羊額水廠位于順德市倫教鎮(zhèn)，擔(dān)負(fù)著為順德市中心城區(qū)供水的任務(wù)，供水能力為40×104m3/d。
1 自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
羊額水廠的水處理系統(tǒng)由源水泵站、加藥間、反應(yīng)沉淀池、濾池、送水泵站等主要構(gòu)筑物組成，是由中央控制室和相應(yīng)的分控站組成的一個全廠范圍的計算機控制網(wǎng)絡(luò)。
①硬件系統(tǒng)
硬件系統(tǒng)是一種典型的總線分布式集散型控制網(wǎng)絡(luò)。每個分控站配備一套PLC系統(tǒng)和一臺監(jiān)控計算機。中央控制室配備三臺管理計算機和一個模擬屏。各分控站之間以及分控站和中控室之間通過高速數(shù)據(jù)通道DH＋(Data Highway Plus)進行通訊。
②軟件結(jié)構(gòu)
在美國AB公司的PLC系統(tǒng)中，一般向用戶提供兩個軟件平臺，一個是在PLC處理器中運行的PLC5編程控制軟件，另一個是在監(jiān)控計算機或管理計算機中運行的人機接口監(jiān)控軟件。羊額水廠根據(jù)工藝控制的需要在這兩個平臺上自行開發(fā)了計算機自動控制應(yīng)用軟件。
③自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
主要采用AB公司的DH＋控制通訊網(wǎng)絡(luò)進行互聯(lián)。出于商務(wù)上的考慮選用了兩種不同的PLC，采用AB公司PLC的分控站可以直接上DH＋網(wǎng)，而采用TE公司PLC的分控站則必須首先自行聯(lián)成一個TELWAY子網(wǎng)，然后通過MODBUS協(xié)議借助于AB公司的1771-DB模塊與DH+網(wǎng)相聯(lián)。
2 分控站的自動控制功能
2.1 源水泵房分控站
源水泵的自動控制分為遠(yuǎn)程控制和全自動控制兩種。不管采用哪種形式的控制，在對某臺泵進行啟動前，均會檢查該泵是否滿足啟動條件。在泵的啟動過程中，還會不斷檢測啟動電流的變化曲線，比較是否與正常的啟動電流曲線相符，如不相符則立即停止該泵的啟動，并給出聲、光報警，顯示相應(yīng)的故障類別，以便操作人員或維修人員及時處理。
遠(yuǎn)程控制:在此狀態(tài)下，操作人員能根據(jù)需要，通過在中控室的計算機對任意一臺泵進行啟、停控制。
全自動控制:在全自動方式下，根據(jù)清水池水位、出廠水流量和進水量決定源水泵的開啟臺數(shù)。9臺潛水泵(8用1備)采用自然順序建立循環(huán)隊列，按隊列順序依次啟動泵，并按先啟動先停止、累計運行時間少的先啟動、累計運行時間多的先停止的原則輪換工作。
2.2 一號濾池分控站
一號濾池分控站全套引進法國自動控制設(shè)備，整個系統(tǒng)由1個公共反沖洗PLC和10個濾格PLC組成。
①過濾控制
濾池的開啟個數(shù)由源水流量決定。由水位計和堵塞傳感器測出濾池的水位和水頭損失，并將濾后水閥門開度等參數(shù)送至PLC，經(jīng)運算后由PLC調(diào)整其開度以使進、出水達(dá)到平衡，從而實現(xiàn)恒水位自動過濾。
②反沖洗控制
a.反沖洗周期
凡滿足下列條件之一即自動開始反沖洗：過濾時間超過24h(可調(diào))；水頭損失超過10kPa(可調(diào))；手動強制請求反沖洗。
b.反沖洗程序
準(zhǔn)備階段:當(dāng)濾池請求反沖洗且公共反沖洗PLC又允許時，則先關(guān)閉進水閥、打開排污閥，待濾池水面降低到排水面時再關(guān)閉濾后水出水閥。
