水厂自动控制系统概述

【摘 要】本文介绍了基于罗克韦尔系列自动化产品实现了一个水厂的自动控制系统，结合合肥市第三水厂自动控制系统的实例，阐述了控制系统的硬件及软件架构和实施注意事项。

【关键词】自动控制；PLC；主机

1 引言

随着城市现代化建设的发展，环境保护、生活用水的要求更高了。以前老式水厂的人工、半自动水厂控制系统已经远远不能满足现代化生活和企业运作的需要，因此先进的计算机控制技术应运而生。通过先进的自动控制系统，可实现对水厂制水等工程运作的监视和控制。℉因此以计算机技术为基础，以可编程控制器（PLC）组成分布式集散系统对水厂实现了全过程自动控制。

2 系统阐述

通常水厂的处理工艺流程如下图：

按照三水厂的工艺实践，（取水由源水泵站控制，不在三水厂控制范围内，因此此处不作概述。）混凝、反应❥、沉淀和消毒放在加药分站控制，过滤在滤池分站控制，送水在送水分站控制。

2.1 系统构成

控制系统采用PLC+PC的监控方式，设置一个中心控制室主站与3个PLC控制分站（加药分站、滤池分站和送水分站），现场分站之间、现场分站与中心控制室主站之间以及中心控制室内的计算机均通过以太网通讯。现场设备的控制分为手动与自动两种控制方式：手动时PLC监测设备的运行状态；自动时，PLC监控设备的运行。在自动状态下，还具有键控与自控两种控制方式：当处于自控控制方式时，现场分站PLC可以监控设备的运行，而中心控制室只能监测设备的运行状态；当处于键控控制方式时，中心控制室可以监控设备的运行。

2.2 系统各站主要配置和功能

2.2.1 厂级控制层

（1）主控服务器计算机两套，以互为热备用方式工作，完成计算机监控系统的管理。

（2）操作员工作站设两套，两台工作站互为热备用方式，一台用于监控，一台用于监视。当监控工作站因故退出时，监视工作站可自动或手动升为监控站，采集到的数据送服务器。

2.2.2 现场控制层

厂内设有三套分站控制单元，采用罗克韦尔的SLC-505设备。各分站控制单元分别完成各自监控对象的数据采ฌ集及处理，并向网络传送数据，接受上位机的命令和管理。同时单个控制分站具有独立的控制、调节和监视功能。分站控制单元由工控机和PLC等设备组成。

（1）加药分站：主要控制对象是加矾系统、加氯系统。

加矾系统是计量泵控制投加，采用的是湖南华博公司的水厂投加料神经算法控制系统。利用历史数据、源水变化以及水质反馈，经数据处理后控制计量泵的冲程与频率，从而调节加矾量。

加氯系统包括前加氯与后加氯系统。前加氯是根据源水流量按比例投加；后加氯则根据滤后水流量进行投加，清水库余氯信号反馈调整。

加药分站所检测的仪表信号有：流量、各水质数据、矾液池液位、计量泵流量、加氯量等。

（2）滤池分站：主要控制对象是滤池进排水阀门、 ϡ清水阀、反冲阀、反冲洗滤池、反冲洗泵。

滤池分站下挂10个控制子站。每个控制子站控制两组滤池的过滤与反冲洗。每组滤池装设一台超声波水位检测仪，用于控制该组滤池清水阀门的开度，使滤池在恒水位条件下工作。滤池的反冲洗可选择两种控制方式：自动反冲控制和键控反冲控制。自动反冲洗可以根据时间、水质等参数的设定完成所有滤池的反冲控制。键控反冲为操作人员在上位机上控制各滤池的反冲工作。

滤池分站所检测的仪表信号主要有：滤池水位、滤后水浊度、各阀门开度等运行信号。

（3）送水分站：主要控制对象是送水泵及厂内变配电系统。

送水泵的开停台数由公司调度室发信号给中心控制主站，由中心控制主站给出开停泵信号，由送水分站PLC完成水泵开停过程。送水分站同时完成厂内高低配电的监控功能。

送水分站所检测的仪表信号有送水泵出口压力、送水泵及电机温度，出厂水压力、流量、PH值、浊度和余氯值，以及所有变配电系统信号。

3 系统配置及特点

系统的PLC硬件都采用了罗克韦尔的产品，通讯软件采用RSLinx，梯形图编程软件采用RSLogix500，人机界面采用力控5.0组态软件来完成数据采集、记录、操作监控等任务，操作系统采用WindowsXP系统，设置了用户安全管理体系，只有通过正确的口令和用户名才可能成功登录，同时系统软件自身采用实时数据库系统来进行分析和管理，数据库系统选用微软的SQL Server2000产品。

软件的各个功能块如下：

3.1 监控画面功能

（1）监控系统运行状态画面：画面显示监控系统PLC和测量装置及主控工作站的工作状态和参数。

（2）所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图、棒型图画面。

（3）各种运行和管理报表及表格画面。

（4）水厂的平面图、动画等显示。

3.2 数据采集和处理功能

系统可自动实时采集和处理来自各现场控制层及调度系统的数据。主要包括：所有工作分站的模拟量、开关量的采集，对这些数据进行处理和分析，处理后的数据以一定的格式存入实时数据库，形成实时数据库和历史数据库，以备系统调用和随时查询，并对监视的模拟量、开关量进行统计分析计算作为历史数据存入历史数据库，并作为报表输出的主要数据来源。当出现异常事件记录和出现事故时，计算机监控系统根据目前的情况自动进行处理。

3.3 综合参数统计、计算与分析功能

计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算与分析，形成计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对水厂设备的运行进行全面监视与综合管理，可及时发现故障征兆，提高单元运行的安全性。对现成的计算数据列出作为实时数据处理，ย存入相应的实时数据库和历史数据库，进行越限报警、启动相关处理程序等操作。

3.4 安全运行监视及事件报警功能

（1）主要设备安全运行实时监视

计算机监控系统可以使运行人员通过主机兼操作员工作站显示器屏幕对全厂主要设备运行状态和运行参数进行实时监视，包括状态变化监视、过程监视、历史趋势分析和监控系统异常监视。

（2）事件报警

计算机监控系统周期性扫描故障信号，故障发生时，立即响应并处理，同时记录故障发生时间、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印故障报警语句，发出声光报警信号，按故障发生的先后次序排列，形成故障记录并存入数据库。故障记录表格为故障汇总记录表，可供值班人员查寻，并定时打印。

4 系统的智能性分析

自控系统的实用性实际上要求系统有较高的智能度或容错能力。可以将平常的运行经验加入控制程序中，即加入若干个智能点。譬如可以通过出口压力信号或电机电流判断反冲洗水泵是否出水；又如当远控打开某滤池的排水阀时，其全开行程开关未动作，但此时滤池水位突然下降，由此判断排水阀已打开而不必终止程序执行。这些智能点的加入使系统的适应能力大大提高，PLC通过分析有限的信号量可以发现被控设备的故障。

5 结束语

本文基于罗克韦尔自动化的系列产品组建的水厂自动控制系统，实现了单元的无人监控、少人值班，提高了水厂自动化水平和水质处理的效率，减轻了运行人员的负担。实际运行证明，本系统可达到大中型水厂的无人监控、少人值班的高自动化水平，减轻了操作人员工作强度，提高了水厂运行的安全和可靠性。

参考文献：

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