引言

進入新世紀(jì)以來，城市人口增加，各行各業(yè)發(fā)展迅速，供水人口和供水面積不斷增加，而在改革開放前修建的供水廠仍然保持著人工值守，手工操作的現(xiàn)狀，其安全及穩(wěn)定供水都達(dá)不到現(xiàn)在的需要?；谝陨显?，老供水設(shè)備需要進行自動化改造。老供水設(shè)備需要進行改造的原因有：①管理效率偏低；②供水設(shè)備需要有人看守，一般實行三班倒，大量費用用于人工；③上級不能隨時掌握供水設(shè)備的運行情況，設(shè)備隱患不能及時發(fā)現(xiàn)。而PLC(可編程控制器)是實現(xiàn)自動化改造的關(guān)鍵，所有的自動化控制內(nèi)容都由控制器編程實現(xiàn)。對于濾池來說，采取集中、單獨控制器共同工作的方式來降低控制器故障的風(fēng)險性，這是濾池控制系統(tǒng)自動化發(fā)展的一種趨勢。

1  PLC可編程控制器概況

PLC(可編程控制器)是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了通訊技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，有取代計數(shù)繼電器、記時、執(zhí)行邏輯等順序控制功能，建立柔性的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)口。國際電工委員會(IEC)對PLC的規(guī)定是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。PLC是采取順序掃描，不斷循環(huán)的方式進行工作的，即在PLC運行時，PLC根據(jù)用戶按控制要求編好并存放于用戶程序存儲器中的程序，按指令步序號或地址號作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪掃描，在每一次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必須經(jīng)過輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段及其他一些輔助階段，其中的輸入采樣和輸出刷新在有的場合也稱之為I/O刷新。

2  改造方案

以廣西某水廠為例：該水廠有一個進水泵房、一個送水泵房。作為改革開放時期修建的供水設(shè)備，自動化水平相對較低，人員須在各生產(chǎn)工藝段的設(shè)備周圍手動控制。供水廠中的供水設(shè)備需要進行自動化系統(tǒng)升級改造，做以下改進：對于進水泵和送水泵上安裝的真空泵、手動閥、電動閥等需同時啟動的設(shè)備，安裝PLC設(shè)備對其實行遠(yuǎn)程控制，以減少操作設(shè)備的復(fù)雜性，保證人員的安全。而對于水泵電機的各點工作溫度數(shù)據(jù)的采集采用分級控制模式，本系統(tǒng)的主控站是中控室(調(diào)度室)，本地子控制站就是泵房現(xiàn)場。操作員站實時監(jiān)控全廠的生產(chǎn)運行狀況所使用的是中控室兩臺互為冗余的操作員級的上位機，可自動控制或手動供水設(shè)備；為了使系統(tǒng)在最佳的狀態(tài)下運行，使用一臺監(jiān)控上位機作為工程師管理員站，以便及時修改生產(chǎn)運行的控制程序和重要數(shù)據(jù)等。

3  流程

3.1進水泵房調(diào)度的具體流程

為保證進水壓力的穩(wěn)定，進水泵房需設(shè)定不同規(guī)格的供水設(shè)備的啟動順序以及停止順序，并保證一定的延遲時間。對于一級泵站來說，若出水量超過在用斜管沉淀池的最大負(fù)荷量時，則減少l臺潛水泵的運行。為了保證斜管沉淀池的出水水質(zhì)：減少運行供水設(shè)備時，以運行累計臺時多的供水設(shè)備投入運行；每次增開供水設(shè)備時，則以運行累計臺時少的供水設(shè)備投入運行。要保證供水設(shè)備不能頻繁開關(guān)，與此同時也要保持清水池經(jīng)常處于較高的水位。一臺供水設(shè)備在啟動后，要不少于1h的運行時間。目前，供水廠控制中心為進一步實現(xiàn)自動化控制。在下達(dá)開啟設(shè)備的指令后，最先做的是確定清水池水位高低，進一步?jīng)Q定是否有啟動真空泵的必要。當(dāng)水位未達(dá)到規(guī)定值，則打開與之相對應(yīng)的抽氣電磁閥，開啟真空泵；若水位高于規(guī)定值，供水設(shè)備直接啟動，打開與之對應(yīng)的出水電動蝶閥。如果引水成功，真空信號發(fā)生器會發(fā)出信號，這時需要關(guān)閉電磁閥，啟動水泵，并打開與之相對應(yīng)的出水電動蝶閥。如果供水設(shè)備沒有按規(guī)定流程啟動，機器就會報警。供水設(shè)備的電機發(fā)生故障，運行系統(tǒng)會自動停泵，并及時發(fā)出故障信號。為保證整個系統(tǒng)的正常運行，備用供水設(shè)備會自動投入運行。供水設(shè)備在運行之后，緊接著啟動加藥間“RTU”程序。關(guān)泵指令下達(dá)后，按照規(guī)程，先關(guān)閉對應(yīng)出水電動蝶閥，供水設(shè)備再停止運轉(zhuǎn)。

