水厂自动化控制系统

本方案针对水厂的实际情况，本着经济、可靠、合理、先进的指导思想而设计，主要设计目标如下：

1) 智能自动。絮凝、砂滤、炭滤、加药、泵房和泥水处理等过程在中控室的监督下自动运行，也可在中控室或现场强制干预手动控制；加药加氯量、供水压力、反冲频率、排泥周期等控制参数可根据水处理工艺的改变合理方便调整；砂滤、恒压供水等复杂过程经过缜密的逻辑算法编程达到准确实现。

2) 稳定可靠。水厂净水的工艺过程相对独立、单体设备多、设备距离远、采集种类和数据庞大，并且水厂水处理有重要的连续性、不可替代性和不可间断性要求。该控制系统方案使用集散控制（DCS）与现代网络通讯相结合的先进控制系统。主干控制通讯使用冗余光纤环网，单工艺过程使用集散控制结构，即使某点出现问题不会影响其他装置和整个制水过程。水质参数在水处理过程中非常重要，目前国内的水质传感器往往测量不准或稳定性不行，所以我们选用了哈希的水质传感器。

3) 经济实用。现国产的压力变送器、超声波流量计、超声波液位计等传感器已经非常稳定成熟，在保证系统稳定性的情况下选用国产设备，保证该系统的经济性。

4) 方便扩展。选用台达的PLC、触摸屏、电源等产品，可保证系统的兼容性。台达产品的编程及辅助管理软件界面为中文，方便我们工人对该系统掌握，另我们现有的水源井自控系统也使用了该品牌的产品，水源井控制和水厂控制设备可以互换使用，提高了维护便利性和节省成本。

水厂的主要净水工艺如下图所示：

控制设备通讯网络拓扑如下：

重要传感器的配置及安装位置如下：

水厂信息系统共分为自控系统、安防系统及中控室三部分。自控系统使用独立的冗余环网，安防系统使用公司的局域网，局域网与外网的通讯中间布置防火墙。

1) 本方案所说的自控系统主要包括絮凝平流、砂滤、炭滤、泥水处理、泵房系统五部分，各部之间采用冗余环网通讯，各部可互相访问。其中加药加氯、进水参数包含在絮凝平流内，反冲空气包含在砂滤中，出水参数包含在泵房系统中。

2) 安防系统由分布在监控点的网络摄像机与网络视频服务器通过公司局域网连接，由网络视频服务器对各摄像机进行管理并对录像数据进行存储。

3) 中控室由监控计算机、后背电源（UPS）、电视墙、视频矩阵、打印机等组成。

控制服务器由两台软件配置一样的网络服务器组成，一用一备。控制服务器上位机对系统进行管理和监督，实现系统的在线检测、统计、图形显示、报警和打印，在线修改系统各分部的控制参数。主PLC(AH500)作为分部的主控制器实现人机交互、通过环网与其他分部互相连接、同步运行，根据实际的测控点配以相应的I/O模块，构成生产现场的通讯网络，组成一个功能完善、高效率的自控系统，实现整个生产过程的实时数据采集和自动控制，传送分布于各处的工艺参数至中央控制室，实现数据的集中管理、监视。根据工艺要求与设备分布，结合现代控制技术，在保证系统合理的性价比的基础上充分考虑系统的稳定性与先进性。

该部分主要包括对原水的监测、平流沉淀池控制、加药加氯控制三部分。主PLC采集原水水质、流量等参数并接收自控系统中滤中滤后水质参数，根据预定算法计算加药加氯量，并总控加药PLC、加氯PLC、吸泥1PLC、吸泥2PLC、排泥1PLC、排泥2PLC，协调运作，达到原水数据采集、加药加氯、絮凝沉淀、吸泥排泥的自动控制。

各分项小型PLC采集自身监控对象的状态，如电参数、液位、故障信号，实现自身的控制与保护，接收主PLC的控制命令，执行操作。

加药：其中原水流量比例、原水水质可作为加药控制的主要参考依据，基本可以达到在保证水质的同时降低药耗的目的。

加氯：利用目前生产自来水的常用二氧化氯杀菌消毒工艺。在工艺设计上，设前加氯（原水）和滤后加氯（滤池出水）两处加氯点。

前加氯通常采用流量比例、原水水质参数控制加氯量；

滤后加氯采用流量比例、余氯反馈“复合环路”控制加氯量；滤后加氯是自来水消毒处理的主要环节，但由于在水中投加氯后，需要在清水池内至少有30分钟以上的接触时间，才能达到比较好的杀菌效果，也是一个滞后控制。

