定)，在選用避雷器件時(shí)一般都不采用氧化物避雷器，因?yàn)樗姆植茧娙荽蟆?duì)高頻損耗大，除非對(duì)之進(jìn)行特殊處理。通常避雷器原理如《圖四》，其中箝位二極管殘壓很低，若額定電壓為24V，則殘壓在于24-30V之間。選用此類避雷器時(shí)應(yīng)以通訊電平和頻率或速率來(lái)確定，對(duì)于比較高頻的訊號(hào)便需要特殊設(shè)計(jì)的防雷器以確保其阻抗與該系統(tǒng)對(duì)應(yīng)，否則會(huì)有信號(hào)反射的現(xiàn)象。避雷器應(yīng)靠近通訊接口處安裝(減小反射損耗)。網(wǎng)絡(luò)通訊線路避雷的最好方法當(dāng)然是采用光纖網(wǎng)絡(luò)。
水廠與上級(jí)部門(mén)及水廠之間的無(wú)線電通訊一般距離近，功率低，其連接線都采用同軸電纜。所以對(duì)天饋的防雷主要是選用同軸電纜避雷器(直擊雷防護(hù)見(jiàn)后)。我們知道，雷電波能量主要集中在工頻和幾百赫的低端，與有用通訊信號(hào)頻段相距很遠(yuǎn)。把這兩種信號(hào)分開(kāi)的有效手段就是采用高通濾波器，在選用這類產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)據(jù)通訊頻率和傳輸功率而定(天線應(yīng)置于構(gòu)筑物避雷網(wǎng)45°角內(nèi)，否則須有相應(yīng)接地措施)。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的同軸電纜避雷器就是利用這一原理。
3、控制站構(gòu)筑物的防雷
總控站是控制和信息中心，集中了很多位重值高的計(jì)算機(jī)設(shè)備、通訊設(shè)備、儀器儀表，大多數(shù)還有電臺(tái)和天饋線，是全廠生產(chǎn)監(jiān)控、調(diào)度中心，在裝修中大量采用了鋁、鐵等金屬材料，所以在防雷上的要求就更高一些，其目的是要形成均壓等電位屏蔽措施。
控制站所在構(gòu)筑物應(yīng)安裝避雷帶、避雷網(wǎng)，只安裝避雷針效果不好，因?yàn)樗畯S構(gòu)筑物高度雖低，但地勢(shì)空曠，臨近水源，所以極易遭受各方向的各種形式的雷擊。控制站所在構(gòu)筑物的接地電阻須小于10歐。
有天饋線或通訊鐵塔的應(yīng)安裝避雷針，并置于構(gòu)筑物避雷網(wǎng)45°角內(nèi)，避雷針以及通訊鐵塔的接地除用建筑物內(nèi)鋼筋結(jié)構(gòu)接地以外，還應(yīng)單獨(dú)鋪設(shè)引下線引至構(gòu)筑物接地網(wǎng)。如只采用構(gòu)筑物鋼筋結(jié)構(gòu)接地，因?yàn)樵跇?gòu)筑物修建時(shí)其鋼筋焊接質(zhì)量不一定能得到保證，雷擊時(shí)其均壓要求不能保證而易在構(gòu)筑物內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)。構(gòu)筑物外墻上的所有金屬門(mén)窗應(yīng)接入構(gòu)筑物的接地網(wǎng)。
前面已述，雷電的危害途徑主要通過(guò)感應(yīng)而進(jìn)入自控系統(tǒng)，所以避雷針、帶、網(wǎng)的引下線應(yīng)盡量多設(shè)幾條，使雷電電流有更多的分流途徑，以減小每條線上的泄放電流量從而降低感應(yīng)能量。室內(nèi)計(jì)算機(jī)、自控設(shè)備要盡量置于遠(yuǎn)離避雷網(wǎng)導(dǎo)地金屬體。
4、合理接地
防雷的最終措施是"泄放"，因而對(duì)"接地"切不可輕心。一般廠內(nèi)的接地主要有構(gòu)筑物接地、配電系統(tǒng)及強(qiáng)電設(shè)備接地、計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)接地。如這三種接地配置不合理，極易在雷擊時(shí)通過(guò)接地網(wǎng)對(duì)自控系統(tǒng)造成反擊。
計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)是一個(gè)特殊用電系統(tǒng)，它包括以下幾種接地：系統(tǒng)工作地(小于4歐)，直流工作地(信號(hào)屏蔽地、邏輯地等小2歐)，安全保護(hù)地(小于4歐)。在安裝時(shí)難以分開(kāi)(特別是對(duì)PLC系統(tǒng))，對(duì)這一系統(tǒng)采用聯(lián)合接地較好。接地電阻取最小值，至少小于2歐。
目前水廠的三大接地網(wǎng)一般是分開(kāi)設(shè)置的。雖然也有采用部分聯(lián)合接地的，但我們認(rèn)為，在水廠還是分開(kāi)設(shè)置較好，原因有以下幾點(diǎn)：
l、水廠構(gòu)筑物大多數(shù)在修建時(shí)未考慮計(jì)算機(jī)等弱電設(shè)備，且其接閃地和設(shè)備地本身已分開(kāi)設(shè)置。
