水厂自控系统建设与方案

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徐圩水厂自控系统建设方案

刘朋

目录

1.徐圩水厂自控系统的构成 (2)

1.1自控系统结构与目标 (2)

1.2控制方式 (3)

2.中控室 (3)

2.1运行监视 (3)

2.2运行控制 (3)

2.3数据管理 (3)

2.4报警处理 (4)

2.5报表及打印 (4)

2.6 Web数据服务 (4)

3.各子站控制 (4)

3.1 原水泵房控制站 (4)

3.2 高效澄清池控制站 (5)

3.3 翻板滤池控制站 (5)

3.4 加氯加药间控制站 (7)

3.5 臭氧活性炭间控制站 (7)

3.6 送水泵房控制站 (8)

3.7 污泥脱水间控制站 (8)

1.徐圩水厂自控系统的构成

徐圩水厂自控系统网络拓扑结构采用光纤以太环网结构，在这种网络结构下，每个子站都可以通过两条不同的通道与中控室进行通讯，即使网络中的一处光纤受到损伤，也不会影响中控室与主站之间的通讯。

徐圩水厂自控网络拓扑图

1.1自控系统结构与目标

徐圩水厂自控系统按照分散控制，集中管理的原则配置，全厂拥有一处中控室，管理整个生产过程，并且在取水泵站、高效澄清池、加药加氯间、滤池、活性炭处理间、送水泵房和污泥脱水间分别设置有PLC控制站，PLC控制站组成光纤以太环网，各控制站负责处理各站的数据采集和控制任务。

自控系统具有以下功能：

1)在线实时显示各工艺环节的生产数据，并根据工艺的要求对生产过程中

的异常数据进行不同方式的显示及报警提示；

2)实时显示全厂生产过程中各重要设备的运行状态及参数，并对异常情况

进行显示和报警提示；

3)根据进水流量、出水浊度和加药配比值来实现加药系统的自控控制；

4)采用自动调节实现滤池的恒水位过滤。反冲洗根据滤池水位、滤层上下

差压和阀门开度实现运行、反冲洗到再运行的全过程控制，同时也可实

现在操作画面上进行人工强制反冲洗；

5)系统可根据出水总管压力自动进行水泵的启停与调节。

1.2控制方式

徐圩水厂所有电动设备均设集中控制和现场控制两种控制方式，其中集中控制由运行人员在中控室上位机上进行，现场控制则在就地控制箱上操作完成，并且拥有两种优先级，集中控制为最低优先级，而现场操作为最高优先级。

中控室设置有自动/手动两种控制方式，其中手动控制由运行人员在中控室上位机上进行控制，自动控制可由PLC系统根据现场采集的信号经逻辑运算后自动进行调节。

现场控制设有远程/就地两种控制方式，其中远程方式由PLC控制站进行控制，就地方式由运行人员在现场的控制箱上进行手动操作。通常情况下，采用远程控制方式进行控制，在控制系统维护或者检修时，切换为就地方式进行操作，确保生产的连续进行。

2.中控室

中控室是整个控制系统的核心，集成了生产运行过程中所有实时数据，可以对整个厂区的全部生产过程进行集中监视、管理及控制。同时，能够对生产过程中出现的各类报警进行显示及报警提示，并对运行数据进行记录。

中控室通过光纤环网与各站PLC控制站进行通讯，中控室内有两台操作员站计算机用于监控厂区的运行，运行人员通过操作员站的上位画面监视生产过程，调整工艺参数，并控制现场设备。

