水厂自动化系统方案(V型滤池)

水厂自动化系统方案（V型滤池）V型滤池全称为AQUAZURV型滤池，是由法国得利满水处理有限公司首创的专利技术。八十年代以来，我国认识到国外气水反冲洗技术的独特冲洗效果，陆续引进国外先进的气水反冲洗工艺，用于新扩建水厂中。近年来，设计常规处理水厂工程时，规模在5-10万m3/d及以上的水厂，在工艺流程的构筑物选型中，多设计了V型滤池，以改善制水工艺，提高水厂自动化程度和生产管理水平。V型滤池是恒水位过滤，池内的超声波水位自动控制可调节出水清水阀，阀门可根据池内水位的高、低，自动调节开启程度，以保证池内的水位恒定。V型滤池所选用的滤料的铺装厚度较大（约1.20m），粒径也较粗（0.95—1.35mm）的石英砂均质滤料。当反冲洗滤层时，滤料呈微膨胀状态，不易跑砂。V型滤池的另一特点是单池面积较大，过滤周期长，水质好，节省反冲洗水量。单池面积普遍设计为70—90m2，甚至可达100m2以上。由于滤料层较厚，载污量大，滤后水的出水浊度普遍小于0.1NTU。下面以我公司已完成的以V型滤池为工艺的广东揭东县自来水公司10万吨自动化水厂工程为例，详细介绍一个典型的自动化水厂（以PLC为核心）的自动化监测监控过程及系统。一、控制模式：根据DCS集散控制系统原理，揭东水厂自控系统采用三级控制模式，即现场设备手动控制，车间（PLC分控站）自动控制，厂中央控制室集中控制，该控制模式有以下特点：1．集中管理、分散控制。即可在中控室对水厂的各种设备进行控制和管理，又能在车间通过局部控制器对车间设备进行控制，避免集成式控制系统存在的危险性，即主机一旦发生故障，整个控制系统就会停止运转，当主控器发生故障时，各局部控制器不会受影响而仍执行各自的控制程序。某个局部控制器故障也不会影响其他局部控制器的运行，使系统可靠性大大提高。2．可使操作调试人员从就地控制，车间（PLC分控站）控制逐步过渡到中央控制。调试安装方便，便于操作。3．可维护性好。检修系统中任一部分，不会影响其它部分的自动运行。由于PLC的可靠性高，可与工艺现场信号直接相连，而现代高档PLC如：Simens、Modicon、AB、GE等的通讯功能和网络功能都有很大提高，且有较强的功能软件平台，由PLC和工业型电脑组成的DCS系统在硬件、软件的可靠性、实时性、开放性等方面都具有很大的优势，同时，也符合国际上的发展趋势。二、系统组成及特点整个DCS监控系统由中央控制室和3个分控站组成，分别为：1、中央控制室2、投加间分控站（包括加药、加氯）PLC-013、滤池分控站PLC-024、一泵、二泵分控站（暂略）其自动化网络结构如下：1、系统设计特点：系统由投加间，滤池两个PLC分控站连接而成MB+(ModBusPlus)网，并设有操作员MMI站，工程师站，构成一个分布式集散系统（DCS）。本方案选择FIXMMI软件作为厂中控室监控平台以及选择ModiconPLC产品.2、现场控制策略为了确保自控系统出现故障时不影响供水生产，本方案采用如下三级控制策略：（1）本地手动控制：全厂所有设备（包括单独和分组的）应能就地手动控制（包括各机电控制柜电动）。（2）分控站PLC控制：各分控站PLC执行自己的控制程序，处理现场I/O数据和信号，在与中控室脱机或通信总线出现故障时，各分控站能独立利用分控站PLC进行控制。（3）中控室集中控制：中控室能对全厂的生产过程进行监控和管理，可动态地反映所有设备的运行状况和主要技术参数。下面分别论述：1．水厂中央控制室(1)基本配置：硬件：一台IBM586以上电脑，一台打印机，一套SA-85通信卡。软件：iFIXDMACSFORWINDOWSNT（开发版）一套。(2)基本功能：中控室是水厂的指挥中心，操作员在中控室可对全厂的设备进行监视和控制，同时，对从PLC系统采集上来的数据进行处理存储、通信、显示、打印等。中控室最核心的是软件，而软件则由MMI工控软件和在此平台上二次开发的针对揭东水厂控制软件组成。