2、一個(gè)水廠內(nèi)，為普通用電設(shè)備供電的高、低壓配電系統(tǒng)中，都采用一個(gè)接地系統(tǒng)，由于用電的復(fù)雜性，在運(yùn)行和雷擊時(shí)常常使零線(地線)電流不為零(Id)。如采用聯(lián)合接地時(shí)(Rd)，必然使計(jì)算機(jī)接地電位抬高到IdRd，從而可能造成反擊。
3、新增計(jì)算機(jī)、PLC系統(tǒng)時(shí)，若要與構(gòu)筑物接地、配電系統(tǒng)及強(qiáng)電設(shè)備接地聯(lián)合接地，其接地電阻小于0．5歐較安全，這樣一方面造價(jià)太高，在某些地質(zhì)條件下很能難做到，另一方面對(duì)舊地網(wǎng)(特別是老水廠)處理時(shí)比較困難。
地網(wǎng)分開(kāi)設(shè)置時(shí)應(yīng)注意避免地網(wǎng)之間的閃絡(luò)。雷擊時(shí)，會(huì)在地網(wǎng)及附近導(dǎo)體中產(chǎn)生很高電位，地網(wǎng)分開(kāi)，則可能造成接閃接地體向其它接地體閃絡(luò)。所以，地網(wǎng)之間的距離SK當(dāng)涉及自控系統(tǒng)接地時(shí)應(yīng)大于10M。在接地線引入室內(nèi)時(shí)，若與其它地網(wǎng)距離太近，可局部采取既絕緣又屏蔽的措施。
5、避雷器的選型及安裝布線
要發(fā)揮良好避雷功能，防雷器應(yīng)不會(huì)對(duì)保護(hù)的設(shè)備或線路造成任何干擾和中斷現(xiàn)象；具有低"通過(guò)"電壓(將瞬間過(guò)電壓降到設(shè)備能承受的范圍)；能承受高電流(二次感應(yīng)電流一般不會(huì)超過(guò)10000A)；反復(fù)使用壽命長(zhǎng)且具有狀態(tài)顯示。電源避雷須提供相對(duì)地、中對(duì)地及相對(duì)中的全面保護(hù)作如《圖5》。
摘要：下文主要針對(duì)水廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)，做出簡(jiǎn)要分析，做出探討，從設(shè)計(jì)方案逐步入手。
關(guān)鍵詞：水廠；自動(dòng)化；設(shè)計(jì)理念
一、系統(tǒng)總體方案
可以根據(jù)水廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，按工藝及地理位置布局要求，水廠控制系統(tǒng)一般采用分布式控制方案，在每一生產(chǎn)區(qū)域設(shè)立現(xiàn)場(chǎng)控制站，完成對(duì)本區(qū)域內(nèi)設(shè)備和過(guò)程的監(jiān)視，操作和控制，區(qū)域則按工藝及設(shè)備分布劃分，各站之間通過(guò)可靠性高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)的工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)N:N對(duì)等通信，達(dá)到管理集中和控制分散的目的。因此需要采取分層結(jié)構(gòu)模型，設(shè)立公司級(jí)，工廠級(jí)，區(qū)域級(jí)，單元級(jí)，設(shè)備級(jí)及裝置級(jí)，據(jù)此，系統(tǒng)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站和一個(gè)中央控制管理站。
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站由現(xiàn)場(chǎng)控制單元和現(xiàn)場(chǎng)操作站組成，現(xiàn)場(chǎng)控制單元負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)所有設(shè)備和過(guò)程的數(shù)據(jù)采集，順序控制和參數(shù)調(diào)節(jié)，由PLC或PLC網(wǎng)絡(luò)組成，現(xiàn)場(chǎng)操作站承擔(dān)CRT顯示，故障報(bào)警，參數(shù)設(shè)置，現(xiàn)場(chǎng)操作和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等工作由于控機(jī)和工控組態(tài)軟件構(gòu)成。現(xiàn)場(chǎng)控制單元和現(xiàn)場(chǎng)操作站均作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)。掛于局域網(wǎng)上，且均可視為局域網(wǎng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)站。現(xiàn)場(chǎng)操作站的另一種設(shè)置方法為通過(guò)串行口直接連于現(xiàn)場(chǎng)控制單元PLC的串口上，此時(shí)，操作站則被視為控制單元的操作終端。中央控制管理站負(fù)責(zé)對(duì)全廠工藝流程及重要設(shè)備的工作狀況進(jìn)行監(jiān)視、控制。通常由數(shù)臺(tái)工控機(jī)組成，除含有各操作站各項(xiàng)功能外，還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理報(bào)表打印等功能。