2.1运行监视

运行人员通过操作员站上位机对厂区的生产过程进行监视，包括设备的状态、现场仪表数据、事故报警、历史数据等，用于实时、全面掌握厂区的生产过程。

2.2运行控制

运行人员通过操作员站上位机可根据需求以及调度指令调整厂内生产，根据监视设备状态和运行记录，优化生产方式。

2.3数据管理

操作员上位机记录有各厂房系统上传的数据，并对这些数据进行处理，形成历时数据库、生产报表。根据历史数据库，可分析生产质量、成本指标，并对设备的运行进行管理。

2.4报警处理

当生产过程或设备出现异常情况时，中控室发出报警提示及声音报警信号。

报警类型包括：

1)水泵故障；

2)压力、液位、流量异常；

3)螺杆泵、搅拌机等设备故障；

4)控制系统发现异常；

5)通讯故障。

2.5报表及打印

中控室上位机自动生成日报表，报表中有实时数据和统计数据，并可通过打印机进行打印。

2.6 Web数据服务

系统可通过Web服务器将运行数据发布至网络，需求人员可通过网络进行查看。

3.各子站控制

3.1原水泵房控制站

原水泵房水泵的启停由调度人员根据清水池水位、送水泵房运转情况及外网需求变化决定。PLC控制系统可实现主要设备的信号监测，一步化启停和相应的故障处理。泵房水泵在备用状态下进水阀敞开，水泵启动时先开水泵，再将出水阀开到位，水泵停止的顺序为关出水阀门，关水泵。在信号的连续监测过程中，出现设备没能正常完成动作，或监测到的数据超标，即在现场触控屏和中控室上位机跳出报警提示，同时将正在执行的命令复位，由操作人员根据实际情况解决设备故障，待设备故障清除后，可在现场触摸屏或中控室上位机上清除报警提示，

再行启动。原水泵房控制站的所有数据通过网络专线与徐圩水厂中控室进行数据交换。

1)原水泵站出水控制采用串级控制来控制出水总管压力。串级控制的主控

量为出水总管压力，副控量为原水泵站吸水井液位。把出水总管压力控

制在0.25~0.3MPa之间；

2)原水泵的互备联锁。4台水泵根据水厂及原水用户的运行负荷大小，互

备联锁模式分为一用两备，两用一备，并且可根据每台泵的运行累计时

间进行循环启动，实现水泵均匀磨损，避免某台水泵经常使用造成设备

疲劳或长时间不用造成锈蚀；

3)格栅机的自动控制。格栅机通过时间继电器进行控制，每一小时运行十

五分钟，当格栅机到达运行时间，启动格栅机，这样既能保证粗格栅每

次运行都能耙上一定量的垃圾，提高运行效率，又能防止由于垃圾过多

对格栅机造成损坏；

4)本控制站采集所有原水泵房各仪表、水质分析数据及相关泵阀设备启停

信号传送至现场触摸屏及徐圩水厂中控室。

3.2 高效澄清池控制站

1)自动排泥控制

根据测得的澄清池出水浊度数据，通过对运行工况的分析，在保证澄清池出水浊度处于最佳范围的情况下，求得开始排泥的最佳浊度值和结束排泥时最合理的浊度值，作为自动排泥的上下限（此设定值可在线修改）。当浊度达到上限设定值，发出开始排泥预警并自动开启排泥电动阀，关闭回流电动阀，开始排泥；当浊度值降到下限设定值时，发出停止排泥的信号，开启回流阀，关闭排泥阀。

2)污泥回流控制

制水时根据来水量及污泥回流比自动控制污泥螺杆泵的启停和调节，同时打开污泥回流阀，关闭污泥排泥阀。

3)本控制站采集所有高效澄清池各仪表、水质分析数据及相关泵阀设备启

停信号传送至现场触摸屏及中控室。

3.3 翻板滤池控制站

1)恒水位滤水自动控制

滤池水位的变化受进水量的变化、滤层阻塞值、过滤周期、待滤水浊度因素影响。采用对滤池进行恒水位控制，使得滤池在生产周期全过程滤速根据生产情况自动调节，避免了滤池在生产周期初始阶段滤速过快，后期滤速过慢的问题，从而使滤后水浊度在生产周期内相对稳定。采用超声波液位计检测滤池液位变化作为过程变量（PV），然后与设定值（SP）进行比较，计算出过程变量的变化趋势，再输出控制信号（CV），调节出水阀来控制滤速，保持滤池液位恒定。

2)翻板滤池自动反冲洗自动控制

滤池反冲洗启动的控制条件是出水阀位超过高限、滤池差压值达到设定值、液位值超过高限和人工干预，当前三种条件同时满足，或后一种条件满足时，就启动自动反冲洗系统。系统的运行是由PLC的顺序控制系统逻辑控制的，其控制如下:

