1 項目簡介
隨著城市現代化建設的發展，環境保護、生活用水的要求不斷提高。以前水廠的人工、半自動水廠控制系統已經遠遠不能滿足現代化生活和企業運作的需要，因此先進的計算機控制技術應運而生。通過先進的自動控制系統，可實現對水廠制水、污水處理、水軟化、送配水等工程運作的監視和控制。江西省新余市第四水廠于2008年9月建成通水，第一期規模為15萬噸/天。第四水廠采用圖1所示的工藝流程，主要包括取水泵房、加礬加氯間、V型濾池站和送水泵房等控制站。該水廠實現了自動控制和系統主要參數的在線監測；同時為節約水資源，保護水體不受污染，對濾池反沖洗水進行回收，二期擬對污泥進行濃縮處理。
圖1
2 系統構成
全廠設中控室及取水泵房、加礬加氯間、V型濾池站和送水泵房等4個PLC子站，考慮到系統盡可能分散的原則，在濾池單池設有PLC控制臺，具體見圖2。
各PLC站與中控室之間采用工業以太網通訊聯絡。中控室由2臺分別用于生產管理與監控的計算機及2臺激光打印機組成。計算機采用Windows XP(sp2)操作系統。其中監控計算機采用世紀星組態軟件開發的應用軟件，可顯示多個包括涉及PLC控制的機電、加礬加氯設備與濾池等在內的模擬畫面，可對系統的所有設備進行遠程操作和控制，并具備顯示工藝布置圖、實時動態參數、設備的工作狀態及實時/歷史報警信號、在線儀表的實時/歷史趨勢曲線、水泵運行時間等功能，同時可進行離線/在線編程及設定參數的修改，編制和打印生產與管理報表。管理計算機采用Excel軟件，用于采集與存儲監控計算機檢測的主要生產數據，以便用于管理。
依據PLC I/O模塊，涉及PLC自控的設備，均可通過在機旁控制箱手/自動轉換開關、在PLC站操作面板XBT上設置來實現機旁控制箱、PLC站XBT、中控室監控計算機三地控制。 PLC站XBT上均能夠顯示與設置該站現場操作所涉及到的所有自控設備、儀表等運行參數及上下限報警值，同時這些參數均可通過網絡線傳輸到中控室監控計算機，由它來進行控制。
圖2
取水泵房站
該站主要監控3臺水泵機組的運行工況及相關的參數，同時在取水泵房吸水井中裝有水位計，通過PLC可隨時顯示水庫水位狀況。取水泵房水泵機組開/停由清水池水位情況、送水泵的運行情況、用水高峰時段以及送水管網壓力等因素決定。水泵機組只能在沒有配電線路故障、機組設備完好、出水電動閥門完好并且處于關到位的狀態才可依據程序自動開啟。
加礬加氯站
從取水泵房過來的原水進入位于凈水廠的流量計表井，在此通過在線儀表檢測原水的流量、濁度、pH值、溫度等，并將其轉換成4～20mA DC信號輸入PLC系統為加礬加氯系統提供控制參數。 加礬系統采用2套計量泵（配三菱變頻調速器）投加，變頻器運行頻率由流量信號控制，控制流量為取水流量與回收流量之和，計量泵行程由流動電流儀(SCD)值控制。2 套計量泵1用1備，當正在使用的計量泵出現故障，PLC系統會自動切換。2套投礬系統的礬液取自3個貯礬池，每個貯礬池均裝有液位計，可隨時檢測礬液高度，同時通過裝在貯礬池的攪拌機定時攪拌，可防止藥液沉淀影響濃度。3個貯礬池出礬管線上均裝有電動球閥，通過手/自動轉換開關，可選擇機旁控制箱操作或中控室監控計算機人工操作，也可根據3個貯礬池液位PLC系統自動選擇，切換工作池。
加氯系統采用真空加氯機，三點投加，濾前濾后出水各1臺。濾前按比例流量投加，濾后采用流量與余氯信號雙因子控制投加。加氯機所需的流量信號由PLC系統輸入，余氯信號由余氯分析儀在線檢測。濾前加氯機投加的控制流量取自取水流量與回收流量之和，再減去反應沉淀池排泥用水量。濾后加氯機的控制流量為濾前加氯機的控制流量減去濾池反沖用水量。出水加氯機的控制流量為出廠水余氯信號。氯庫裝有電子秤和自動切換單元，同時裝有泄漏報警儀，通過檢測泄漏報警信號經PLC系統可自動啟動氯氣回收裝置，并且PLC系統會自動關閉所有加氯系統等待故障處理。
V型濾池站