二、系統(tǒng)構(gòu)成及主要控制設(shè)備
1.系統(tǒng)功能:
根據(jù)地理位置及功能劃分，由中控室主站及設(shè)在現(xiàn)場(chǎng)的三個(gè)子站和與公司供水調(diào)節(jié)SCADA系統(tǒng)互聯(lián)通訊子站構(gòu)成。
(l)中控室主站中控室主站設(shè)置三臺(tái)工控機(jī)，一臺(tái)作實(shí)時(shí)顯示，對(duì)各分站監(jiān)控管理;一臺(tái)作數(shù)據(jù)處理;還有一臺(tái)供維護(hù)、調(diào)試、管理使用。配一臺(tái)數(shù)字式投影儀，大屏幕動(dòng)態(tài)顯示全廠工藝流程及設(shè)備運(yùn)行狀況。
(2)現(xiàn)場(chǎng)子站按照工藝流程及平面布局設(shè)置，設(shè)泵站、投加、濾池三個(gè)現(xiàn)場(chǎng)子站.各子站設(shè)操作員終端，方便現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、維護(hù)、管理。
①泵站子站
1#PLC子站負(fù)責(zé)監(jiān)控及管理取水泵站、送水泵站、回收水泵站及配電系統(tǒng)。主控處理器設(shè)在送水泵站PLC機(jī)柜內(nèi)。PLC監(jiān)控7臺(tái)送水機(jī)泵及閘閥工況，機(jī)泵啟停操作及運(yùn)行、保護(hù)等，采集出廠水流量、壓力、濁度、pH、余抓以及清水池水位等參數(shù).采用1400系列電量監(jiān)測(cè)儀檢測(cè)并顯示各臺(tái)機(jī)泵以及饋電、進(jìn)線、母聯(lián)回路的電量參數(shù)，并通過(guò)遠(yuǎn)程I/0鏈與主控處理器通訊.取水泵站采用適配器通過(guò)遠(yuǎn)程I/O鏈與主控處理器進(jìn)行通訊”P(pán)LC監(jiān)控5臺(tái)機(jī)泵及閘閥工況及運(yùn)行、保護(hù)等，采集吸水井水位、上水管壓力及流量、原水pH、濁度、水溫等參數(shù)，對(duì)機(jī)泵及清垃機(jī)啟停操作控制。
回收水泵站采用適配器模塊與主控處理器通訊，PLC監(jiān)控回收水泵站機(jī)泵的啟停。PLC還監(jiān)控沉泥池2臺(tái)排泥車的啟停操作控制及故障檢測(cè)，并在每臺(tái)排泥車的電氣控制柜內(nèi)設(shè)置小型邏輯控制器(SLC)，對(duì)排泥車進(jìn)行過(guò)程控制。
②投加子站2#PLc子站負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)及管理投礬、加灰、加抓、加氨工藝及設(shè)備.主控處理器設(shè)在投加中央控制室PLC機(jī)柜內(nèi).因加灰點(diǎn)距此較遠(yuǎn)，故在那兒放置PLC機(jī)柜，設(shè)適配器模塊經(jīng)遠(yuǎn)程I/O鏈與主控處理器通訊.由于礬、灰、抓、氨投加均引進(jìn)國(guó)外自動(dòng)化設(shè)備，所以PLC僅用于投加設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)、越限事故報(bào)替及后加抓系統(tǒng)控制，并采集水質(zhì)參數(shù)及藥劑的稱重量、投加量，送主站監(jiān)視及處理。
③濾池3#PLC子站包括濾池和沉淀池.主控處理器設(shè)在濾池PLC機(jī)柜內(nèi).PLC對(duì)24格V型濾池出水氣動(dòng)蝶閥分別進(jìn)行等速調(diào)節(jié)控制，保持過(guò)濾時(shí)砂面以上水位穩(wěn)定。當(dāng)過(guò)濾周期、水頭損失、清水池出水濁度中任一個(gè)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，濾池自動(dòng)反沖洗。按工藝要求進(jìn)行掃洗、氣水反沖洗、漂洗的順序控制，也可以人工請(qǐng)求手動(dòng)強(qiáng)制沖洗。
④與SCADA系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)采用MOTOROLA公司的MOSCAD系統(tǒng)設(shè)備與PLC互連.由MOSCADRTU收集調(diào)度所需的全廠必要數(shù)據(jù)，利用公司現(xiàn)有的800MH:集群系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢水廠及管網(wǎng)生產(chǎn)參數(shù).
