1引言
山西省太谷縣水廠引本縣龐莊水庫地上水進(jìn)行處理，是山西省國債資助重點(diǎn)工程之一，是為進(jìn)一步保護(hù)、節(jié)省地下水資源，深入發(fā)展城鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)而建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。該水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為日供水量1萬方，其主要建筑物有：一級泵房、斜管沉淀池（緩建）、V型濾池、清水池、二級泵房及加藥加氯間等，水處理工藝較先進(jìn)。
龐莊水庫常年保持在高水位狀態(tài)，為減少運(yùn)行成本，在取水口與一級泵房出水口處加布一條旁通管道，這樣靠自流即能滿足水廠正常運(yùn)行供水量，在水庫水位較低時(shí)方運(yùn)行一級泵房供水，達(dá)到節(jié)能目的。為調(diào)整進(jìn)水量，在進(jìn)水管道上裝設(shè)一只電動(dòng)調(diào)節(jié)碟閥。
源水進(jìn)入水廠后，在源水管道上投加混凝劑PAC、絮凝劑PAM及一次加氯，經(jīng)靜態(tài)管道混合器混合后直接進(jìn)入微絮凝濾池進(jìn)行反應(yīng)過濾，該水廠濾池采用V型濾池，其反沖洗采用氣水混沖方式。
處理后的水經(jīng)二級泵房提壓進(jìn)入縣城供水管網(wǎng)，為控制供水壓力采用變頻設(shè)備自動(dòng)調(diào)節(jié)供水量。
整個(gè)水廠的運(yùn)行基本實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制，所有運(yùn)行參數(shù)都由在線數(shù)據(jù)采集設(shè)備自動(dòng)采集，所采集運(yùn)行數(shù)據(jù)被送入PLC，PLC通過光纖采用Modbus/TCP協(xié)議與上位監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以監(jiān)視和控制水廠各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行。
本文主要介紹杭州和利時(shí)公司自主研發(fā)的LM在水廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。水廠工藝過程復(fù)雜，為了實(shí)現(xiàn)水廠自動(dòng)化運(yùn)行要求，圍繞LM PLC的優(yōu)越的性能設(shè)計(jì)了本工程的方案，方案中主要利用了LM PLC的模擬量處理、以太網(wǎng)通訊、串口通訊等功能，實(shí)現(xiàn)了以GPRS和以太網(wǎng)方式與SmartPro3.1.3監(jiān)控中心組成網(wǎng)絡(luò)。本工程系統(tǒng)性能穩(wěn)定、具有很高的可靠性，能在保證水廠正常工作。
2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)組成
該水廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)采用GPRS通訊與以太網(wǎng)通訊相結(jié)合方式，由監(jiān)控中心與五個(gè)PLC控制站構(gòu)成。控制系統(tǒng)組織網(wǎng)絡(luò)見圖1。
PLC控制站分為廠內(nèi)和廠外兩個(gè)部分，廠內(nèi)利用兩套PLC系統(tǒng)采集水廠流量、水位、電壓、電流、濁度、加氯量等信號，兩套系統(tǒng)主要設(shè)備都裝配在兩個(gè)PLC機(jī)柜中，機(jī)柜上安裝Eview的一個(gè)觸摸屏，可以進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控。兩個(gè)PLC控制柜分別安裝在二級泵房和加藥加氯間，通過光纖組成以太網(wǎng)與上位SmartPro監(jiān)控中心連接。
廠外有三個(gè)PLC控制站，這三個(gè)系統(tǒng)比較簡單，其中兩個(gè)控制站用來測量管網(wǎng)末端壓力，另一個(gè)控制站調(diào)節(jié)遠(yuǎn)處進(jìn)水管道上的電動(dòng)調(diào)節(jié)碟閥。這三套系統(tǒng)基于GPRS技術(shù)與監(jiān)控中心通訊，主要是通過深圳宏電公司DTU和移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)來完成。DTU主要完成PLC與監(jiān)控中心數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)，PLC通過RS232串口與宏電的DTU通訊，DTU再通過移動(dòng)公司GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入INTERNET，與有固定IP地址的SmartPro監(jiān)控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
