水厂自控系统的构成及自控运行的体会
1 引言
金华市金沙湾水厂作为省重点工程，通过召投标，分二期建设。工程总设计供水量为30万吨/天，其中一期工程供水量为15万吨/天，已于2001年8月建成并投入运行，二期工程现正在建设当中，预计年底前主体工程可以完工。金沙湾水厂于2001年8月份建成后成为了唯一向金华市区供水的水厂。
由于金沙湾水厂自动化程度高，运行设备、仪器仪表复杂多样，给自控系统的正常运行和稳定控制提出了很多问题，我们在解决这些问题时，有过教训，也获得了一些经验。在此，对金沙湾水厂的自控系统作完整介绍，以便同行对此有新的了解。
2 供水工艺及运行方式
金沙湾水厂地处金华市西南面的山区，离城区的直线距离大约为18公里，与城区高差为七十余米，水源取自沙畈、金兰两个水库。水厂利用厂区与市区的高差取消了送水泵房，采用重力流输水，节约了电耗。
金沙湾水厂工艺：金兰水库 配水井 取水泵房 加药、前加氯 折板反应池平流式沉淀池V型滤池后加氯清水池补氯 输水管网 用户。
其中主要设备为干式潜水泵3台，加矾、加碱计量泵各两组，空气压缩机两台，排泥阀60个，行车吸泥机两台，加氯机5台，泄氯回收装置一组，增压泵3台，反冲洗鼓风机3台，反冲洗泵3台，气动阀8组。
金沙湾水厂工作人员根据总公司中心调度室的调度指令，通过设置在各个岗位的自控装置，控制有关设备，进行取水、加药、加氯、冲洗等一系列自动控制、调节、监视操作。
3 自控系统构成及控制原则
金华市金沙湾水厂自动控制系统的监控软件采用美国Wonderware公司的工业组态软件InTouch7.1作为开发平台，可运行于Windows95/98、WindowsNT4.0、Windows2000等操作系统下。此软件具备可视化软件的特征：实时监测各生产流程，采集生产信息，并且下达操作人员的每个控制指令。自控系统的网络结构由三级网络组成：
以太网：由服务器、中控室计算机、厂长室计算机和HUB组成。主要用于生产管理，通讯率为10M波特率。以下两层是工业实时控制网，是整个自控系统的核心。
FIPWAY网：由中控室计算机、滤池计算机、取水PLC、加药PLC、排泥PLC、加氯PLC、滤池公共PLC、送水PLC组成。主要用于制水过程中的控制和监测。通讯率为1M波特率。
Unitelway网：由8格滤池PLC组成，挂在滤池公共PLC下，主要用于滤格的控制和监测。通讯率为19200kbps。
所有运行设备的控制层次分为三级：现场电器控制盘手动控制（最高级）、远方计算机中控或自动控制。控制原则是：现场手动控制优先，电器设备的继电保护由现场电器盘自行完成。
3.1 取水泵房
取水泵房的取水方式有两种：当水库水位达到设定水位时取水通过两只调流阀自流，当低于设定水位时取水通过取水泵进水。
调流阀的控制方式有手动、中控和自动控制三种。自动控制时，PLC根据有关参数自动调节阀门开度，以保证清水池水位保持在最佳水位段。自动运行时需设好清水池水位、工作阀门的选择等参数。
干式潜水泵的控制方式有手动、中控和自动控制三种。中控控制时，操作人员通过计算机键盘或鼠标下达的命令，来一步化开、关相应的取水泵和其出口阀门。自动控制时，PLC根据清水池的水位和设定的清水池水位上下限来自动调节，以保证清水池水位控制在最佳的水位。自动运行时需设好清水池的水位上下限、工作泵的选择等参数。
3.2 加药系统
金沙湾水厂加药间现安装有加矾系统和加碱系统，加碱系统现未启用。加矾系统可以中控开关的设备有加矾泵、空压机、出矾阀门，检测的开关量有加矾泵、出矾阀、进水阀、进气阀和空压机的开停信号；检测的模拟量有加矾泵的频率、矾池液位、源水浊度及模拟斜管浊度等。
