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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的實現及探討

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，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、自控系統設計及自控系統特點等，并著重介紹了和利時LK系列PLC在此凈水廠自控系統中的應用特點。

1 引言

大同市黃河給水工程凈水廠設計規模為40×10⁴m³/d，廠址位于大同市南郊區口泉鄉堡子店村和辛寨村。根據城市集中供水和服務城市生活和生產用水的性質，水質目標執行國家頒布的現行標準GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》，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承包商，不僅要配合其他專業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，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、臭氧發生車間等深度處理系統構建筑物。

3 凈水廠自控系統的設計

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

中央監控室配置2套冗余熱備的中控監控主機、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工業以太網，主干網為光纖環網，控制站下一級為鏈型分支。

各控制子站采用PLC控制系統，根據水廠的生產管理、工藝流程和構筑物位置分布特點，在生產現場設置8個現場PLC控制站（1#PLC~8#PLC），59個現場ECU控制單元（ECU101、ECU201~ ECU234、ECU401~ ECU424）。各現場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	監控范圍為1#~20#單格濾池的設備及儀表。
3#PLC	臭氧車間	監控范圍為臭氧車間、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	監控范圍為1#~18#單格炭濾池的設備及儀表。
5#PLC	送水泵房	監控范圍為清水池、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凈水廠自控系統的特點

大同市黃河給水工程凈水廠的自控系統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上位組態軟件及哈希、 E+H 、科隆等廠家的在線儀表等。PLC控制系統作為整個自控系統的核心部分，具有以下特點。

（1）高性能

系統組件的設計符合真正的工業等級，控制系統能在嚴格的工業環境下長期、穩定地運行，盡可能降低控制系統故障風險，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境，如提升泵房、鼓風機房等。

LK系列PLC的控制系統具有較強的電磁兼容性，系統采用各種隔離、抗干擾設計，保證系統能在強電磁干擾環境中穩定運行；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控制系統一經安裝完畢，控制系統便可進入自動運行狀態。在自動運行過程中需要PLC控制系統在不影響整個系統運行的情況下進行模塊的更換及系統維護。

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，使系統維護更加方便、快捷。

（4）開放性和兼容性

基于標準協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、加氯系統及泥沙脫水系統等，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；而且支持與上位監控軟件的通訊，例如iFIX、INTOUCH、組態王、MCGS、力控等，此工程完成了與亞控科技的KingSCADA3.0上位組態軟件的通訊；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，發現導致故障的根本原因以及需要修正的過程參數等，以便提前發現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綜合自動化控制系統承包商，將LK系列PLC與其他品牌PLC、監控軟件、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的自動監視與控制、計算機管理網絡、綜合布線、閉路電視監控、安防門禁等系統。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點，為整個控制系統的安全穩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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