絮凝沉淀：每平流沉淀池的排泥使用一套PLC，每台吸泥机使用一套PLC，共四套。这四套控制柜受絮凝进水主PLC控制管理。主PLC将数据与总控系统连接。

第二水厂沉淀池上都设有两台吸泥机并采用在吸泥机上设置一台小型PLC的方式，吸泥机受小型PLC控制，仅将吸泥机的运行、故障状态通过滑导线送到絮凝平流沉淀分站内的主控PLC。这样，吸泥机的运行不会受错误信号的干扰，中控室又可以知道吸泥机的运行情况，如发现吸泥机故障，可立即派人员去维修。

滤池是水厂关键的组成部分，也是控制最集中的地方。为了保证水厂净水工艺这一关键部位能正常运行，局部出现故障后不会因为某个阀门的损坏而影响整个滤池的自动运行及调节，我们在滤池上设置了8个小型PLC，每格滤池由一个小型PLC控制。这样，某一部位的阀门等设备出现故障后，只会影响一个小型PLC，仅会使一格滤池退出自动运行状态，等待维修，而其余大部分滤格仍可正常自动运行。

滤池自动控制系统控制的主要内容和原理是：

通过对滤池的进水阀、排水阀、泄气阀、反冲洗气阀、反冲洗水阀、出水调节阀、反冲洗鼓风机、反冲洗水泵、空气压缩机、液位仪的监控实现自动反冲洗；通过对出水调节阀和液位仪的监控实现滤池恒水位过滤；同时，对各种工艺参数和设备运行状态进行检测。在功能上实现无人值守全自动运行；必要时在中央控制室直接遥控任何一台设备。在工艺配合上一方面使用系统存储的一套优化后的工艺参数进行全过程控制，必要时由技术人员调节相应工艺参数。

滤池反冲洗一般分为降水位、气洗、气水混洗、水洗、反冲洗结束投用五个阶段。

滤池的恒水位过滤：滤池的恒水位过滤控制是根据液位仪反映的对应滤格水位的变化（滤头损失影响滤速，从而导致水位变化，水位变化的大小反映出滤头损失的多少），通过调节滤池出水调节阀开度，达到使该格滤池内水位恒定，从而保证正常的滤速和过滤效果。

滤格恒水位过滤由安装在滤池的PLC控制器进行控制。各滤格安装有液位变送器，将滤格液位转换为4-20mA电流信号送到PLC控制器，PLC控制器把液位信号与液位设定值进行比较处理后，送出一定的电流信号控制清水阀开启度，以保证滤格水位恒定。

本只考虑了泥水的提升、泥水澄清、回水利用。对于脱泥处理暂未考虑，现只留有扩展接口。

泵房自控部分包含对出水1水质采集、出水2水质采集、水池水位采集、城区供水泵组控制、郊区供水泵组控制、砂滤反冲洗供水泵组控制、炭滤反冲洗供水泵控制。

恒压供水系统主要是由PLC、变频器、PID调节器、TC时间控制器、压力传感器、液位传感器、动力控制线路以及5台水泵等组成。通过安装在出水管网上的压力传感器，把出口压力信号变成4-20mA的标准信号送入PID调节器，经运算与给定压力参数进行比较，得出一调节参数，送给变频器，由变频器控制水泵的转速，调节系统供水量，使供水系统管网中的压力保持在给定压力上；当用水量超过一台泵的供水量时，通过PLC控制器加泵。根据用水量的大小由PLC控制工作泵数量的增减及变频器对水泵的调速，实现恒压供水。当供水负载变化时，输入电机的电压和频率也随之变化，这样就构成了以设定压力为基准的闭环控制系统。

同时系统PLC的时间控制器和PID控制器，使其具有定时换泵运行功能（即钟控功能，由时间控制器实现）和双工作压力设定功能（PID控制器和时间控制器实现）。此外，系统还设有多种保护功能，尤其是硬件/软件备用水泵功能，充分保证了水泵的及时维修和系统的正常供水。

• 冗余环网路由器
• 可编程控制器PLC及触摸屏
• 水质浊度仪
• 在线式二氧化氯监测仪
• PH值传感器
• 超声波流量计
• 超声波液位计
• 温度和压力同时测量的变送器
• 多功能电力仪表

相关下载：水厂自动控制系统方案.pdf