監(jiān)控中心由兩個(gè)操作員站組成，兩個(gè)操作員站同時(shí)又作為一主一從服務(wù)器用來存儲(chǔ)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，服務(wù)器上裝有SmartPro組態(tài)軟件做為上位監(jiān)控界面。
圖1控制系統(tǒng)組織網(wǎng)絡(luò)圖
3 控制系統(tǒng)功能介紹
本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用三種控制方式，即監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場PLC控制、設(shè)備現(xiàn)場手動(dòng)控制等，其優(yōu)先級別分別為現(xiàn)場手動(dòng)控制最高，其次為現(xiàn)場PLC控制，最低為監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制。
各自動(dòng)控制單元實(shí)現(xiàn)的功能分別是：
壓力測量站：采用LM 系列PLC LM3109和LM3310模塊，裝在一個(gè)PLC控制箱中。主要實(shí)現(xiàn)的功能是將采集到水網(wǎng)末端的壓力值每隔一段時(shí)間就向監(jiān)控中心發(fā)送一次，監(jiān)控中心根據(jù)傳上來的壓力值可以調(diào)整二次泵房恒壓供水的出口壓力設(shè)定值。
調(diào)節(jié)閥控制站：采用LM系列PLC LM3109、LM3310和LM3320模塊，裝在一個(gè)PLC控制箱中。主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集取水電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)蝶閥及現(xiàn)場儀表的狀態(tài)信號及數(shù)據(jù)信號并對以上設(shè)備發(fā)送控制信號，通過預(yù) 裝PID調(diào)節(jié)程序自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率和電動(dòng)調(diào)節(jié)蝶閥的開度：
◆取水泵電機(jī)、閥門運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及控制；
◆接受監(jiān)控中心控制指令、工藝參數(shù)的整定指令，并判斷其正確性、可行性后加以執(zhí)行；
◆采集單泵進(jìn)、出口壓力和出水總管壓力及原水濁度、PH值等數(shù)據(jù)；
◆根據(jù)水庫水位的高低，其控制運(yùn)行方式有兩種：
第一種運(yùn)行方式是：水庫水位較低時(shí)一級泵房水泵機(jī)組投入運(yùn)行，根據(jù)折板反應(yīng)池的水位反饋信號，通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序調(diào)節(jié)1#、2#電機(jī)的變頻器的運(yùn)行頻率，以實(shí)現(xiàn)折板反應(yīng)池水位的恒定運(yùn)行；
第二種運(yùn)行方式是：水庫水位較高時(shí)，開啟原水旁路閥門，實(shí)現(xiàn)原水的供水自流，達(dá)到節(jié)能運(yùn)行目的，同時(shí)根據(jù)折板反應(yīng)池的水位反饋信號，通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)水的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
加藥加氯間站：采用LM系列PLC CPU模塊LM3109、4個(gè)模擬量輸入LM3310、以太網(wǎng)模塊LM3403和模擬量輸出LM3320模塊，裝在一個(gè)PLC控制柜中。主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集加藥加氯間和濾池中現(xiàn)場設(shè)備和儀表的狀態(tài)信號和數(shù)據(jù)信號，并對其發(fā)送控制信號，通過自動(dòng)控制程序?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)運(yùn)行控制。
加藥加氯過程和濾池過濾過程功能：
◆根據(jù)原水流量自動(dòng)控制加礬量和前加氯量；
◆根據(jù)濾后水余氯反饋信號控制后加氯投加量；
◆攪拌機(jī)、計(jì)量泵等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測；
氯源運(yùn)行工況監(jiān)測，并自動(dòng)完成氯瓶的切換；
◆檢測漏氯報(bào)警信號并自動(dòng)開啟氯氣中和設(shè)備；
◆采集進(jìn)水流量、水質(zhì)參數(shù)（包括沉淀池出水濁度、濾池出水濁度、加氯后余氯等）、液位、氯瓶重量、加氯加藥量等信號；
