基于PLC的老供水設備自動化改造

夏燁

（桂林市自來水公司 廣西桂林 541002）

基于PLC的老供水設備自動化改造

夏燁

（桂林市自來水公司 廣西桂林 541002）

本文主要闡述了當下老供水設備的自動化改造問題，并對老供水設備的人工繁瑣、安全性、供水穩定性的問題提出了一些見解及解決措施，希冀對類似的工程和同行帶來一些參考和借鑒。在當今這個用水緊張的時代，老供水設備的自動化改造是亟待解決的一大問題。本文以廣西某水廠為例具體闡述PLC的老供水設備自動化改造。

PLC；老供水設備；自動化改造

引言

進入新世紀以來，城市人口增加，各行各業發展迅速，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，手工操作的現狀，其安全及穩定供水都達不到現在的需要。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現。而PLC（可編程控制器）是實現自動化改造的關鍵，所有的自動化控制內容都由控制器編程實現。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，這是濾池控制系統自動化發展的一種趨勢。

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控制裝置，有取代計數繼電器、記時、執行邏輯等順序控制功能，建立柔性的遠程控制系統口。國際電工委員會（IEC）對PLC的規定是：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。PLC是采取順序掃描，不斷循環的方式進行工作的，即在PLC運行時，PLC根據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掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，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的刷新等工作。PLC的一個掃描周期必須經過輸入采樣，程序執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。圖1為簡單的PLC組成框圖。

圖1 PLC組成框圖

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據的采集采用分級控制模式，本系統的主控站是中控室（調度室），本地子控制站就是泵房現場。操作員站實時監控全廠的生產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；為了使系統在最佳的狀態下運行，使用一臺監控上位機作為工程師管理員站，以便及時修改生產運行的控制程序和重要數據等。

3 流程

3.1 進水泵房調度的具體流程

為保證進水壓力的穩定，進水泵房需設定不同規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：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，進一步決定是否有啟動真空泵的必要。當水位未達到規定值，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，真空信號發生器會發出信號，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定流程啟動，機器就會報警。供水設備的電機發生故障，運行系統會自動停泵，并及時發出故障信號。為保證整個系統的正常運行，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，按照規程，先關閉對應出水電動蝶閥，供水設備再停止運轉。

3.2 送水泵房調度的具體流程

自來水公司中心調度室向送水泵房控制發出調度命令，水廠中值班的工作人員通過中央控制室對供水設備發出指令進行操作。為保證出廠壓力的穩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，兩個設備配合實現數據的采集、共享及就地遠程控制。如遇到突發狀況，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，直至達到系統穩定運行所需供水設備的臺數。現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 數據最后匯總

送水泵房和進水泵房的采集的數據，通過PLC的通訊模塊及現場網絡收集后，傳輸到與2部PC機組成一個總線網絡，這2部Pc機再通過網卡聯機，實現數據資源的共享。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工藝參數，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，提高產水質量和生產效率，節約勞動力，加快調度反應速度，在藥耗和能耗方面做到節能的最大化。

（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，通過遠程控制，開停機、泵、閥做到準確遙控，準確微調，將生產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展方向

5.1 向開放式系統發展

PLC系統在發展的最初時期，缺少標準，在當時這個過程領域中發展起來的分布式網絡系統，多為非標準封閉式系統，有很多不方便的地方。經過幾十年的發展，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。

5.2 發展小型系統

PLC系統具有質量好、功能強的優點，但其缺點是價格昂貴。鑒于這些原因，PLC系統現在向小規模方向發展，入機聯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，也保證了供水系統的穩定性。

5.3 控制系統中引入媒體技術

在機器運行過程中，對數據進行的實時監測，以及在運行過程中發生故障或是數據的不穩定，多媒體技術通過成像，聲音等遠程監控，并操作供水設備，進一步提高了設備調控的及時性，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，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測，并針對出現的突發狀況進行及時的調整，以保證整個系統運行的穩定性。通過該系統還可對用水用戶管理、水費管理等。利用該系統，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重求快，并保證居民正常用水不受影響。

[1]閆家瑞，姜立君.天津水廠泵房自動化改造的設計[J].環球市場信息導報，2012（12）：46.

[2]林中昌.利用PLC富裕資源進行老供水設備的自動化改造[J].電世界，2004，45（8）.

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2015-11-20