水厂自动化控制系统的应用分析

[摘要]城市化进程的加快需要城市供水的充分保证，传统的水厂供水控制系统不能满足现代化生活及企业运作的水源需要，水厂引进自动化控制系统实现水厂的常规处理工艺自动化、智能化，提高了水厂的生产效率、供水质量，并充分节约了资源降低了生产成本。本文对水厂自动化控制系统的构成及设计进行分析，分析自动控制系统的功能及重要作用。

[关键词]水厂；自动化控制系统；现场总线；以太网；PLC

水厂自动化控制系统是根据水厂的工艺要求和实际生产条件，设计由中央控制站、PLC可编程控制器和现场设备、现场总线组成的自动化控制系统，运用现场总线技术、以太网技术、冗余技术为支持，实现管理和控制一体的供水信息化智能化，保证系统效益的同时便于上级部门的监控和管理。

一、水厂自动化控制系统的基本状况

1、水厂的常规处理工艺流程

截取原水（通过多台离心泵将江河、地表等处的水抽入水厂）药剂的制备与投加（按工艺要求投加适量的消毒剂、混凝剂）反应池（保持投加药剂的充分反应）沉淀池（反应充分的水低速流过平流沉淀池，实现悬浮颗粒的沉淀）砂滤池（通过石英砂颗粒介质去除悬浮杂质，定时对石英砂冲洗）消毒（对添加药剂等的消毒）清水库（符合使用标准的水）二级泵房城市管网用户。

2、水厂自动控制系统的构成

2.1设计思想。水厂自动化控制系统由控制单元对生产工艺过程进行实时运行工况的控制，包括监控实时生产数据、设备实时运行工控、设备故障、设备保护等，通过中央控制系统的液晶显示屏展示，方便操作人员对生产全过程的控制和管理。2.2系统的结构。按水厂的工艺流程将系统构成分为四层控制结构，第一层是信息化管理层，位于中心机房，由智能化控制中心系统、中央数据库、水厂生产执行系统组成；第二层是管理控制层，由工程师站、中控室操作员站、监控站、工业光纤环网组成；第三层是控制网络层，由进水流量调度子系统、加药控制子系统、泵房监控总系统、配电监测子系统的的PLC及现场人机界面组成；第四层是设备层，包括现场总线、各类现场设备、仪表等组成。2.3自动控制系统的功能。①数据采集和控制功能：各控制系统的子系统完成现场生产数据的采集、分析和处理，实时传送至中央控制系统，中央控制系统根据数据的解析结果对PLC设计指令实现工艺的控制，实现操作员的远程控制并根据参数的变动进行在线修改；②信息处理功能：中央控制系统设计工艺流程动态图及变配电系统实时图，将工艺流程节点的数据实时传输和存储，实现历史数据及趋势曲线、故障等显示，生成生产管理报表及图表。③通信功能：现场总线技术的应用实现了水厂全部系统的实时通信，并通过以太网技术与外网连接，实现多系统的双向通讯。④自我诊断报警功能、智能故障分析处理功能及故障预测规避功能等。

二、水厂自动化控制系统的应用

1、系统控制功能模块的划分

1.1进水流量调度子系统

操作人员根据生产工艺的需要在中央控制室完成进水流量的目标值给定设置，通过现场总线将控制指令传送到进水流量控制的PLC控制其中，完成程序的编制，监控系统对给定流量进行跟踪调节，完成准确的流量控制。

1.2加药控制子系统

操作人员对PLC设置必要的参数，包括药液原液的浓度、欲配溶液的目标浓度及配药过程中液位的高度等，数据设置完毕后启动控制器，控制其根据参数自动进行溶液池使用的切换，并根据参数的变化调节进水电磁阀，保证溶液的目标比完成。

1.3配电监测子系统

配电系统按照设备的特点选择适合功率的配电保护装置的安置，配电系统加设智能化综合数字保护继电器，通过现场总线技术实现配电系统与继电保护器接入控制系统，系统运行后，智能继电器根据设备的运行状况及功率运转情况调节电流和电压，实现对设备的运转功率调整，保护设备和仪器，并将监测数据实时传回控制中心，信息采集的准确可靠，对事故的发生有重要的预测作用，实时调控继电器的运行规避故障的发生，或对故障进行迅速处理。

1.4泵房监控子系统

该系统主要是对取水泵房、提升泵房、出水泵房的机组实现远程联动开停控制及运行的监测。系统通过监测功能将电机组的功率、电压电流数据、泵房真空系统运行状态等数据记录并传输至中央控制系统，PLC根据中央控制指令调节控制数据，并实现对机组的统一调度，该系统的功能还包括记录运行机组跳闸故障保护信息及实时报警信息等。

1.5滤池监控子系统

滤池控制系统主要功能是控制过滤和反冲洗过程。高程滤池采用恒定水位控制原理实现滤池的自动反冲洗，当实际液位超出系统预设的数值时，控制系统对阀门进行关闭指令；低程滤池采用流量控制与恒定水位结合的控制方式，流量或水位超出设定值系统进行报警并关闭阀门。

2、水厂自动化控制系统的主要特点

2.1系统的先进性

现场总线技术实现了控制中心及各子系统、PLC的连接并形成高性能的控制平台，实现过程控制、顺序控制、传动控制、运动控制的任意组合控制，模块化的设计对子系统的编程具有现场意义，节省了工程实施费用和人员培训费用，对工人的技术要求专业化细致化，有利于充分保证水质。

2.2系统的可靠性

工业以太环网和冗余控制网的嵌入保证了网络的无扰动切换，对数据交换及存贮不产生影响，具有的短线自我诊断及恢复技术，保证了编辑操作、对等通讯、控制器实时互锁等数据的发送具有稳定性和安全性。

2.3系统的兼容性和扩展性

现场总线技术及PLC控制器、中心控制台的架构设计保证了系统的兼容性和扩展性，平台的多接口及处理方式允许架构多种处理器及网络，增加或减少控制器及通讯模块的数量，保证数据的传输和系统的控制。

结束语

水厂自动化控制系统的优化设计可以为居民的生活用水、企业的生产用水提供符合标准的水质，提升水厂的经济效益，自动化控制系统的自动调配降低了生产中的不合理损耗和电能耗用，并实现生产过程的可控性、信息化，为水质监控及上级调度提供了技术基础，实现了现代化企业的生产要求。

参考文献

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[2]王国锋，于学鹏.水厂自动化控制系统中的PLC控制[J].现代制造，2007，16：66-70.

[3]蒋益祥.谈水厂自动化控制系统的功能设计与管理[J].城镇供水，2000，01：12-15.

作者简介

王婷婷（1985-），女，浙江临海人，学历：学士，工作单位：临海市灵江水务集团有限公司，研究方向：水利工程。