矾池与加矾设备各有两组。加矾与矾池切换的控制方式有手动、中控、自动三种，手动的级别最高，自动和中控是在计量泵和出矾阀处于遥控方式下通过申请优先的方式取得。配矾的控制方式有手动与中控两种。
3.3 加氯系统
加氯系统的主要设备有气源切换部分、加氯机、漏氯报警系统等，控制前加氯、后加氯、出厂水补氯以及气源的自动切换。采集滤后水的余氯和沉淀水的浊度值并送上位机显示。主要控制软件有自动加氯（双冗余控制加氯）、气源自动切换、漏氯报警软件。加氯控制分为加氯机控制以及PLC控制两种方式，两种方式互为备用。两种控制方式都是有条件地通过申请优先的方式取得。
3.4 滤池系统
金沙湾水厂的V型滤池共八格，整个控制系统由一个滤池公共PLC站和八个独立的PLC站来控制。主要被控设备有：三台鼓风机，三台反冲洗泵，八格滤池的气动进水、排水闸阀和气冲、水冲、清水蝶阀以及排气电动球阀等。每个滤格系统可独立完成恒水位的自动控制，在公共系统的协调下完成滤池的自动反冲洗。滤格PLC与公共站PLC之间的通讯是由UNITELWAY主从通讯总线来完成的。
恒水位的控制：PLC采集滤格水位，并与设定的控制水位相比较，得出差值进行相应的PID运算后去控制清水蝶阀的开度，来调节滤格的出水量，使得滤池水位恒定在给定值附近。给定水位为1.20m，上下偏差为0.05m.。滤池在启用过滤时，恒水位控制软件自行投入运行。只有满足清水池水位不低于设定水位（2.5m）；滤格反冲洗倒计时间（可调）到或水头损失差压达到0.15bar；鼓风机和冲洗泵处于自动控制状态且无故障的条件时，自动反冲洗才能运行。
4 自控设备运行的体会
金沙湾水厂建成几年来，在自控系统及设备的建设、运行、管理过程中，有收获，也有教训，体会很多。
4.1 在自控系统的建立过程中，要有自控维护人员参与，着重注意软件的构成及软、硬件配置，在配合承包商按设计要求进行软件编程的同时，深入了解控制系统，以便投入运行后进行维护管理。事实证明，再完备的系统调试也有疏漏的地方，甚至在运行了几年以后不会发现系统程序中的错误之处，更别提由于合同规定的现场工作时间限制。为了自控系统的及时、正常运行，系统、设备调试工作必须有水厂人员共同参与。
4.2 加强对运行人员和系统维护人员的培训，这是保证系统正常运行的关键。金沙湾水厂的设备来自各个国家，设备、仪表种类繁多，各有特点。对于自控系统维护人员来说，决不能只关心软件，各种设备的状态直接影响自控设备的运行。在运行中，软件程序一般是稳定的，而造成不可控的原因多是受控设备的问题，例如状态信号没反馈回来、设备控制回路故障等。所以我们要求自控系统的维护人员掌握所控设备的原理、性能、与控制系统的连接关系，以便及时、准确地判断故障点。而加强对运行人员的培训，既提高运行水平和巡视观察的准确性，也提高了处理意外事故的能力。
4.3 不断注意对软件的后期维护工作。由于最初的软件制作只是对自控设计的基本满足，在运行中肯定会有工艺方式的改动，自控维护人员必须按新的需求作相应的修改，以保证运行。尤其在贯彻建设部《城市供水行业2000年技术进步发展规划》提出的“二提高三降低”（提高供水水质、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低药耗），优化运行的过程中，更会遇到净水工艺的调整、运行设备的改造、运行程序的修改。