iFIXDMACS工控软件包已连续四年被世界控制工程协会评为最佳人机接口（MMI）软件产品。其基本特点如下：a、精确的过程监控及管理控制。b、面向实体的图形界面：系统建立的屏幕显示，即面向实体的图形用户界面（GUI）与我们对实体的直觉印象一样，人机接口完全汉化，亲切、直观、印象深刻。c、实时和历史趋势：通过观察实时和历史趋势图可以得到详尽的控制过程情况，利用历史趋势处理，可以采集、存储并显示实时过程数据，并可以放大、缩小或移动时间目标以显示变量间的各种关系。d、100%数据采集：具有优先的多任务特点，如打开文件或一份报告或图形，不影响系统数据收集和报警。e、动态数据链接(DDE)：通过双向DDE接口，可以通过其它具有DDE功能的应用程序分享过程数据，可以通过电子表格或字处理软件，如Microsoftexcel或Word来生成图表报告。f、具有统计处理控制(SPC)功能。g、报警及报警管理：能够连续对过程进行监测，它的报警提醒你注意潜在的问题隐患，可灵活定义报警限值。报警信息可显示在屏幕上，送打印机或形成报警文件。h、安全特性：基于安全性，用户可被赋予个人或群组特权，并跟踪和记录下操作步骤，以便查询。i、支持关系型数据库：可以与Oracle、Sybase、SQLserver、Ingres、Access及其它数据库共享数据，实时的SQL接口利用MicrosoftODBC（开放数据库连接）来提供系统与数据库之间的双向查询。j、OLE自动化（开放特性）：目标的连接与嵌入(OLE)功能可将过程数据与其它应用软件(如VisualBasic，VisualC++)集成在一起。k、支持分布式的客户机服务器体系结构。总之，使用FIX强有力的开发平台，我们可以通过二次开发将揭东水厂自动控制系统的所有数据、信息构造一个控制功能齐全，规模组织灵活，性能价格比较优的具有全集成自动化网络监控系统。它具有三重集成：·共同的数据管理·共同的组态和编程·共同的通讯所谓共同的数据管理，也即强调在一个DCS系统中，任何采集点的数据只须录入一次，便可在全系统范围内使用，如果另一处需要该数据，则软件就可以从共享的数据库中获取数据，这样便省去了对复杂数据完整性的检测。所谓共同的组态和编程，则意味着所有属于同一解决方案的组件和系统，只用一个全集成模拟工具包，即可组态、编程、启动、测试和监视，用户接口总是相同的，你可正确地使用最适合用户和任务的工具，例如，FIX包括了所有机器和水处理工厂状态图形化所要求的主要功能，以及以象素图形显示顺序流程的功能，如果不够用，或要求专用扩展应用软件时，可以通过轻松使用标准集成接口（DDE、OLE、ODBC、SQL）将其连接进去。关于通讯，FIX已将通讯全部集成在系统中，例如在不知道用哪个网络与其它PLC通讯的情况下，就可对一个PLC进行组态，这是因为选择网络时，在组态中只有一个选择标准，“谁与谁通讯”，在连接表中有简单的定义，这种连接可在任何时候任何地点进行改变，这就表示集中式组态和分布式组态不再存在差异。具体的说，也就是FIX具有功能强大的通讯标准，诸如ETHERNET，TCP/IP，PRDFIBUS，AS-I接口，与PC技术和标准软件的联合，使FIX全集成自动化（TIA）几乎适用于自动化市场的每一个角落，从传感器到传动装置到MIS/MES系统。全集成且全开放，这就意味着用单一软件系统可实现一个公司的全自动化环境，这便是我们选择FIX的主要理由。根据水厂运行的实际情况，我们可以在FIX平台上开发如下主要功能：（1）控制、操作功能：在中控室可对全厂任何一台可控设备进行控制和人工干预，能对各分控站PLC的参数进行设定和修改，必要时在工程师站，可以直接对任何一个分控站进行编程或修改程序等。（2）显示功能：能形象、实时、动态显示各生产过程的主要技术参数，能显示所有设备的运行状态，能用趋势图显示某些重要参数的变化情况。（3）报警功能：当某一参数异常或设备故障，能给出声音报警，显示相应的提示信息和画面，并记录在报警数据库中，及时打印。