進口設備國有化升級改造

摘 要：吉林市水務集團有限公司第二供水廠從1964年建廠到1998年擴能改造和2012年自控系統升級兩次改造，已由一個生產能力為4萬噸/日升級為12萬噸/日生產能力的自動化水廠，無論從凈化工藝、自控系統還是日常的維護管理上已達到小型現代化水廠規模。

關鍵詞：自控網絡系統；PLC模塊；升級改造；拓撲結構；數據共享

吉林市水務集團有限公司第二供水廠始建于1964年，日處理能力為4萬噸/日，隨著城市建設規模不斷擴大，用戶的自然增長，原有的處理水量已滿足不了新增用戶要求。于2012年4月至7月間，對自控系統進行了升級改造，建成一個現代化水廠，從而最終實現整個凈化系統在高能效、高效率中運行。

1 原自控系統運行工況

1.1 原有自控系統

設有7個主要PLC站，分別為取水站、加藥站、濾池站、加氯站、老送水站、新送水站、中控室報警屏及模擬屏驅動站。各主站采用TSX67系列PLC，具有“集中管理，分散控制”的功能，中心控制站，監控子站和現場手動操作的分級控制，技術先進，結構開放，支持多種網絡，編程方便。

1.2 原有通訊協議

FIPWAY用于現場監控站PLC之間互聯，數據傳送數率1Mbps.ETHWAY用于聯接水廠與5個PLC子站與中控室監控計算機及管理計算機數據傳送數率19.2Mbps。該網絡使用PLC模塊型號為TSX-ETH107，MODBUS用于取水泵站PLC，由于取水泵站離水廠較遠，取水泵站PLC使用調制調解器，（Moden）通過MODBUS協議直接與監控及管理計算機連接。

UNITELWAY：通過該通訊方式加藥PLC控制加藥泵變頻器遠行參數。

ETHERNET：監控計算機通過該網絡向管理計算機傳輸存檔文件，特別是當監控計算機故障，管理計算機遠行監控軟件時其起到替代作用。

2 自控系統升級改造的目的

二水廠擴建竣工投產已近15年，隨著投產時間逐年增加，對自控系統的可靠性逐年降低，其配套的PLC模塊由于退市等原因造成配件購置困難，同時由于自控系統整體設計為上世紀九十年代標準，控制系統存在很多落后技術，如自控網絡的拓撲結構采用樹狀結構等，為消除自控系統存在的問題及隱患等，采用新技術，對自控系統的一些功能做優化和維護，從而最終提高系統的性能。

本次升級改造本著遵循先進性、實用性、可靠性、經濟型、開放性的原則，滿足供水過程生產管理和水處理工藝對自動化控制的要求，實現“集中監控和管理，分散控制，數據共享”以保證整個水廠運行協調一致。

升級后的自動化系統達到符合相應的國際、國內標準和行業規范，并在實施時充分考慮到方案的合理性、經濟型、先進性、整體性和可行性。PLC系統選擇符合真正的工業等級，滿足國內、國際的安全標準，并且易購置、易管理、易維護、隔離性好、結構堅固、抗腐蝕，能適應較寬的溫度變化范圍，系統具有良好的電磁兼容性，能夠承受工業環境的嚴格要求，平均壽命大于10年，采用目前比較先進的主流產品，具有很強的兼容性，為了保證在今后的擴建和改造是滿足控制要求，在選擇時應充分考慮系統的擴展能力，在滿足現有的功能要求的基礎上，保留有20%的系統冗余，考慮到我公司已經投入使用的第三供水廠PLC系統，本次升級重點考慮采用西門子公司產品，便于未來的備品備件管理，技術培訓和人員崗位交流等自控系統升級改造后：

硬件方面：

報警屏：廢除原有的報警屏，由于原有的報警屏僅能起到對現場設備及過程數據值進行報警功能，廢除原有的模擬屏驅動方式，改為通過計算機直接驅動的方式。

計算機：由于計算機CPU為P2級別，硬件系統及配套通訊卡已停產，無法備品備件，更換高性能計算機系統。

軟件方面：原有中控室軟件系統為美國WONDRE公司的Intouch5.6B組態軟件，按目前標準已無法同新自控系統配套使用，升級為西門子公司的產品及國產組態王等，在系統構架方面，采用C/S結構，便于主管人員隨時掌握生產過程及工藝運行狀態。

