引言

進入新世紀以來，城市人口增加，各行各業(yè)發(fā)展迅速，供水人口和供水面積不斷增加，而在改革開放前修建的供水廠仍然保持著人工值守，手工操作的現(xiàn)狀，其安全及穩(wěn)定供水都達不到現(xiàn)在的需要。基于以上原因，老供水設備需要進行自動化改造。老供水設備需要進行改造的原因有：①管理效率偏低；②供水設備需要有人看守，一般實行三班倒，大量費用用于人工；③上級不能隨時掌握供水設備的運行情況，設備隱患不能及時發(fā)現(xiàn)。而PLC(可編程控制器)是實現(xiàn)自動化改造的關鍵，所有的自動化控制內(nèi)容都由控制器編程實現(xiàn)。對于濾池來說，采取集中、單獨控制器共同工作的方式來降低控制器故障的風險性，這是濾池控制系統(tǒng)自動化發(fā)展的一種趨勢。

1  PLC可編程控制器概況

PLC(可編程控制器)是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了通訊技術、微電子技術、自動控制技術和計算機技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，有取代計數(shù)繼電器、記時、執(zhí)行邏輯等順序控制功能，建立柔性的遠程控制系統(tǒng)口。國際電工委員會(IEC)對PLC的規(guī)定是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。PLC是采取順序掃描，不斷循環(huán)的方式進行工作的，即在PLC運行時，PLC根據(jù)用戶按控制要求編好并存放于用戶程序存儲器中的程序，按指令步序號或地址號作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束，然后重新返回第一條指令，開始下一輪掃描，在每一次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必須經(jīng)過輸入采樣，程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段及其他一些輔助階段，其中的輸入采樣和輸出刷新在有的場合也稱之為I/O刷新。

2  改造方案

以廣西某水廠為例：該水廠有一個進水泵房、一個送水泵房。作為改革開放時期修建的供水設備，自動化水平相對較低，人員須在各生產(chǎn)工藝段的設備周圍手動控制。供水廠中的供水設備需要進行自動化系統(tǒng)升級改造，做以下改進：對于進水泵和送水泵上安裝的真空泵、手動閥、電動閥等需同時啟動的設備，安裝PLC設備對其實行遠程控制，以減少操作設備的復雜性，保證人員的安全。而對于水泵電機的各點工作溫度數(shù)據(jù)的采集采用分級控制模式，本系統(tǒng)的主控站是中控室(調(diào)度室)，本地子控制站就是泵房現(xiàn)場。操作員站實時監(jiān)控全廠的生產(chǎn)運行狀況所使用的是中控室兩臺互為冗余的操作員級的上位機，可自動控制或手動供水設備；為了使系統(tǒng)在最佳的狀態(tài)下運行，使用一臺監(jiān)控上位機作為工程師管理員站，以便及時修改生產(chǎn)運行的控制程序和重要數(shù)據(jù)等。

3  流程

3.1進水泵房調(diào)度的具體流程

為保證進水壓力的穩(wěn)定，進水泵房需設定不同規(guī)格的供水設備的啟動順序以及停止順序，并保證一定的延遲時間。對于一級泵站來說，若出水量超過在用斜管沉淀池的最大負荷量時，則減少l臺潛水泵的運行。為了保證斜管沉淀池的出水水質(zhì)：減少運行供水設備時，以運行累計臺時多的供水設備投入運行；每次增開供水設備時，則以運行累計臺時少的供水設備投入運行。要保證供水設備不能頻繁開關，與此同時也要保持清水池經(jīng)常處于較高的水位。一臺供水設備在啟動后，要不少于1h的運行時間。目前，供水廠控制中心為進一步實現(xiàn)自動化控制。在下達開啟設備的指令后，最先做的是確定清水池水位高低，進一步?jīng)Q定是否有啟動真空泵的必要。當水位未達到規(guī)定值，則打開與之相對應的抽氣電磁閥，開啟真空泵；若水位高于規(guī)定值，供水設備直接啟動，打開與之對應的出水電動蝶閥。如果引水成功，真空信號發(fā)生器會發(fā)出信號，這時需要關閉電磁閥，啟動水泵，并打開與之相對應的出水電動蝶閥。如果供水設備沒有按規(guī)定流程啟動，機器就會報警。供水設備的電機發(fā)生故障，運行系統(tǒng)會自動停泵，并及時發(fā)出故障信號。為保證整個系統(tǒng)的正常運行，備用供水設備會自動投入運行。供水設備在運行之后，緊接著啟動加藥間“RTU”程序。關泵指令下達后，按照規(guī)程，先關閉對應出水電動蝶閥，供水設備再停止運轉(zhuǎn)。