◆操作終端上動(dòng)態(tài)顯示工藝檢測參數(shù)和設(shè)備工作狀態(tài)并實(shí)時(shí)向控制室傳送數(shù)據(jù)；
◆根據(jù)清水池液位的變化趨勢控制1#-至3#濾池的進(jìn)水閥門的開啟與關(guān)閉，使清水池的液位保持在設(shè)定范圍內(nèi)，避免清水池溢流；
◆實(shí)時(shí)采集每格濾池的運(yùn)行水位和水頭損失，根據(jù)濾池水位，通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序調(diào)節(jié)清水閥的開啟度，實(shí)現(xiàn)濾池恒水位過濾；
◆對濾格的進(jìn)水、出水等閥門進(jìn)行故障檢測、判斷并進(jìn)行故障時(shí)保護(hù)控制，特別是與之相關(guān)的設(shè)備必須同時(shí)進(jìn)行保護(hù)控制；
◆實(shí)時(shí)向中央控制計(jì)算機(jī)傳送工藝檢測參數(shù)和設(shè)備工作狀態(tài)信號；
◆接受中央控制室下達(dá)的控制指令，包括對某個(gè)濾池進(jìn)行強(qiáng)制沖洗的指令等（濾池中的反沖洗系統(tǒng)是獨(dú)立的，并不在本文介紹范圍內(nèi)），判斷其正確性、可行性后加以執(zhí)行；
二級泵房站：采用LM系列PLC CPU模塊LM3109、4個(gè)模擬量輸入LM3310、以太網(wǎng)模塊LM3403和模擬量輸出LM3320模塊，裝在一個(gè)PLC控制柜中。主要實(shí)現(xiàn)的功能有：采集現(xiàn)場設(shè)備和儀表的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)信號，并根據(jù)用戶實(shí)際的用水情況，通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率，達(dá)到恒壓供水的目的：
◆二級泵房機(jī)組電動(dòng)機(jī)、出水閥門、引真空設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測與控制；
◆泵房排水泵運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測；
◆采集相關(guān)水質(zhì)儀表數(shù)據(jù)信號，包括出廠水濁度、PH值、余氯等；
◆采集清水池、吸水井液位、單泵出口壓力和出水總管壓力、出水總管流量、電機(jī)工作電壓和電流等信號；
◆根據(jù)出水總管實(shí)際壓力自動(dòng)開啟或關(guān)閉水泵運(yùn)行臺(tái)數(shù)，并通過預(yù)裝PID調(diào)節(jié)程序調(diào)節(jié)2#或3#電機(jī)變頻器的運(yùn)行頻率，達(dá)到恒壓供水的目的；
◆以吸水井液位的低限值作為1#-至4#泵的停機(jī)保護(hù)依據(jù)，以避免電機(jī)空轉(zhuǎn)；
◆操作終端上動(dòng)態(tài)顯示工藝檢測參數(shù)和設(shè)備工作狀態(tài)并實(shí)時(shí)向控制室傳送數(shù)據(jù)；
◆接受中央控制室下達(dá)的控制指令、工藝參數(shù)的整定指令，并判斷其正確性、可行性后執(zhí)行。
監(jiān)控中心
本水廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用SmartPro3.1.3系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)界面(見圖2全廠工藝流程圖)，具備如下功能：
1 實(shí)現(xiàn)了工藝流程監(jiān)控
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水廠整體工藝流程、各主要工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、過程控制及各生產(chǎn)環(huán)節(jié)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與顯示，主要畫面有：全廠工藝流程圖、一級泵房工藝流程圖、濾池工藝流程圖、二級泵房工藝流程圖、加藥加氯間工藝流程圖及在線儀表實(shí)時(shí)參數(shù)顯示表、生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史趨勢圖等。實(shí)現(xiàn)的工藝生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)控功能有：所有被監(jiān)控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、啟停控制、設(shè)備與設(shè)備之間的連鎖控制、工藝參數(shù)的PID設(shè)定以控制設(shè)備開啟度，以及設(shè)備溫度、電流、壓力、液位、流量等參數(shù)的顯示、報(bào)警、記錄、趨勢以及累積量計(jì)算等。