步骤1：启动条件预设（阀位高、差压高、液位高、人工）；

步骤2：条件触发自动反冲洗；

步骤3：关闭滤池进水阀，待滤池液位降至设定高度，关闭滤池出水阀。

步骤4：开反冲洗风机放空阀，启动反冲洗风机，延时60s待风机运行稳定；

步骤5：打开反冲洗进气阀，关闭反冲洗放空阀；

步骤6：延时5min进行气冲；

步骤7：启动反冲洗水泵，延时10s待水泵运行稳定，打开反冲洗进水阀；

步骤8：液位上升至设定值，切换至下一滤池；

步骤9：液位下降至设定值，打开反冲洗进水阀；

步骤10：开反冲洗风机放空阀/关闭反冲洗进气阀。

步骤11：停止反冲洗风机运行；

步骤12：停止反冲洗给水泵运行；

步骤13：关闭反冲洗进水阀和反冲洗给水泵出口阀；

至此反冲洗周期结束，进入下一个过滤周期。滤池的反冲洗在不频繁启停反冲洗水泵的情况下，可通过同时冲洗两组或三组滤池，以其中一组滤池作为气冲

与水冲的过渡。

滤池的自动反冲洗系统控制将充分考虑现行实际生产运行情况修正控制参数，在上位机操作界面上将为运行人员预留相关控制参数的修改界面。

3)本控制站采集所有翻板滤池各仪表、水质分析数据及相关泵阀设备启停

信号传送至现场触摸屏及中控室。

3.4 加药加氯间控制站

1)加药投加自动控制

加药投加量主要根据澄清池、滤池出水浊度、原水流量和配比值来自动控制。前馈控制确定一个给出量，然后以高效澄清池、滤池出水浊度作为后馈信号来调节前馈给出量。由前馈给出量和后馈调节量就可获得最佳剂量。采用多因子前馈-反馈控制系统来控制投药，在PLC上用程序来实现以待滤水浊度为控制目标的多因子前馈-反馈控制系统。

2)加氯自动控制

前加氯自动控制

前加氯的主要目的是杀死水中的微生物或氧化有机物，对前加氯自动控制采用进厂水流量比例前馈自动控制，其运算公式为Y=A*K*Q,Y为前加氯的投加量（mg/L），A为给定值，K为单位原水投氯量（mg/L），且该值可根据原水水质分析数据进行动态补偿调整，Q为原水进水量（m3/L）。

后加氯补加氯自动控制

出水总管余氯值与其设定值进行比较，控制系统根据两者的偏差情况，采用动态调节，使出水余氯稳定在设定值附近。

前加、后加氯自动控制可迅速调整由于处理水量变化产生的氯需求变化，可对余氯偏差进行更准确的修正，调整特性简单，同时也保证了出水质量的稳定性。

3)本控制站采集所加氯加药间各仪表、水质分析数据及相关泵阀设备启停

信号传送至现场触摸屏及中控室。

3.5 臭氧活性炭间控制站

1)臭氧发生系统

臭氧系统通过以太网与主站进行数据通讯，实现在线监测臭氧发生系统的运行状态，主控系统依据进水水量实时发送臭氧投加量至臭氧发生系统。

2)活性炭系统

通过进水流量可监测到活性炭罐的进水情况，当流量降至设定值将提示进入反冲洗，打开反冲洗进水阀和出水阀，通过压力变送器监测反冲强度，反冲600s 后，停止反冲洗泵，关闭反冲洗进水阀和出水阀，打开滤水进水阀和出水阀，进入备用状态。（活性炭处理间手动阀已经联系施工单位查看过现场，正在准备采购阶段。）

3)本控制站采集臭氧活性炭间各仪表数据及相关泵阀设备启停信号传送至

现场触摸屏及中控室。

3.6 送水泵房控制站

送水泵房控制系统，根据设定的出厂水压力自动调节工频水泵的运行数量和变频水泵的运行频率，当管网负荷增大，变频水泵的频率控制达到高限时，自动增加一台工频水泵投入运行，当管网负荷减小，变频水泵的频率控制达到低限时，自动减少一台工频水泵运行，根据管网负荷变化实时对水泵运行状态进行动态调整。PLC控制系统根据指令，一步化启停水泵。在信号的连续监测过程中，出现设备没能正常完成运行，或监测到的电流超限等异常情况，即在现场触控屏和中控室上位机跳出报警提示画面，同时将正在执行的命令切除，改为启动另一台水泵，由运行人员根据实际情况解决后再投入备用并清除报警。

本控制站采集送水泵房各仪表、水质分析数据及相关泵阀设备启停信号传送至现场触摸屏及中控室。

3.7 污泥脱水间控制站

通过调节池液位控制两台污泥泵，同时污泥浓缩机定时启动和停止。当启动离心机前，污泥浓缩机出口污泥泵将污泥输送至污泥储池，液位达到设定值后，启动污泥脱水间螺杆泵、一体化加药机和离心机。

本控制站采集污泥脱水间各仪表、水质分析数据及相关泵阀设备启停信号传送至现场触摸屏及中控室。