該站主要監控5格V型濾池的過濾、反沖洗過程及相關參數。每個濾池均裝有一個水位計和一個差壓計，用來檢測濾池的液位和濾池的阻塞情況。濾池的清水閥為無級可調比例閥（開啟度為0～100%），根據濾池的液位、阻塞值（即水頭損失值）、清水閥現有開度的反饋信號通過PLC系統自動調整閥門的開度，從而確保濾池恒水位過。濾池反沖洗的控制方式有3 種：①強制反沖；②根據阻塞值PLC系統自動反沖；③根據過濾時間PLC系統自動反沖。優先原則是：第①種方式最為優先，第②種方式次之，最后為第③種。
濾池的操作方式有3種：①單池PLC控制臺操作，每格濾池單獨設有PLC控制臺，每個控制臺裝有5個閥門（進水閥、清水閥、水沖閥、氣沖閥、排污閥）控制按鍵與1個顯示面板，可顯示5個閥門；②公共沖洗泵PLC站XBT操作；③中控室監控計算機操作。
公共沖洗泵站
該站主要監控3臺鼓風機、3臺沖洗泵、2臺空壓機開/停、故障信號以及濾池水位、阻塞值等參數及反應沉淀池36個氣動排泥閥的狀態。
送水泵房站
該站主要監控1臺變頻水泵與1臺大水泵及2臺小水泵運行工況及相關的參數，同時在出廠管線上裝有壓力表、流量計、濁度計、余氯分析儀、pH計等儀器儀表，用于在線檢測出廠水的生產與衛生指標。送水泵房水泵機組開/停由管網壓力等因素決定。送水泵運行必須要求配電系統、機組設備等性能完好，且吸水井達到一定水位才能正常實現。
3 系統特點
3.1 畫面監控功能豐富，所有需要監測的各種參數的實時和歷史曲線圖，各種運行和管理報表，水廠的工藝流程圖和動畫等顯示。
3.2 實現快速數據采集，并能對這些數據進行處理和分析，處理后的數據記錄到歷史數據庫，以備系統調用和隨時查詢。
3.3 具有完善的報警和安全訪問功能，保證系統的安全。
3.4 系統可擴展性好，與二期污泥處理工藝、與企業的生產工藝調度、生產水質監控等密切結合的自動信息系統提供接口。
4 軟件應用
中控室監控計算機采用Windows XP操作系統，與各PLC站之間通過以太網交換機，用工業以太網通信聯絡實現資源共享，各PLC站之間通過工業以太網通訊聯絡，除了對本站設備進行操作顯示外，還可了解其他站的情況。
上位監控系統用世紀星V7.22組態軟件開發，該監控系統人機界面精美，能直觀、生動呈現整個水生產過程中的工藝，動畫形式多樣、直觀、逼真，且與各種型號的PLC通訊簡單。該中控室監控計算機監控系統完成的功能主要有：
A、遠程控制各PLC現場子站，實時接收PLC采集的各種數據，建立檢測參數數據庫；處理并顯示各種數據。
B、監測整個生產工藝流程和各細部的動態模擬圖形。該系統實現了水廠整體工藝流程、各主要工藝設備運行狀態、過程控制及各生產環節生產數據的實時采集與現實。主要流程畫面有：取水泵房流程圖、加礬間流程圖、加氯間流程、反應沉淀池流程、V型濾池流程、公共沖洗泵房流程、送水泵房流程、10kV一次系統、低壓系統等畫面。實現的工藝生產設備監控功能有：所有被監控設備的運行狀態、啟停控制、設備與設備之間的連鎖控制、工藝參數的設定，以及設備溫度、電流、壓力、液位、流量等參數的顯示、報警、記錄、趨勢及累積量計算等。
C、從檢測項目中，按需要顯示歷史記錄和趨勢分析曲線。能夠了解生產參數的動態情況，便于生產調度管理。
D、重要設備主要參數的工況及事故報警、打印制表。包括工藝數據報警、設備故障報警、系統故障報警，并根據不同的報警信息提供不同的報警畫面。
E、編制和打印生產日、月、年統計報表。
F、對各種數據進行實時存儲。
下圖為世紀星開發的組態畫面示意圖：
圖3
5 小結
該系統實現了水廠全自動化控制，提高了水質處理的效率，減輕了運行人員的負擔，提高了水廠運行的安全和可靠性。世紀星組態軟件開發的監控系統具有運行穩定、操作界面直觀友好、報警、報表、數據記錄、趨勢顯示分析和安全管理等功能完善的特點，完全實現了規劃的功能，系統操作和維護都十分簡便，為水廠的安全運行提供了可靠的保障，并且利用世紀星良好的開放性為系統的二期功能集成提供了很好的接口。