2.系統(tǒng)組態(tài)軟件設(shè)計(jì)
a.全廠平面布置圖
b.全廠凈水工藝流程圖
c.全廠電氣主結(jié)線圖
d.取水泵站監(jiān)視圖及參數(shù)圖
e.送水泵站監(jiān)視圖及參數(shù)圖
f.全廠配電系統(tǒng)參考圖
g.單臺(tái)水泵電機(jī)監(jiān)控圖
h.出廠水24小時(shí)壓力流量、水質(zhì)參數(shù)圖i，濾池總監(jiān)視圖1.單個(gè)濾池監(jiān)控圖及參數(shù)趨勢(shì)圖k.沉淀池監(jiān)控圖1.加氨工藝流程圖m.加氯工藝流程圖11.加礬工藝流程圖0.加灰工藝流程圖p.各類報(bào)警圖考慮到儀表、設(shè)備更換等因素引起參數(shù)采集值變化，在畫(huà)面上設(shè)計(jì)“參數(shù)設(shè)定”畫(huà)面，必要時(shí)在鍵盤(pán)輸入修正值即可。
另外，還設(shè)置事故報(bào)警提示畫(huà)面，便于值班人員判斷原因，迅速處理。在全自動(dòng)方式下，一、二級(jí)泵站機(jī)組開(kāi)停可由以下因素決定:一級(jí)泵站控制:
1.清水池水位低于下限時(shí)，必須有一臺(tái)泵組運(yùn)行;
2.清水池水位下降速率超過(guò)警戒限及清水池水位未達(dá)到上限替戒水位時(shí)，至少保持一臺(tái)泵組運(yùn)行;
3.泵組運(yùn)行臺(tái)數(shù)所進(jìn)的水量與二級(jí)泵站出廠水量相對(duì)應(yīng);根據(jù)比值及清水池水位高低，水位上升或下降速率等因素決定泵組開(kāi)停，盡可能保持清水池經(jīng)常處于高水位，同時(shí)又要保證泵組不能頻繁動(dòng)作，每啟動(dòng)一臺(tái)泵，運(yùn)行時(shí)間不能少于1小時(shí)。
配電站控制:所有進(jìn)線柜、母聯(lián)柜、饋電柜均可通過(guò)計(jì)算機(jī)PLC自動(dòng)合分閘，所有電氣故障均立即在屏幕上顯示，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，部分影響正常運(yùn)行的故障則自動(dòng)跳閘保護(hù)或切換開(kāi)關(guān)，違反電氣操作規(guī)程的操作，均被鎖定，不予執(zhí)行。在手動(dòng)方式”LC自動(dòng)跟蹤手動(dòng)調(diào)節(jié)器的運(yùn)作及收集資料，自動(dòng)調(diào)整模型參數(shù)，另一方面，又用來(lái)設(shè)置設(shè)定值，使其具有自學(xué)習(xí)功能，成為一模糊控制器。
與SCADA系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng):公司中心調(diào)度室與水廠距離較遠(yuǎn)，為實(shí)現(xiàn)兩者之間的通訊，系統(tǒng)采用MOTOROLA公司的MOSCAD系統(tǒng)設(shè)備與PLC互連。由MOSCADRTU收集調(diào)度所需的全廠必要數(shù)據(jù)，利用公司現(xiàn)有的800MHz集群系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢水廠及管網(wǎng)生產(chǎn)參數(shù)。
三、問(wèn)題討論
1.水廠自動(dòng)化是一項(xiàng)綜合課題，在系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，除考慮實(shí)現(xiàn)安全供水和水質(zhì)質(zhì)量的主要目的外，還必須考慮到操作者的需要和供水服務(wù)的連續(xù)性要求，以及系統(tǒng)持久性與公司未來(lái)發(fā)展規(guī)劃一致性間題。現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)部分設(shè)備的手動(dòng)控制機(jī)構(gòu)仍有必要保留，以防PLC工作站萬(wàn)一出現(xiàn)較嚴(yán)重故障而不能迅速修復(fù)時(shí)，造成失控現(xiàn)象，從而提高整體全性。同時(shí)必須保證精確的檢測(cè)儀表和動(dòng)作可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