自控網絡系統：本次升級為工業以太網，網絡拓撲結構為環狀。帶有冗余，并可實現故障自動切換功能，對于取水泵站子站，將原有有線通訊方式更換為無線方式。

加藥子站：原有系統在設計時投藥控制，其實是人工操作，依靠沉后水濁度及沉后水礬花形態進行判斷投加，滯后因素大、連續性差，投加量難以準確控制，藥單耗較大，本次升級為通過軟件方式建立投藥專家系統模型，選擇PAC加藥自動投加控制模式，實現及時準確投加。

濾池子站：原有的公用沖洗PLC功能受反沖洗設定條件限制，如不滿足其中一項反沖洗要求狀態時，發出報警，不能進行反沖洗或反沖洗停止，導致階段性的影響濾后水質及水量。本次升級為在操作方式上建立完全脫離PLC模式下的手動操作模式，以保證濾池單元PLC完全故障情況下的應急手動操作。

加氯子站：有PLC直接驅動加氯機實現全自動加氯，原有的加氯系統子站PLC，分為開環控制（手動）和閉環控制（自動）控制，已達到目前要求的先進的自控水平。

新老系統送水泵房子站：將重新建立相關報警信息（在操作柜及中控室電腦上）。

3 先進的自動化水廠更需要科學化的管理

隨著自動化系統升級竣工投產，吉林市水務集團有限公司第二供水廠經過十多年的遠行管理，摸索和總結出一些切實可行的管理方法，成功將部分進口設備國有化，完全突破了國外技術的控制，在同行業中國有技術占領先地位。

加強設備的管理，設備的科學管理是現代化企業的一個基本特征，也是衡量企業管理水平的重要標準。在水廠的安全、質量目標管理中，對安全供水的影響有兩大因素：即人的因素和設備的因素。首先是人的因素，其次是設備因素，只有一專多能的人掌握了先進的技術，才能對設備的恰當維修時段，實現具有預知性和計劃性，才能使運行的設備保持“兩高”，即高可靠性和高壽命，借以保證高效、安全、優質供水。

（1）制定年度設備定期維護保養與檢修計劃。設備的維修與維護分“定期維修”和“預知、預測性維修”兩種。定期維護與檢修是保證設備正常運行的基礎，也是安全優質供水的重要前提。每臺設備的定期維護周期根據設備的特點或日常維護中發現的問題而定。預知、預測性維修模式就是以先進的設備運轉診斷儀器及先進的檢測技術為前提，對設備進行預先計劃維修，防患于未然。在每年年初對每臺設備綜合評估后，制定不同時段的維護保養及檢修計劃，計劃中詳細規定了檢修時間、檢修部位及檢修內容，檢修后認真填寫檢修記錄并存檔，年末對設備的運行情況進行分析，總結出設備易出現的故障點，在次年計劃中有針對性加強保護與保養力度，10多年來避免了幾十次次重大事故的發生。

（2）建立一支快速反應隊伍與完善的三級巡檢制度。針對不同部件在自控系統中的重要性，結合其可靠程度，每天堅持領導、技術人員、維修人員三級巡檢制度，發現問題及時處理，將事故的隱患消滅在萌芽狀態。自控設備出現故障時，往往會導致一些主要設備癱瘓，故從設備開始運行時，就要確定維修、搶修人員，并有目的的提高他們的業務素質及處理事故的能力，熟練掌握設備構造、原理、操作技能，達到熟能生巧、推陳出新的效果。

（3）配備充足的、高質量的備件。在PLC及監控系統，自動投加系統、在線儀表和計算機系統中，哪一環節出現故障都將影響其他崗位的正常運行，特別是PLC系統，會導致某一崗位的正常運行，因此配備充足的、高質量的備件是必要的。具體儲備數量按在用設備關鍵器件的比例而定，有針對性的對易損件加大儲備適量，15年來，我們的設備備用率達20-60%。