5 自控运行的思考
金沙湾水厂在几年的自控运行过程中，发现有些单元的自控的效果不甚理想，水厂的自动化也存在一定的局限性。
5.1 金沙湾水厂的反应池自动排泥是根据PLC设定的排泥周期和排泥时间来自动完成开阀、排泥计时、关阀等排泥过程。沉淀池的排泥也是根据给定周期来遥控或手动开启吸泥行车来完成排泥。两者基本上都是以时间作为运行参数。而污泥的堆积程度与许多因素有关：源水浊度的变化、絮凝效果的好坏、水体微生物的含量、水量的变化、水温的变化甚至气压的高低都可能影响污泥的堆积程度。本厂在夏季天气闷热、气压低的时候就曾出现沉淀池污泥大量上浮的情况，给滤池带来了额外负担。据此来看，虽然库水相对稳定，水质情况波动不会很大，但其他因素也能影响污泥的堆积程度。因此，时间不能作为自动排泥的唯一参数。如何解决这一问题，还有待进一步研究探讨。
5.2 国内水厂现行的自动控制水处理技术多是建立在处理“常规”水的基础之上。所谓“常规”，就是摈除了有机污染、重金属污染、病毒污染、新型污染等因素。但随着现代工业的快速发展，环境污染问题的日益突出，如何应用自动化手段来处理非“常规”水，也是我们迫切需要解决的一个问题。我们认为，水厂自动化或智能化发展，应与水处理技术根本性发展紧密联系在一起，或者可以说为后者所内在需求。唯有如此，才能更好地进行水质保障，从而确保人体健康，也能为社会经济的可持续发展提供可靠的服务。
6 结束语
金沙湾水厂自控系统在运行过程中克服了各种问题，现已基本达到稳定运行状态，实现了设计和运行要求，在供水生产中发挥了应尽的作用。在今后的供水运行工作中，我们愿与各位同行一道，不断改进与提高自动控制水平，不断探索水处理技术，共同向现代化水厂的目标迈进。
金华市金沙湾水厂作为省重点工程，通过召投标，分二期建设。工程总设计供水量为30万吨/天，其中一期工程供水量为15万吨/天，已于2001年8月建成并投入运行，二期工程现正在建设当中，预计年底前主体工程可以完工。金沙湾水厂于2001年8月份建成后成为了唯一向金华市区供水的水厂。
由于金沙湾水厂自动化程度高，运行设备、仪器仪表复杂多样，给自控系统的正常运行和稳定控制提出了很多问题，我们在解决这些问题时，有过教训，也获得了一些经验。在此，对金沙湾水厂的自控系统作完整介绍，以便同行对此有新的了解。
2 供水工艺及运行方式
金沙湾水厂地处金华市西南面的山区，离城区的直线距离大约为18公里，与城区高差为七十余米，水源取自沙畈、金兰两个水库。水厂利用厂区与市区的高差取消了送水泵房，采用重力流输水，节约了电耗。
金沙湾水厂工艺：金兰水库 配水井 取水泵房 加药、前加氯 折板反应池平流式沉淀池V型滤池后加氯清水池补氯 输水管网 用户。
其中主要设备为干式潜水泵3台，加矾、加碱计量泵各两组，空气压缩机两台，排泥阀60个，行车吸泥机两台，加氯机5台，泄氯回收装置一组，增压泵3台，反冲洗鼓风机3台，反冲洗泵3台，气动阀8组。
金沙湾水厂工作人员根据总公司中心调度室的调度指令，通过设置在各个岗位的自控装置，控制有关设备，进行取水、加药、加氯、冲洗等一系列自动控制、调节、监视操作。
3 自控系统构成及控制原则
金华市金沙湾水厂自动控制系统的监控软件采用美国Wonderware公司的工业组态软件InTouch7.1作为开发平台，可运行于Windows95/98、WindowsNT4.0、Windows2000等操作系统下。此软件具备可视化软件的特征：实时监测各生产流程，采集生产信息，并且下达操作人员的每个控制指令。自控系统的网络结构由三级网络组成：