2.部分水廠自控系統(tǒng)由公司科研室會(huì)同設(shè)計(jì)室、水廠共同設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、安裝、調(diào)試，這樣有利于自己的技術(shù)人員掌握這套系統(tǒng)和日后的運(yùn)行管理及維護(hù)，而且完全符合水廠實(shí)際運(yùn)行情況，降低建設(shè)成本。而且由于統(tǒng)一選型，避免某些新建水廠由于各子站分別采用不同控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的系統(tǒng)矛盾及缺陷。水人員直接參與系統(tǒng)安裝和調(diào)試是保證系統(tǒng)正常發(fā)揮作用的重要條件之一。
3.冗員問(wèn)題，是阻礙自來(lái)水行業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的障礙之一，自動(dòng)化程度提高，必然導(dǎo)致出現(xiàn)富余人員，因此必須處理好安置間題，否則達(dá)不到自動(dòng)化的目的，但自控系統(tǒng)需要增加一些專業(yè)找術(shù)人員來(lái)進(jìn)行維護(hù)管理。
4.必須設(shè)立相應(yīng)的維護(hù)班組，值班維護(hù)組可以處理任何操作間題.這個(gè)班組應(yīng)具有系統(tǒng)所有設(shè)備的軟件維修和硬件服務(wù)所需的技術(shù)知識(shí)。齊全的設(shè)備配件，可使維修組盡快地完成維修工作，使故障設(shè)備的停機(jī)時(shí)間縮至最短。必須認(rèn)真對(duì)待信息處理，在對(duì)其進(jìn)行后期處理時(shí)，不應(yīng)破壞控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
本文結(jié)合某凈水廠的工藝流程，分析了自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件及硬件設(shè)計(jì)選型。
關(guān)鍵詞：
工藝流程；計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)；硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)；PLC
1凈水廠概況
浙江某凈水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，供水水源為水庫(kù)水，原水經(jīng)7kmDN800引水管道進(jìn)入凈水廠，供水系統(tǒng)為全程重力自流供水，出廠水經(jīng)消毒后重力自流至城區(qū)配水管網(wǎng)。
2工藝流程
本工程凈水處理系統(tǒng)工藝流程為：源水來(lái)自水庫(kù)，依次進(jìn)入綜合池、V型濾池、清水池，經(jīng)處理后，輸送至城市管網(wǎng)。本工程污水處理系統(tǒng)工藝流程為：綜合池產(chǎn)生的污泥排入排泥水調(diào)節(jié)池、提升至濃縮池濃縮后，進(jìn)入污泥脫水機(jī)房，脫水后污泥外運(yùn)。濾池的反沖洗水經(jīng)回用水池提升至綜合池回用。本工程各類藥劑投加點(diǎn)：礬投加至管道混合器，石灰和高錳酸鉀投加至管道混合器前，粉末活性炭投加至折板反應(yīng)池中部，氯氣投加至管道混合器前、清水池進(jìn)水管和清水池出水管。
3中央控制室計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)
中央控制室計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)設(shè)于生產(chǎn)調(diào)度大樓的中控室，采用具有C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可支持B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)形式，并可以與上級(jí)系統(tǒng)和周邊系統(tǒng)鏈接，現(xiàn)場(chǎng)站與中央控制室之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。中央控制站主要完成全廠的數(shù)據(jù)通信和調(diào)度管理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)建立在開(kāi)放的、可靠的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，系統(tǒng)中的硬件和軟件都具有可靠性、開(kāi)放性和先進(jìn)性。操作員站采用基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的Windows7操作系統(tǒng)，服務(wù)器操作系統(tǒng)采用WindowsServer2008操作系統(tǒng)。
3.1計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
