摘要：在水厂的水处理系统中采用自动控制技术，不仅可以提高系统的性能、产率、可靠性，而且还可以增加系统的稳定性、降低操作成本、加快启动过程等。由于水处理过程是一较复杂的连续批量生产过程，即有现场设备的运行协调，又有大量的现场数据采集和处理，同时各功能单元地理位置分散，相互间由管道或管网互连，基于以上特点，现阶段要实现水处理自动化，最佳方案是采用PLC 系统。本文对制水工艺流程进行了分析，介绍了PLC 的水厂供水自控系统的设计。
关键词：水厂源水供水；PLC；自动控制
在水厂的水处理系统中采用自动控制技术，不仅可以提高系统的性能、产率、可靠性，而且还可以增加系统的稳定性、降低操作成本、加快启动过程等。由于水处理过程是一较复杂的连续批量生产过程，即有现场设备的运行协调，又有大量的现场数据采集和处理，同时各功能单元地理位置分散，相互间由管道或管网互连。鉴于此，结合本企业生产的需求，本文给出基于PLC 的水厂供水自控系统的设计思想和部分关键技术，重点结合制水工艺流程介绍了加矾、反冲洗和过滤子控制系统。本系统实现了优化控制，提高了工作效率和水处理流程的稳定性。
一、系统总体设计
水处理工艺流程原水通过取水泵房、输水管道进入净水厂，在管式混合器前投加混凝剂和加氯，经絮凝沉淀池沉淀，气水反冲洗滤池过滤，再经后加氯，进入清水池，再由送水泵房送至城市管网。取水泵房为水厂提供原水。加氯设备系统包括以下投加系统：①絮凝池前加氯，为连续工作模式，用以氧化降解原水中的有机物；②过滤后加氯，为连续工作模式，用以对过滤后水的消毒并维持出厂水有一定的余氯。加矾间采用常用的混凝剂：液体碱式氯化铝和硫酸亚铁。絮凝平流沉淀池分两组，每组处理水量60000m3/d，其作用是分离矾花和水，絮凝沉淀池主要控制的是排泥设备。气水反冲洗控制包括两部分：第一部分为公共反冲洗设备控制，第二部分为气水反冲程序控制，滤池的控制也包括两部分。送水泵房根据中心控制室给定的出水总管压力，自动控制清水泵开、停及调速水泵的转速，保证出水压力。
二、水厂源水供水技术问题
1、加矾子控制系统的设计。该系统所采用的混凝剂为液体碱式氯化铝和硫酸亚铁；人工投加到溶解池和溶液池，稀释到加注浓度后加注，加注溶液的浓度为10%。加注率的设定值应人工设定，加注量也能进行手动控制和校正。投药计量泵2 台，每台最大加注流量为1.0 m3/h，扬程为4 bar。投药计量泵通过改变转速和冲程来改变加药量。计量泵的冲程控制主要由原水流量和浊度控制器来控制，原水流量按比例控制计量泵冲程。浊度控制是PLC 根据原水浊度和沉淀池出水浊度来控制，沉淀池出水浊度和设定要求的出水浊度相比较，若沉淀池出水浊度达不到水质要求，就对加药泵的冲程进行调节。PLC 根据流动电流检测仪SCD 测量值控制加药泵频率，对加药量进行精调。同时，加药泵冲程设定值也可由操作员终端给出，按定值控制。
2、反冲洗滤池子控制系统的设计。滤池系统由反冲洗泵房和格滤池组成。整个工作过程分为两个阶段，即正常过滤阶段和气水反冲洗阶段。气冲洗由2台鼓风机提供气源，另设1台空压机为气动阀门提供高压气源。水冲洗由卧式离心泵提供反冲洗水，采用自灌式启动。
（1）反冲洗泵房
第一部分为公共反冲洗设备控制，由公用PLC 和滤池PLC 子站配合实现设备的顺序启停控制。对每格滤池子PLC 上送的“请求冲洗”申请的次序，组成一队列，并按次序启动各格滤池子PLC 共同自动完成反冲洗过程。当有多个滤池同时发出“冲洗”请求时，公用PLC 采用FIFO 堆栈原则，即先进先出原则进行排队冲洗。FIFO1 处理人工请求，FIFO2 处理自动请求，FIFO1 优先于FIFO2。