以太网：由服务器、中控室计算机、厂长室计算机和HUB组成。主要用于生产管理，通讯率为10M波特率。以下两层是工业实时控制网，是整个自控系统的核心。
FIPWAY网：由中控室计算机、滤池计算机、取水PLC、加药PLC、排泥PLC、加氯PLC、滤池公共PLC、送水PLC组成。主要用于制水过程中的控制和监测。通讯率为1M波特率。
Unitelway网：由8格滤池PLC组成，挂在滤池公共PLC下，主要用于滤格的控制和监测。通讯率为19200kbps。
所有运行设备的控制层次分为三级：现场电器控制盘手动控制（最高级）、远方计算机中控或自动控制。控制原则是：现场手动控制优先，电器设备的继电保护由现场电器盘自行完成。
3.1 取水泵房
取水泵房的取水方式有两种：当水库水位达到设定水位时取水通过两只调流阀自流，当低于设定水位时取水通过取水泵进水。
调流阀的控制方式有手动、中控和自动控制三种。自动控制时，PLC根据有关参数自动调节阀门开度，以保证清水池水位保持在最佳水位段。自动运行时需设好清水池水位、工作阀门的选择等参数。
干式潜水泵的控制方式有手动、中控和自动控制三种。中控控制时，操作人员通过计算机键盘或鼠标下达的命令，来一步化开、关相应的取水泵和其出口阀门。自动控制时，PLC根据清水池的水位和设定的清水池水位上下限来自动调节，以保证清水池水位控制在最佳的水位。自动运行时需设好清水池的水位上下限、工作泵的选择等参数。
3.2 加药系统
金沙湾水厂加药间现安装有加矾系统和加碱系统，加碱系统现未启用。加矾系统可以中控开关的设备有加矾泵、空压机、出矾阀门，检测的开关量有加矾泵、出矾阀、进水阀、进气阀和空压机的开停信号；检测的模拟量有加矾泵的频率、矾池液位、源水浊度及模拟斜管浊度等。
矾池与加矾设备各有两组。加矾与矾池切换的控制方式有手动、中控、自动三种，手动的级别最高，自动和中控是在计量泵和出矾阀处于遥控方式下通过申请优先的方式取得。配矾的控制方式有手动与中控两种。
3.3 加氯系统
加氯系统的主要设备有气源切换部分、加氯机、漏氯报警系统等，控制前加氯、后加氯、出厂水补氯以及气源的自动切换。采集滤后水的余氯和沉淀水的浊度值并送上位机显示。主要控制软件有自动加氯（双冗余控制加氯）、气源自动切换、漏氯报警软件。加氯控制分为加氯机控制以及PLC控制两种方式，两种方式互为备用。两种控制方式都是有条件地通过申请优先的方式取得。
3.4 滤池系统
金沙湾水厂的V型滤池共八格，整个控制系统由一个滤池公共PLC站和八个独立的PLC站来控制。主要被控设备有：三台鼓风机，三台反冲洗泵，八格滤池的气动进水、排水闸阀和气冲、水冲、清水蝶阀以及排气电动球阀等。每个滤格系统可独立完成恒水位的自动控制，在公共系统的协调下完成滤池的自动反冲洗。滤格PLC与公共站PLC之间的通讯是由UNITELWAY主从通讯总线来完成的。
恒水位的控制：PLC采集滤格水位，并与设定的控制水位相比较，得出差值进行相应的PID运算后去控制清水蝶阀的开度，来调节滤格的出水量，使得滤池水位恒定在给定值附近。给定水位为1.20m，上下偏差为0.05m.。滤池在启用过滤时，恒水位控制软件自行投入运行。只有满足清水池水位不低于设定水位（2.5m）；滤格反冲洗倒计时间（可调）到或水头损失差压达到0.15bar；鼓风机和冲洗泵处于自动控制状态且无故障的条件时，自动反冲洗才能运行。
4 自控设备运行的体会
金沙湾水厂建成几年来，在自控系统及设备的建设、运行、管理过程中，有收获，也有教训，体会很多。