3.2送水泵房調(diào)度的具體流程

自來水公司中心調(diào)度室向送水泵房控制發(fā)出調(diào)度命令，水廠中值班的工作人員通過中央控制室對供水設(shè)備發(fā)出指令進行操作。為保證出廠壓力的穩(wěn)定送水泵房需安裝變頻器。如果出廠水壓瞬間大幅度(0.1~0.15MPa)下降，此時出廠的輸水總管道發(fā)生爆裂，應(yīng)及時應(yīng)，立即關(guān)閉與之相對應(yīng)的水泵和閘閥。送水泵房需安裝兩個設(shè)備，一個是PLC，另一個是終端觸摸屏，兩個設(shè)備配合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、共享及就地遠(yuǎn)程控制。如遇到突發(fā)狀況，比如停電故障，送水泵房所有供水設(shè)備都已通過遠(yuǎn)程控制被鎖定，在恢復(fù)供電時，再逐臺啟動，直至達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定運行所需供水設(shè)備的臺數(shù)?，F(xiàn)場泵房的操作由中控室控制、機旁操作箱控制、泵站控制箱控制三部分組成。

3.3數(shù)據(jù)最后匯總

送水泵房和進水泵房的采集的數(shù)據(jù)，通過PLC的通訊模塊及現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)收集后，傳輸?shù)脚c2部PC機組成一個總線網(wǎng)絡(luò)，這2部Pc機再通過網(wǎng)卡聯(lián)機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。供水設(shè)備控制中心的終端觸摸屏，一方面對該供水廠的設(shè)備進行操作顯示，另一方面還可了解其他供水點的時時情況。供水設(shè)備控制中心在中控室顯示進水、送水窗口。在各自的窗口顯示與之相關(guān)的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并能進行遠(yuǎn)程操作，隨時控制機器，提高了效率以及操作的準(zhǔn)確性。

4  老供水設(shè)備自動化改造的意義

(1)加速供水廠設(shè)備自動化改造建設(shè)的進程，打造一個高自動化、高效率的供水廠，以打破以前的局面。工藝流程自動化的實現(xiàn)，提高產(chǎn)水質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動力，加快調(diào)度反應(yīng)速度，在藥耗和能耗方面做到節(jié)能的最大化。

(2)通過PLC對老供水設(shè)備的改造，進一步完善了供水設(shè)備，各個階段的設(shè)備都處于熱備用狀態(tài)，通過遠(yuǎn)程控制，開停機、泵、閥做到準(zhǔn)確遙控，準(zhǔn)確微調(diào)，將生產(chǎn)運行的可靠性和安全性進一步提高了，減少了設(shè)備維護費用，延長了設(shè)備使用壽命。

5  老供水設(shè)備自動化控制的發(fā)展方向

5.1向開放式系統(tǒng)發(fā)展

PLC系統(tǒng)在發(fā)展的最初時期，缺少標(biāo)準(zhǔn)，在當(dāng)時這個過程領(lǐng)域中發(fā)展起來的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，多為非標(biāo)準(zhǔn)封閉式系統(tǒng)，有很多不方便的地方。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在開放型和實施標(biāo)準(zhǔn)化的過程中，逐漸趨向于采用Windows.NET、UNIX等，這樣的視窗技術(shù)和開放式操作系統(tǒng)。

5.2發(fā)展小型系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)具有質(zhì)量好、功能強的優(yōu)點，但其缺點是價格昂貴。鑒于這些原因，PLC系統(tǒng)現(xiàn)在向小規(guī)模方向發(fā)展，入機聯(lián)系和通訊功能進一步加強。對于老供水廠而言，小型化降低了改造的成本，也保證了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.3控制系統(tǒng)中引入媒體技術(shù)

在機器運行過程中，對數(shù)據(jù)進行的實時監(jiān)測，以及在運行過程中發(fā)生故障或是數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定，多媒體技術(shù)通過成像，聲音等遠(yuǎn)程監(jiān)控，并操作供水設(shè)備，進一步提高了設(shè)備調(diào)控的及時性，也在一定程度上保證了人員的安全，避免了不必要的傷害。將多媒體技術(shù)引入自動化的控制系統(tǒng)，將給供水設(shè)備的自動化改造帶來新的跨越。

5.4管控一體化

供水廠的管控一體化是指在一個終端對整體設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)測，并針對出現(xiàn)的突發(fā)狀況進行及時的調(diào)整，以保證整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。通過該系統(tǒng)還可對用水用戶管理、水費管理等。利用該系統(tǒng)，不但對本水廠供水設(shè)備進行自動管理，還能對全市的各個地區(qū)的供水流量、壓力的供水指標(biāo)實時匯總，實時分析。

6 結(jié)束語

供水廠作為一個民生部門，老供水廠的自動化建設(shè)與新建水廠的自動化建設(shè)有很大的不同，在建設(shè)老供水廠的自動化系統(tǒng)時要堅持兩個原則：一是要保護已有投資，不能大肆變動，否則會失去改造的意義；二是不影響正常供水。改造工程的實施要分部分項進行，在實施過程中應(yīng)充分了解各工藝段的運行情況，將復(fù)雜重復(fù)和操作不便的勞動自動化，減少無意義功能的改建，將運行風(fēng)險和投資風(fēng)險降到最低。老供水廠的改造受到多方面因素的共同制約，在自動化改造過程中要穩(wěn)重求快，并保證居民正常用水不受影響。