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大同市黃河供水工程凈水廠綜合自動化控制系統(tǒng)的實現(xiàn)及探討

時間：2013-01-18 10:57:57來源：遲曉暉梁銘元馬慧璟

導語：?本文介紹了大同市黃河給水工程40×104m3/d凈水廠綜合自動化控制系統(tǒng)，描述了基于“沉淀過濾+臭氧活性炭”凈水處理工藝和“重力濃縮池+板框壓濾機”廢水處理工藝下的凈水廠工藝、自控系統(tǒng)設計及自控系統(tǒng)特點等，并著重介紹了和利時LK系列PLC在此凈水廠自控系統(tǒng)中的應用特點。

1 引言

大同市黃河給水工程凈水廠設計規(guī)模為40×10⁴m³/d，廠址位于大同市南郊區(qū)口泉鄉(xiāng)堡子店村和辛寨村。根據城市集中供水和服務城市生活和生產用水的性質，水質目標執(zhí)行國家頒布的現(xiàn)行標準GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》，為滿足用戶終端水質低于1.0NTU的濁度要求，此水廠的出廠水濁度要求低于0.5NTU。和利時公司作為自控系統(tǒng)承包商，不僅要配合其他專業(yè)達到凈水廠的出水要求，完成此水廠的綜合自動化控制系統(tǒng)，還要將LK系列PLC與其他品牌PLC、控制軟件和儀表充分融合，達到無縫銜接。

2 凈水廠的水處理工藝

大同市黃河給水工程凈水廠凈水處理工藝為“沉淀過濾+臭氧活性炭”，處理后水泵送至城市管網。如圖1所示。廢水處理工藝為“重力濃縮池+板框壓濾機”，脫水后含水率低于40%的泥沙由車輛運輸至12km外已經建成的城南垃圾處理廠集中處理。凈水廠內主要設置調流及安全閥間、格柵配水車間、混合絮凝沉淀池、V型濾池、鼓風機及反沖洗水泵房、清水池、送水泵房、加氯間、加藥間、粉末活性炭和高錳酸鉀投加間、沉淀池排泥水調節(jié)水池、泥沙濃縮車間、泥沙脫水間及變配電間、濾池回收水池等構建筑物。凈水廠內同時考慮中間提升及臭氧接觸池、炭濾池車間、臭氧發(fā)生車間等深度處理系統(tǒng)構建筑物。

3 凈水廠自控系統(tǒng)的設計

大同市黃河給水工程凈水廠綜合自動化控制系統(tǒng)由中央監(jiān)控計算機、服務器、工業(yè)以太網及各控制子站組成，如圖2所示。中央監(jiān)控計算機通過通訊適配器與工業(yè)以太網相連，配置實時監(jiān)控軟件，實現(xiàn)對生產現(xiàn)場設備狀態(tài)的實時監(jiān)測、遠程控制、生產過程數據存儲分析、報表報警打印等功能。

中央監(jiān)控室配置2套冗余熱備的中控監(jiān)控主機、3臺操作員站，光纖網通訊接口適配器、生產過程數據服務器、管理主服務器、管理數據服務器、工程師站、報表打印機和事故報警打印機，DLP投影組合，中央控制臺，不間斷電源(UPS)等。

通訊網絡采用10M/100Mbps工業(yè)以太網，主干網為光纖環(huán)網，控制站下一級為鏈型分支。

各控制子站采用PLC控制系統(tǒng)，根據水廠的生產管理、工藝流程和構筑物位置分布特點，在生產現(xiàn)場設置8個現(xiàn)場PLC控制站（1#PLC~8#PLC），59個現(xiàn)場ECU控制單元（ECU101、ECU201~ ECU234、ECU401~ ECU424）。各現(xiàn)場PLC控制站分配如表1所示。

表1 PLC控制站功能分配

控制站序號	構筑物位置	功能分配
1#PLC	加藥間	監(jiān)控范圍為調流及安全閥間、格柵配水車間、加藥間、鍋爐房的設備及儀表。
ECU101	格柵配水車間	監(jiān)控范圍為調流及安全閥間、格柵配水車間設備及儀表。
2#PLC	凈水車間	監(jiān)控范圍為凈水車間的設備及儀表。
ECU201 ~ECU203	凈水車間綜合用房	監(jiān)控范圍為1#~3#反沖洗離心水泵、電動蝶閥及壓力變送器。
ECU204~ECU206	凈水車間綜合用房	監(jiān)控范圍為1#~3#氣反沖鼓風機及壓力變送器。
ECU207~ ECU210，ECU221~ ECU224	1#~8#單座沉淀池	監(jiān)控范圍為1#~8#單座沉淀池的設備及儀表。
ECU211~ ECU220，ECU225~ ECU234	1#~20#單格濾池	監(jiān)控范圍為1#~20#單格濾池的設備及儀表。
3#PLC	臭氧車間	監(jiān)控范圍為臭氧車間、中間提升及臭氧接觸池、炭庫的設備及儀表。
4#PLC	活性炭濾池車間	監(jiān)控范圍為活性炭濾池車間的設備及儀表。
ECU401~ ECU403	活性炭濾池車間	監(jiān)控范圍為1#~3#反沖洗離心水泵、電動蝶閥及壓力變送器。
ECU404~406	活性炭濾池車間	監(jiān)控范圍為1#~3#氣反沖鼓風機及壓力變送器
ECU407~ ECU424	1#~18#單格炭濾池	監(jiān)控范圍為1#~18#單格炭濾池的設備及儀表。
5#PLC	送水泵房	監(jiān)控范圍為清水池、吸水井、送水泵房、出廠水流量計井等設備及儀表。
6#PLC	加氯間	監(jiān)控范圍為加氯間的設備及儀表。
7#PLC	高錳酸鉀和粉末活性炭投加間	監(jiān)控范圍為高錳酸鉀和粉末活性炭投加間、進廠水流量計井的設備及儀表。
8#PLC	泥沙脫水間	監(jiān)控范圍為泥沙脫水間變配電間、泥沙濃縮車間、沉淀池排泥水調節(jié)池、濾池反沖洗回收水池等的設備及儀表。