4.1 在自控系统的建立过程中，要有自控维护人员参与，着重注意软件的构成及软、硬件配置，在配合承包商按设计要求进行软件编程的同时，深入了解控制系统，以便投入运行后进行维护管理。事实证明，再完备的系统调试也有疏漏的地方，甚至在运行了几年以后不会发现系统程序中的错误之处，更别提由于合同规定的现场工作时间限制。为了自控系统的及时、正常运行，系统、设备调试工作必须有水厂人员共同参与。
4.2 加强对运行人员和系统维护人员的培训，这是保证系统正常运行的关键。金沙湾水厂的设备来自各个国家，设备、仪表种类繁多，各有特点。对于自控系统维护人员来说，决不能只关心软件，各种设备的状态直接影响自控设备的运行。在运行中，软件程序一般是稳定的，而造成不可控的原因多是受控设备的问题，例如状态信号没反馈回来、设备控制回路故障等。所以我们要求自控系统的维护人员掌握所控设备的原理、性能、与控制系统的连接关系，以便及时、准确地判断故障点。而加强对运行人员的培训，既提高运行水平和巡视观察的准确性，也提高了处理意外事故的能力。
4.3 不断注意对软件的后期维护工作。由于最初的软件制作只是对自控设计的基本满足，在运行中肯定会有工艺方式的改动，自控维护人员必须按新的需求作相应的修改，以保证运行。尤其在贯彻建设部《城市供水行业2000年技术进步发展规划》提出的“二提高三降低”（提高供水水质、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低药耗），优化运行的过程中，更会遇到净水工艺的调整、运行设备的改造、运行程序的修改。
5 自控运行的思考
金沙湾水厂在几年的自控运行过程中，发现有些单元的自控的效果不甚理想，水厂的自动化也存在一定的局限性。
5.1 金沙湾水厂的反应池自动排泥是根据PLC设定的排泥周期和排泥时间来自动完成开阀、排泥计时、关阀等排泥过程。沉淀池的排泥也是根据给定周期来遥控或手动开启吸泥行车来完成排泥。两者基本上都是以时间作为运行参数。而污泥的堆积程度与许多因素有关：源水浊度的变化、絮凝效果的好坏、水体微生物的含量、水量的变化、水温的变化甚至气压的高低都可能影响污泥的堆积程度。本厂在夏季天气闷热、气压低的时候就曾出现沉淀池污泥大量上浮的情况，给滤池带来了额外负担。据此来看，虽然库水相对稳定，水质情况波动不会很大，但其他因素也能影响污泥的堆积程度。因此，时间不能作为自动排泥的唯一参数。如何解决这一问题，还有待进一步研究探讨。
5.2 国内水厂现行的自动控制水处理技术多是建立在处理“常规”水的基础之上。所谓“常规”，就是摈除了有机污染、重金属污染、病毒污染、新型污染等因素。但随着现代工业的快速发展，环境污染问题的日益突出，如何应用自动化手段来处理非“常规”水，也是我们迫切需要解决的一个问题。我们认为，水厂自动化或智能化发展，应与水处理技术根本性发展紧密联系在一起，或者可以说为后者所内在需求。唯有如此，才能更好地进行水质保障，从而确保人体健康，也能为社会经济的可持续发展提供可靠的服务。
6 结束语
金沙湾水厂自控系统在运行过程中克服了各种问题，现已基本达到稳定运行状态，实现了设计和运行要求，在供水生产中发挥了应尽的作用。在今后的供水运行工作中，我们愿与各位同行一道，不断改进与提高自动控制水平，不断探索水处理技术，共同向现代化水厂的目标迈进。
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