全廠控制網(wǎng)絡(luò)分三層。第一層為信息層：由2臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)、2臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺(tái)WEB服務(wù)器、1臺(tái)工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等的基于IEEC802.3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)組成，在中央控制室設(shè)置1套100/10Mbps24口工業(yè)以太網(wǎng)交換器，用超五類網(wǎng)線相連，形成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第二層為控制層：由中控室監(jiān)控計(jì)算機(jī)至廠內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)主站基于IEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)組成。第三層為設(shè)備層：由現(xiàn)場(chǎng)控制主站至設(shè)備控制箱、現(xiàn)場(chǎng)儀表基于IEC61158標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線或常規(guī)I/O組成。
3.2計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
服務(wù)器及控制計(jì)算機(jī)選用DELL產(chǎn)品。工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)采用MOXA品牌，PLC和觸摸屏均采用施耐德公司的產(chǎn)品。不間斷電源選用APC產(chǎn)品。
1）計(jì)算機(jī)技術(shù)性能
（1）CPU：酷睿i5-4570（四核，3.20GHzTurbo，6MB）。
（2）內(nèi)存：DDR34GB。
（3）硬盤(pán)：SATA串行硬盤(pán)500G。
（4）光驅(qū)：光驅(qū)DVD±RW。（5）顯示器：24寸寬屏液晶顯示器。
2）數(shù)據(jù)服務(wù)器技術(shù)性能
（1）CPU：英特爾至強(qiáng)六核E5-2630。
（2）內(nèi)存：4GBRDIMM，1600MT/s，低電壓，單列，x4帶寬。
（3）硬盤(pán)：300GB15KRPM6Gbps近線SAS熱插拔硬盤(pán)*4。
（4）光驅(qū)：DVD。
3）工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)技術(shù)性能
（1）工業(yè)級(jí)以太網(wǎng)產(chǎn)品，符合標(biāo)準(zhǔn)的IEE802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，支持STP/RSTP協(xié)議，可構(gòu)建快速冗余以太環(huán)網(wǎng)，單臺(tái)自愈時(shí)間≤30ms。
（2）帶有SNMP管理單元。
（3）支持Port-basedVLAN協(xié)議，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活的子網(wǎng)劃分。
（4）支持QoS，對(duì)信息設(shè)定不同的優(yōu)先權(quán)。
4）UPS不間斷電源技術(shù)參數(shù)
（1）雙變換在線式。
（2）具有較強(qiáng)的抗過(guò)載能力，至少要能夠達(dá)到125%的過(guò)載。
（3）具有人性化觸控式按鍵，清晰易懂的LED界面，可完整顯示UPS狀態(tài)、負(fù)載、電池容量、電池更換指示等詳細(xì)信息。
（4）能夠在130V~275V輸入電壓范圍內(nèi)正常使用。
（5）具備短路保護(hù)裝置，發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)停機(jī)，故障消除后自動(dòng)恢復(fù)。
（6）具備防雷擊保護(hù)裝置。
3.3計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