（4）数据库管理功能：中控室提供强有力的数据库管理功能，建立生产数据库，存贮生产原始数据，供统计、分析用，建立事故数据库，记录各类错误、事故等。（5）数据处理功能：可利用在线数据和数据库中的数据计算主要生产指标。（6）报表输出/打印功能：能打印公司所需要的各类报表。（7）中控室获取的所有信息均可通过局域网送入公司主干网或通过无线电发向公司总调度室或接收自来水公司调度室的调度指令。这里需要强调的是，在FIX平台上开发的软件，我们可以通过internet做到对全厂自动化系统远程诊断、远程修改、远程监测，经理可以出差在外，通过一部手提电脑获取水厂运行数据，同时，如果水厂运行出现故障，我们可以不到水厂现场，便可以观察、分析程序，将程序调出修改完后再下载，这样便可以尽快地解决故障。附：中控室外打印报表功能１：可打印加药、过滤分控站的班、日、月、年报表。２：可打印以下曲线：【1】原水流量、SCD值日变化曲线【2】加药量、加氯量日变化曲线【3】清水池水位日变化曲线【4】出厂水流量、余氯、浊度日变化曲线2．投加间分控站PLC-01（1）、基本配置：PLC柜（含ModiconPLC）一个，搅拌机机旁控制箱两个、计量泵机旁控制箱一个。（2）、控制对象：加药自动化系统，加氯自动化系统（包括前加氯、后加氯），以及相关的检测仪表等。（3）、控制过程：Ⅰ、加药自动化系统药液配制投加：整个矾投加自动化系统可由溶液池、计量泵、液位控制仪和搅拌机柜等组成。不管是固态矾还是液态矾，都面临一个加水再配制问题。一般而言，药液池都装有液位检测仪表，低限报警，并提示值班人员向池内加药，值班人员向池内加药后，发信号给PLC，当药液出现低限报警时须关搅拌机。由于阀门都是手动的，故矾池均由手动切换。关于药液投加自动化，我们认为应该采用SCD方法。沉凝投药是水质净化最重要的环节，而准确投加所需要的药量则是取得较好混凝效果的关键所在。在水厂实际运行过程中，水质水量不断波动，达到准确投药非常困难，过去较典型的方法是水质数学模型法，即以若干源水水质参数为变量，建立确定混凝剂投量的数学模型，这种方法涉及到较多的水质控制仪表，系统的可靠性低而投资较大，另一方面，要有长期大量的参数统计资料，才能建立正确的数学模型。八十年代国际上发展了一种新技术——游动电流法（SCD）混凝投药控制技术，仅需控制游动电流一个因子，不需要大量的统计数据，使用灵活方便，其系统流程图如下：其中，控制中心通常由微机或单片机构成，接受SCD信号并与给定值比较，作出调整投药量的判断，指挥执行机构，即计量泵工作，完成药量调节。由于水的投药混合是有一定滞后的惯性系统，对其投药控制宜采用周期调节方式，一般情况下可以取3～5分钟为一个调节周期，影响加药混合反应效果的因素很多，其主要分为两大类:一类为源水水量大幅度变化(取水泵调泵)；另一类为源水水质的变化，如水温、浊度、PH值等，所以，一般是流量比例控制，SCD反馈控制组成复合加药控制系统。利用配置的现有的两台计量泵，一用一备，2台泵并联工作，投加点设在源水总管上，通往投加点的管路上设有阻尼器、安全阀、注料阀等。A：流量比例控制系统：该系统由源水流量计、PLC-01、变频器、计量泵组成。工作原理：源水流量计将源水流量信号值反馈到PLC-01，PLC数据处理后将控制信号值送到变频器，调节1台计量泵的投加量，使加药量能随源水水量大幅度变动而迅速补减。B：SCD控制系统：该系统由取样点、SCD仪、变频器、计量泵组成。工作原理：SCD连续测定加药混合后水中游动电流值SCD，经其自身数据处理后，用控制信号值调节1台计量泵的投加量，使加药量能随源水水质的变化及时调整。以上两种控制方式并联工作，使水处理工艺反应效果控制在最佳范围内，确保出厂水水质符合国家饮用水标准，并能有效地降低矾耗。根据我们的经验，对于SCD方法而言，水样的预处理直接关系到SCD仪的寿命，以及控制工作的成效，选择合适的取样方式及辅助措施，如：旋流分离及斜管沉沙方法，去掉