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某水厂自控系统现状分析及建议

摘　要：对某水厂的自控系统存在的问题进行了分析，并结合实际情况，依据个人观点，提出自控系统改善建议。
关键词：PLC；工业以太网；现场总线；分析与建议

引 言
参看一些文献，发现我国水厂自动化在20世纪80年代得到了较大规模的发展，大量国外先进的自动化控制技术与设备进入我国，建成了一批全引进的水厂，使我国水厂自动化进程大大加快，自动化水平也快速提高。但由于历史和现实的原因，我国水厂自动化的总体发展水平还不高，发展也不平衡。而且，在一些已实现自动化的水厂中，其功能并未充分发挥出来。有的自控系统从未运行过，一直处于闲置状态;有的运行一段时间后变为了手动，甚至处于瘫痪状态，造成了自动化系统和设备的极大浪费。对于这些水厂自动化中出现的问题，究其原因，与目的（盲目追求高标准，忽视管理和运行）、设计（自控功能仅实现手自动转换，与工艺无关）、设备（配套问题、备品备件及维护改造问题）和管理（缺乏管理制度和维护队伍）等多种问题有关。

正 文
一、某水厂自控系统现状及存在的问题
某水厂于2010年基本完成了水厂自动控制的系统建设并投入试运行，系统采用PC+PLC（计算机＋可编程控制器）方式构成集散型自动控制系统，PLC采用罗克维尔公司的SLC500系列产品，大部分自控设备为进口品牌产品。水厂地处宁波市鄞州山区，与城区高差为五十余米，水源取自鄞西皎口水库。日常供水时期，水厂利用厂区与市区的高差，采用重力流输水，节约了电耗。水库低水位时，开启取水提升水泵供水。
某水厂工艺：皎口水库——（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——输水管网——用户
其中主要设备为提升水泵5台，加矾计量泵4个，加氯机5台， PAM、石灰配置和投加系统各1组，平流式沉淀池4组，往复式刮泥机8组，泄氯回收装置一组，加药增压泵3台，反冲洗鼓风机3台，反冲洗水泵3台，滤池及气动阀20组，空气压缩机两台，污泥脱水板框机2组以及各类水质检测仪表若干。
某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。
水厂的自控系统投入运行一年以来，基本实现例如数据采集、监控、信息管理，图形监控功能，报表功能，支持报警和事件窗口，历史数据处理功能等功能，总体上是安全、可靠的，但随着自控技术的发展以及对自控需求的不断变化，逐渐暴露出一些问题，亟待完善：
1、上位机监控系统（组态软件）
a）保存的实时和历史监控数据有限，无法方便地获取以及利用采集的数据。
b）报警功能不全，暂无声光报警，操作人员很难及时发现生产中出现的问题，存在较大的运行风险。
c）水厂工艺参数主要为人工干预和报表记录，不利于操作人员观察比较工艺参数的变化，仅凭借人员的工作经验来管控工艺运行。
d）软件程序编辑复杂，功能简单，但不易修改，未对人员进行专业培训，不利于PLC程序故障的诊断和修改。
e）自控运行速率较低，自控界面切换及信息传输会产生一到数秒时间的滞后。
f）公司与水厂之间没有网络通讯，公司无法监视水厂的实时运行状况，水厂也无法获取管理信息。
2、总控制中心系统
a）DLP显示屏及其附件
由于DLP显示屏为不常用的设备部分，开启次数有限，但全套系统时常会发生一些例如开启失败、显示误差的状况，水厂人员未参与到系统安装、调试过程，需要加强DLP显示屏管理软件，硬件接线的相关培训，以实现日后DLP显示屏正常显示功能（它也是作为水厂对外的关键窗口系统）。
b）CCTV视频监控系统
CCTV视频监控系统未建立相关《监控视频系统运行管理制度》，该系统目前属于闲置状态，并未有专人进行看管和维护，并且整个系统的管理、运行、操作部分还有待人员培训。
3、工业现场自控设备
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“进水流量”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。
提升水泵的控制方式有手动、中控和自动控制三种。自动控制时，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。PLC根据“每小时进水流量”来自动调节，以保证清水池水位控制在最佳的水位。
其主要问题为遇到外围来水变化或者应急事故而需要进行调流阀与提升水泵人工切换时，水厂相关人员的操作还不到位，需要建立相关制度来规范操作。
3.2 加药系统
某水厂加药间现安装有4组加矾系统。加矾系统可以中控开关的设备有加矾泵、出矾阀门、配矾进水阀门和进药阀门，检测的开关量有加矾泵、出矾阀、配矾进水、药阀门的开停信号；检测的模拟量有加矾泵的频率和冲程、矾池液位、加矾泵加药流量等。
配矾、加矾与矾池切换的控制方式有手动、中控、自动三种，自动加矾系统属于前馈控制，根据矾原液浓度以及需矾量自动调节加药浓度。
主要存在问题有配矾矾液消泡未彻底导致药液浓度偏差，以及前馈控制的反应周期较长，应急性较弱。
3.3 加氯系统
加氯系统的主要设备有气源切换部分（手动干预）、加氯机、漏氯报警系统等，控制前加氯、后加氯自动投加。主要功能有自动加氯、漏氯报警等。加氯控制分为加氯机控制以及PID控制（未投用）两种方式，两种方式互为备用。
3.4 滤池系统
某水厂的V型滤池共二十格，整个控制系统由一个反冲洗公共PLC站和二十个滤格子站来控制。主要被控设备有：三台鼓风机，三台反冲洗泵，滤池的气动进水、排水闸阀和气冲、水冲、清水蝶阀以及排气阀，在线液位仪、浊度仪等。每个滤格系统可独立完成恒水位的自动控制，滤池的自动反冲洗暂为人工强制冲洗。
滤池系统为水厂的关键环节，所控制的设备、仪表也较多发生故障的概率较大，值班人员和维护人员需要通过自控系统和日常巡检，加强对于整个系统监控以防止瘫痪，如发生全厂停电事件等特殊情况，需要时刻注意滤格阀门的开启状况避免溢池现象发生。
3.4 絮凝与消毒控制技术
目前水厂的加药加氯系统仅按单位进水流量比例来控制药剂的投加量。该控制方式不能根据水质的变化自动调节投加量，在线仪表虽配置数量很多，但多仅用于在线监测，并未对水厂运行产生自动控制效果，日常运行主要依靠化验室的搅拌试验以及净水工的经验进行控制，水质控制的班组差异性较大。
3.5 沉淀池刮泥和排泥
由于沉淀池PLC通讯模块损坏，现行刮泥机周期运行无效，电脑界面的刮泥机运行情况与现场实际情况不符合。实际情况中，刮泥机的周期仍需要到现场调试，来配合自控系统的强制排泥操作。
3.6 污泥脱水系统
某水厂的污泥脱水板框机以及附属进泥泵和水泵、PAM配置系统，均为成套一体化系统，自控系统仅用作实时监控，该系统设备资料和操作规程也并未正式移交，对运行和维护产生一定问题。
3.7 防雷及应急处理
由于水厂处于高发雷区，近期几次雷电冲击也对水厂的设备造成一定损失，因此自控系统应充分考虑雷电尤其是感应雷的防护。同时，对于遇到突发事故而造成停电的设备和生产环节需要详细编制应急预案来进行合理控制，对于水厂PLC柜加装UPS，重要电气设备加装EPS（沉淀池进水EPS未加装完全），从各环节上将雷电对自控系统的影响降至最低。