工業(yè)監(jiān)控軟件采用亞控公司的KingSCADA開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在此平臺(tái)上設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)用戶所需的生產(chǎn)管理系統(tǒng)。根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程工藝儀表采集到的數(shù)據(jù)，生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行中狀態(tài)信號(hào)和電氣數(shù)據(jù)以及化驗(yàn)數(shù)據(jù)和其他信息等，協(xié)調(diào)和管理全廠的生產(chǎn)調(diào)度，打印生產(chǎn)報(bào)表、繪制趨勢(shì)曲線圖，報(bào)警及事件記錄。生成凈水廠的生產(chǎn)工藝流程、變配電系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖，反映生產(chǎn)工藝流程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、完成報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)、歷史趨勢(shì)曲線的存儲(chǔ)、顯示和查詢。生成各類生產(chǎn)運(yùn)行管理的班報(bào)、日?qǐng)?bào)、月報(bào)和年報(bào)表。在線生產(chǎn)成本分析系統(tǒng)具有對(duì)任意一個(gè)或多個(gè)時(shí)間段的生產(chǎn)成本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、查詢、比較、分析等功能，為生產(chǎn)決策提供可靠依據(jù)。
4自動(dòng)化控制系統(tǒng)
自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用PLC控制器，通過(guò)采集現(xiàn)場(chǎng)儀表的生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和控制設(shè)備的狀態(tài)信息，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝的要求，實(shí)現(xiàn)凈水廠的過(guò)程控制、順序控制、連鎖控制、設(shè)備的開(kāi)機(jī)、停機(jī)等各種操作，完成凈水廠的自動(dòng)控制。自動(dòng)化控制系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、高性能PLC及智能化儀表。集中管理生產(chǎn)過(guò)程中的信息，以實(shí)現(xiàn)整體操作、維護(hù)、管理和優(yōu)化；同時(shí)，也使得控制風(fēng)險(xiǎn)分散，提高系統(tǒng)可靠性。
4.1控制系統(tǒng)站點(diǎn)分布
本工程在廠區(qū)設(shè)置5個(gè)PLC主站和11個(gè)PLC濾池子站。5個(gè)PLC主站分別為：綜合池PLC主站、反沖洗泵房PLC主站、脫水機(jī)房PLC主站、加藥間PLC主站、加氯間PLC主站，每個(gè)濾格設(shè)置一個(gè)濾池子站，共11個(gè)濾池子站。PLC主站與SCADA服務(wù)器組成100M工業(yè)以太網(wǎng)光纖環(huán)網(wǎng)。所有PLC主站按無(wú)人值守的運(yùn)行管理方式。
4.2控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)管理、工藝流程、構(gòu)筑物位置分布相對(duì)分散的特點(diǎn)，系統(tǒng)選用施耐德電氣基于可編程序控制器（PLC）的控制系統(tǒng)。每個(gè)控制主站采用施耐德電氣的ModiconQuantum熱備系統(tǒng)（CPU67160系列）。11個(gè)濾格子站，采用施耐德電氣的ModiconM340（BMXP342020系列）控制系統(tǒng)。140CPU67160是ModiconQuantum系列最高端控制器，專用于雙機(jī)熱備冗余系統(tǒng)。CPU采用Pentium型芯片，主頻266MHz，內(nèi)置RAM，并提供兩個(gè)PCMCIA擴(kuò)展插槽，能夠很容易地滿足最大限度要求的程序擴(kuò)展和數(shù)據(jù)保存。存儲(chǔ)器容量可以用PCMCIA卡（存儲(chǔ)程序、常數(shù)、變量名和注釋，備份文件等）進(jìn)行擴(kuò)展。集成Modbus、ModbusPlus、TCP/IP（熱備端口）、USB等多種通信端口，便于與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。CPU上集成液晶顯示屏幕，用于顯示系統(tǒng)的運(yùn)行、故障、通信等狀態(tài)信息和設(shè)置系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)。帶有后備電池的SRAM，可以在控制器斷電的情況下保存應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)。140CPU67160集成了100M的光纖通信端口，完成主備CPU模塊的數(shù)據(jù)同步。QuantumCPU使用可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器技術(shù)，支持控制器的執(zhí)行存儲(chǔ)和指令集。這一最新的非易失存儲(chǔ)器技術(shù)，在不更換存儲(chǔ)器卡的情況下只需通過(guò)Modbus或ModbusPlus即可實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)更新。