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第二部分为气水反冲程序控制，当某格滤池满足反冲洗条件时，即进入自动反冲洗程序；约4min 后起动反冲洗泵，打开水冲洗阀进行气水混合冲洗；再约4min 后停鼓风机和气冲阀，单独进行水冲洗，再约2min 后停反冲洗泵和水冲洗阀，开余气释放阀10s，排除管道内的余气，关闭排水阀，完成一次反冲洗过程。再开进水闸板阀，待滤池水位上升至一定值时开清水出水阀，滤池进入正常过滤阶段。
（2）滤池。滤池的控制包括两部分。第一部分根据滤池水位，通过预装PID 调节程序，调节清水出水阀开度以保证滤池恒水位恒速过滤；第二部分为将滤池水头损失实测值与设定值相比较，到达设定值时或达到过滤周期时向主站发出反冲洗请求。
3、控制系统程序设计
该供水自动控制系统由主控室的上位机工作站和现场PLC 控制站构成，整个控制系统分为两层网络，即管理级的以太网和工业级的DH+网。中心控制室操作员站、通信机和打印机管理器连在以太网上，以太网的通信速率100Mb/s；除取水泵房PLC 站外的现场PLC 站连接在DH+ 网上，DH+ 网包括PLC 与中心控制室操作员站之间、PLC 站与子PLC 站之间，工业级的DH+ 网通信速率为57.6K/s。上位机和取水泵房PLC 站之间通过光纤通信，与其他现场PLC站之间通过DH+网连接，组成一个分布式的网络控制系统。
整个供水自控系统配置分为二层：第1 层由中心控制室操作员站、通信机和以太网组成；第2 层由各现场操作显示终端PLC 站和现场网络DH+ 组成，现场网络包括PLC 与中心控制室操作员站之间、PLC 站与子PLC 站之间。现场PLC 控制站分设在絮凝沉淀池、加氯间、加药间（PLC1），反冲洗泵房、滤池（PLC2），每格滤池子站，送水泵房（PLC3）和取水泵房（PLC4），这种划分既保持了工艺过程的完整性，又使检测和控制点相对分散，不致使某一终端负担过重，当某一终端出现故障时，不会影响整个计算机系统。
将水厂工艺设备的控制分为3 级：第1 级是中心控制室操作员站计算机的集中控制；第2 级是现场PLC 站根据预定控制程序和现场实际情况，实行自动控制，无需人为干预；第3 级是手动控制，与工艺设备操作有关的MCC 柜、机旁操作箱均带有“控制方式”选择开关，各设备均可通过“远程/ 就地”选择开关切换实现手动操作。其中，手动控制的优先级最高。
4、系统实际应用。目前，系统已成功应用于该水厂，实现了从取水、前加氯预处理、投矾混凝，过滤、后加氯消毒到出厂水计算机远程控制的监控生产。一级泵房距离水厂厂区约3 公里，通过光纤连接到水厂中控室，PLC采用SLC5/05，可远程控制开停泵，根据源水水位自动判断是否开启抽真空，实现一键操作。有高压和低压两个二级泵房，高压有1 台1000kW 和3 台630kW 机组，低压有2 台280kW 和2 台200kW机组，主要使用高压机组供水，低压机组用于对出厂水压力的调节和补充。高压泵房PLC 站使用的时PLC5/30CPU，可远程控制开停泵，并监控电机运行情况。目前，系统整体运行情况良好，但仍然存在着不少问题，主要是由于PLC5/30 系列的CPU 采用的是DH+ 网络，网络传输速率只有57.6K，控制响应速度及反馈速度都有一定滞后，对该系列产品已停产多年，导致其配件昂贵且难以购买。因此，系统仍需进行更新改造。
基于PLC 的高可靠性及其编程简单的特性，设计了一种水厂供水自控系统，对制水工艺流程进行了详细的研究，并重点研究了加矾、反冲洗和过滤子控制系统，实现了优化控制，提高了工作效率和水处理流程的稳定性，促进了净水处理技术水平的提高。
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论文作者:孟轶 1,,许磊2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/20
标签：滤池论文; 泵房论文; 水厂论文; 系统论文; 浊度论文; 水处理论文; 现场论文; 《基层建设》2018年第15期论文;