二、自控系统建议
1、水厂在建设初期时，受人员和素质的限制，没有将自己的技术力量参与设计、安装、调试过程，影响了系统的实际运行效果。在自控系统的建立过程后，要开展自控人员专题培训，注意软件的构成及软、硬件配置，软件编程等，以便深入了解控制系统，利于后期进行维护管理。
2、加强对运行人员的培训，这是保证系统正常运行的关键。在水厂日常运行中，离不开运行人员的全程监控和管理。开展对于自控受控设备的原理、性能以及常见故障诊断的培训是必要的，这样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。
3、建立以下自控系统运行管理制度，以使水厂在运行时，自动化系统便在较完善的管理制度下运行：
3.1 水厂电动(或称“手动”)操作规程
——包括各个设备的说明书以及操作规程（必要时可以请生产厂商和技术人员提供说明书原件及译文，或者协助编制操作规程）
——该操作规程应不仅适合在水厂自动化设备退出运行时，运行人员仍可在现场对工艺设备进行操作，从而确保水厂不间断供水，同时，它也适合在调试时、或设备检修后的单体设备控制。
3.2 计算机安全管理制度
为避免计算机病毒感染，必须做到专机专用，自控网络中的计算机只能用于控制网络的监控，不得使用未经许可的软盘、光盘及移动存储设备，从根本上杜绝病毒的入侵。

三、自控运行的思考
1、某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，基本上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。排泥量的不稳定会造成沉淀池出水浊度上升，滤池进水水质下降，滤池负担过重，从而带来滤池运行效果下降以及板框机排泥效率不足（进泥含水量过高）等问题。因此，时间不能作为自动排泥的唯一参数，是否可以加设泥位计、污泥界面仪等仪器，实时监测沉淀池污泥浓度和泥量，及时调整排泥时间。
2、日前，水厂运行面临的挑战就是在遇到突发情况（比如雷击、停电等）而造成自控系统故障无法正常启用时，特别是出现旺季供水时节自控故障而导致不能正常供水情况，如何保证水厂稳定、持续供水。这里需要处理的几项问题就是自控系统差错和恢复水厂各个运行环节的手自动切换，安全防范措施确保有效等，这里涉及到相关技术支持包括上位机程序重启、PLC程序丢失、通讯故障应急处理、自控模块线路故障处理。因此，需要进行PLC源程序（译文），常见故障及恢复说明，模块线路更换连接培训等培训，从而确保后续厂内自控系统能够进行合理调整、日常维护、软件程序重启复位、硬件模块更换，保证自控系统正常运行。
3、提供一份各个自控设备生产厂家（或者经销商）的联系方式，以方便备品备件采买、技术资料咨询、维护保障服务等。

结 语
建设部在《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中提出，作为自动化水厂必须做到“二提高三降低”，即提高供水水质、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低药耗。由于水处理属缓慢过程，控制相对比较简单，处理工艺一旦确定，易实现自动化控制。追求“简单，实用，可靠，经济”的原则，实现“自动化高效生产，无自动化也稳定生产”，建设成为现代化水厂将是我们共同的目标。