4凈水廠自控系統(tǒng)的特點

大同市黃河給水工程凈水廠的自控系統(tǒng)融合了和利時公司的LK系列PLC、AB公司的ControLogix系列PLC、亞控科技的KingSCADA3.0上位組態(tài)軟件及哈希、 E+H 、科隆等廠家的在線儀表等。PLC控制系統(tǒng)作為整個自控系統(tǒng)的核心部分，具有以下特點。

（1）高性能

系統(tǒng)組件的設計符合真正的工業(yè)等級，控制系統(tǒng)能在嚴格的工業(yè)環(huán)境下長期、穩(wěn)定地運行，盡可能降低控制系統(tǒng)故障風險，保證能源收益，確保水廠7×24小時的不間斷供水服務。

LK系列PLC配置了工業(yè)級的處理器，其主頻可以達到533MHz，同時具有納秒級的處理速度，單條指令最快可以達到13ns的處理速度；具有大容量的內存，程序容量可以達到16M，數據容量可以達到64M，而掉電保持數據的存儲則可以達到1M；還擁有非常大的系統(tǒng)I/O容量，數字量I/O可達57344點，模擬量I/O則可達3584點；LK系列PLC的定時器和計數器是超長不限點的，只要在程序容量允許的范圍內用戶可以隨意使用。

（2）高可靠性

PLC控制站一般設于高電磁干擾環(huán)境，如提升泵房、鼓風機房等。

LK系列PLC的控制系統(tǒng)具有較強的電磁兼容性，系統(tǒng)采用各種隔離、抗干擾設計，保證系統(tǒng)能在強電磁干擾環(huán)境中穩(wěn)定運行；還具有通訊事故時的輸出保持或輸出預置功能，并且采用低功耗無風扇的設計結構。

（3）易用性和易維護性

PLC控制系統(tǒng)一經安裝完畢，控制系統(tǒng)便可進入自動運行狀態(tài)。在自動運行過程中需要PLC控制系統(tǒng)在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下進行模塊的更換及系統(tǒng)維護。

LK系列PLC的模塊支持帶電插拔，更換模塊時無需中斷系統(tǒng)運行，新模塊將會自動進行數據的初始化設置，并快速與CPU建立通信；背板上設計有防混淆，以避免插錯模塊；靈活的SD存儲卡，可進行工程恢復及備份復制，使系統(tǒng)維護更加方便、快捷。

（4）開放性和兼容性

基于標準協(xié)議的通訊網絡可非常方便地將第三方設備接入，如加藥系統(tǒng)、加氯系統(tǒng)及泥沙脫水系統(tǒng)等，允許大量過程反饋信息傳輸，支持設備參數訪問功能，可提高系統(tǒng)的性能與診斷能力。

LK系列PLC不僅支持與各種品牌PLC的通訊，例如西門子、GE、AB、施耐德等公司的PLC，此工程完成了與AB公司的ControLogix系列PLC的通訊；而且支持與上位監(jiān)控軟件的通訊，例如iFIX、INTOUCH、組態(tài)王、MCGS、力控等，此工程完成了與亞控科技的KingSCADA3.0上位組態(tài)軟件的通訊；還支持與主流品牌觸摸屏的通訊，例如Pro-Face、HITECH、eView、Weinview、nTou。只要HMI支持標準的通訊協(xié)議，都可以很方便的進行連接。

強大的擴展功能可為遠期擴容、升級改造預留接口及容量。

（5）過程診斷和在線維護

提供的強大診斷功能，能夠方便、高效訪問相關信息，發(fā)現(xiàn)導致故障的根本原因以及需要修正的過程參數等，以便提前發(fā)現(xiàn)生產過程中存在的問題，可以避免設備意外停機，從而降低運營成本。

LK系列PLC支持在線下載、在線修改以及離線仿真調試等功能。

5 結束語

和利時公司作為整個廠區(qū)綜合自動化控制系統(tǒng)承包商，將LK系列PLC與其他品牌PLC、監(jiān)控軟件、在線儀表等控制設備在工程實施中充分融合，完成了綜合自動化控制系統(tǒng)的自動監(jiān)視與控制、計算機管理網絡、綜合布線、閉路電視監(jiān)控、安防門禁等系統(tǒng)。LK系列PLC配置靈活、控制可靠、開放性強和在線維護方便等優(yōu)點，為整個控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了可靠保障。

參考文獻

[ 1 ] 《大同市黃河供水工程凈水廠》工程設計要求

[ 2 ] 和利時公司.HOLLiAS LK系列大型可編程控制器硬件手冊.2011

作者簡介

遲曉暉（1979-），女，工程師，主要從事PLC產品市場推廣工作，并對關鍵項目給與必要的技術支持工作。

About the author
Chi Xiaohui (1979 -), female, engineer, mainly engaged in the work of the PLC product marketing and key projects to give the necessary technical support work.

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