4.3控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
各PLC現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)計(jì)具有下列功能：
（1）具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所屬監(jiān)控工藝流程范圍內(nèi)的生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)（壓力、流量、液位）、水質(zhì)參數(shù)（溫度、濁度、PH值、余氯等），并對(duì)采集的上述參數(shù)進(jìn)行處理同時(shí)供上位機(jī)儲(chǔ)存、顯示。
（2）具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所屬監(jiān)控工藝流程范圍內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)其進(jìn)行采集、處理同時(shí)供上位機(jī)儲(chǔ)存、顯示。
（3）具有全自動(dòng)控制或調(diào)節(jié)計(jì)量泵、水泵、鼓風(fēng)機(jī)、閥門(mén)等設(shè)備。
（4）具有自動(dòng)進(jìn)行越限保護(hù)處理和設(shè)備故障自動(dòng)進(jìn)行保護(hù)。
（5）具有可靠的安全措施，具有保護(hù)口令，防止越權(quán)修改程序。
（6）系統(tǒng)具有較強(qiáng)的自檢功能和故障自恢復(fù)功能。能夠承受運(yùn)行中的各種干擾。
4.4控制系統(tǒng)開(kāi)放性和可擴(kuò)展性
開(kāi)放性的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)可以保證系統(tǒng)具有較長(zhǎng)的生命周期，系統(tǒng)在投入運(yùn)行以后可能會(huì)有一些變化調(diào)整，因此系統(tǒng)必須具有靈活的結(jié)構(gòu)，具有良好的開(kāi)放性，在軟件和硬件的配置上能靈活增減。具有強(qiáng)大的系統(tǒng)維護(hù)和診斷功能，保證系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的可靠性是整個(gè)系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。PLC、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)控軟件等系統(tǒng)核心部件以及斷路器、開(kāi)關(guān)電源、繼電器、接線端子等易損件均選用工業(yè)級(jí)、抗干擾能力強(qiáng)，在凈水廠自動(dòng)化系統(tǒng)領(lǐng)域有長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的國(guó)內(nèi)外知名品牌。整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行。系統(tǒng)組件的設(shè)計(jì)滿足國(guó)內(nèi)、國(guó)際的安全標(biāo)準(zhǔn)，并且易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，抗腐蝕，適應(yīng)較寬的溫度變化范圍，能夠承受工業(yè)環(huán)境的苛刻條件。系統(tǒng)提供高度的在線維護(hù)性能。任何節(jié)點(diǎn)故障、離線或從系統(tǒng)中移去不會(huì)影響其他節(jié)點(diǎn)正常運(yùn)行，具有標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)外通信接口，便于與其他控制系統(tǒng)通信。選用高質(zhì)量的設(shè)備搭建的系統(tǒng)架構(gòu)，不僅可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，也將大大減少投運(yùn)后的維護(hù)工作量、并節(jié)約二次投入的資金，同時(shí)避免因系統(tǒng)故障導(dǎo)致的損失。
作者：斯東浩 單位：浙江浙大中控信息技術(shù)有限公司
參考文獻(xiàn)