3.2送水泵房調(diào)度的具體流程

自來水公司中心調(diào)度室向送水泵房控制發(fā)出調(diào)度命令，水廠中值班的工作人員通過中央控制室對供水設備發(fā)出指令進行操作。為保證出廠壓力的穩(wěn)定送水泵房需安裝變頻器。如果出廠水壓瞬間大幅度(0.1~0.15MPa)下降，此時出廠的輸水總管道發(fā)生爆裂，應及時應，立即關閉與之相對應的水泵和閘閥。送水泵房需安裝兩個設備，一個是PLC，另一個是終端觸摸屏，兩個設備配合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、共享及就地遠程控制。如遇到突發(fā)狀況，比如停電故障，送水泵房所有供水設備都已通過遠程控制被鎖定，在恢復供電時，再逐臺啟動，直至達到系統(tǒng)穩(wěn)定運行所需供水設備的臺數(shù)?，F(xiàn)場泵房的操作由中控室控制、機旁操作箱控制、泵站控制箱控制三部分組成。

3.3數(shù)據(jù)最后匯總

送水泵房和進水泵房的采集的數(shù)據(jù)，通過PLC的通訊模塊及現(xiàn)場網(wǎng)絡收集后，傳輸?shù)脚c2部PC機組成一個總線網(wǎng)絡，這2部Pc機再通過網(wǎng)卡聯(lián)機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享。供水設備控制中心的終端觸摸屏，一方面對該供水廠的設備進行操作顯示，另一方面還可了解其他供水點的時時情況。供水設備控制中心在中控室顯示進水、送水窗口。在各自的窗口顯示與之相關的生產(chǎn)工藝參數(shù)，并能進行遠程操作，隨時控制機器，提高了效率以及操作的準確性。

4  老供水設備自動化改造的意義

(1)加速供水廠設備自動化改造建設的進程，打造一個高自動化、高效率的供水廠，以打破以前的局面。工藝流程自動化的實現(xiàn)，提高產(chǎn)水質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約勞動力，加快調(diào)度反應速度，在藥耗和能耗方面做到節(jié)能的最大化。

(2)通過PLC對老供水設備的改造，進一步完善了供水設備，各個階段的設備都處于熱備用狀態(tài)，通過遠程控制，開停機、泵、閥做到準確遙控，準確微調(diào)，將生產(chǎn)運行的可靠性和安全性進一步提高了，減少了設備維護費用，延長了設備使用壽命。

5  老供水設備自動化控制的發(fā)展方向

5.1向開放式系統(tǒng)發(fā)展

PLC系統(tǒng)在發(fā)展的最初時期，缺少標準，在當時這個過程領域中發(fā)展起來的分布式網(wǎng)絡系統(tǒng)，多為非標準封閉式系統(tǒng)，有很多不方便的地方。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在開放型和實施標準化的過程中，逐漸趨向于采用Windows.NET、UNIX等，這樣的視窗技術和開放式操作系統(tǒng)。

5.2發(fā)展小型系統(tǒng)

PLC系統(tǒng)具有質(zhì)量好、功能強的優(yōu)點，但其缺點是價格昂貴。鑒于這些原因，PLC系統(tǒng)現(xiàn)在向小規(guī)模方向發(fā)展，入機聯(lián)系和通訊功能進一步加強。對于老供水廠而言，小型化降低了改造的成本，也保證了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5.3控制系統(tǒng)中引入媒體技術

在機器運行過程中，對數(shù)據(jù)進行的實時監(jiān)測，以及在運行過程中發(fā)生故障或是數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定，多媒體技術通過成像，聲音等遠程監(jiān)控，并操作供水設備，進一步提高了設備調(diào)控的及時性，也在一定程度上保證了人員的安全，避免了不必要的傷害。將多媒體技術引入自動化的控制系統(tǒng)，將給供水設備的自動化改造帶來新的跨越。

5.4管控一體化

供水廠的管控一體化是指在一個終端對整體設備的運行狀況進行實時監(jiān)測，并針對出現(xiàn)的突發(fā)狀況進行及時的調(diào)整，以保證整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。通過該系統(tǒng)還可對用水用戶管理、水費管理等。利用該系統(tǒng)，不但對本水廠供水設備進行自動管理，還能對全市的各個地區(qū)的供水流量、壓力的供水指標實時匯總，實時分析。

6 結束語

供水廠作為一個民生部門，老供水廠的自動化建設與新建水廠的自動化建設有很大的不同，在建設老供水廠的自動化系統(tǒng)時要堅持兩個原則：一是要保護已有投資，不能大肆變動，否則會失去改造的意義；二是不影響正常供水。改造工程的實施要分部分項進行，在實施過程中應充分了解各工藝段的運行情況，將復雜重復和操作不便的勞動自動化，減少無意義功能的改建，將運行風險和投資風險降到最低。老供水廠的改造受到多方面因素的共同制約，在自動化改造過程中要穩(wěn)重求快，并保證居民正常用水不受影響。