氣沖階段:當(dāng)關(guān)閉濾后水閥后隨即起動一臺鼓風(fēng)機，并打開進氣閥氣沖約2min。
氣水聯(lián)合反沖洗階段:氣沖約2min后再起動一臺鼓風(fēng)機、一臺水泵，并同時打開反沖洗進水閥進行氣水聯(lián)合反沖洗。
水沖階段:氣水聯(lián)合反洗約6min后則自行停止風(fēng)機并關(guān)閉進氣閥、打開排氣閥，再增開一臺水泵以進行水沖洗。
停止反沖洗階段：水沖洗約5min后關(guān)閉反沖洗水閥，停止反沖洗水泵。
恢復(fù)過濾階段:反沖洗完后先關(guān)閉排水閥，然后打開濾后水閥和待濾水進水閥進行自動過濾。
2.3 二號濾池分控站
二號濾池分控站全套引進瑞典自動控制設(shè)備，整個系統(tǒng)由一臺AB公司的PLC進行控制。二號濾池的配置和控制過程與一號濾池基本相近。但對自動控制系統(tǒng)作了許多改進，主要有：
①整個系統(tǒng)僅采用一套PLC進行控制，大大節(jié)省了控制系統(tǒng)的投資，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并提高了可靠性，同時也節(jié)省了土建投資；
②系統(tǒng)可根據(jù)源水流量來自動決定開啟濾池的個數(shù)，在過濾自動控制方面更先進；
③對反沖洗控制進行了改進，在關(guān)閉進水閥后不是馬上打開排水閥，而是繼續(xù)進行過濾，等濾池水位降低到一定程度后再打開排水閥進行反沖洗，這樣可以減少反沖洗耗水量，使濾池運行更經(jīng)濟。
2.4 清水泵房分控站
清水泵房分控站自動控制系統(tǒng)的任務(wù)是通過自動控制清水泵的啟、停來控制送水壓力。
清水泵的自動控制分為遠(yuǎn)程控制和全自動控制。在遠(yuǎn)程控制狀態(tài)，根據(jù)具體情況通過電腦操作對任一臺泵進行啟動或停止操作。在全自動控制狀態(tài)，根據(jù)出廠水的壓力和流量決定清水泵的開啟臺數(shù)。
開啟順序：9臺泵(8用1備)按自然循環(huán)隊列輪換工作。
啟動條件：電壓正常(9.5 kV以上)，水泵出水電動蝶閥處于關(guān)閉位置，液壓緩閉止回閥處于正常狀態(tài)，啟動時間間隔＞15min。
保護措施：當(dāng)出現(xiàn)電機電流超過38A、漏電、三相電流不平衡、低電流、低電壓、過載、超溫等情況時則跳閘。
2.5 加藥間分控站(包括反應(yīng)沉淀池和泥水池)
①加氯控制
前加氯采用與源水流量成正比例的開環(huán)控制方式；后加氯則以濾后水流量作為前饋量，清水池入口余氯值作為反饋量，在PLC中組成一個前饋—反饋閉環(huán)比例控制系統(tǒng)，以輸出量控制加氯機的流量。
②加硫酸鋁控制
采用SCD值來控制硫酸鋁的投加量。源水流量為前饋變量，SCD值為反饋變量，執(zhí)行部件是計量泵，通過PLC中的PID控制而組成一個前饋—反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。
此系統(tǒng)的特點是反應(yīng)速度快，可克服通過沉淀后濁度進行控制時所產(chǎn)生的數(shù)小時的滯后，隨時將加藥量調(diào)節(jié)到最佳量，可大大降低藥耗、穩(wěn)定水質(zhì)。
③加石灰控制
以源水流量和pH值作前饋值，以投加石灰后的pH值作反饋值，組成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)來控制計量泵從而控制石灰的投量。
④加助凝劑控制
根據(jù)源水流量和濁度按比例投加。
⑤虹吸排泥機控制
根據(jù)源水濁度和流量確定排泥周期和行走路線。行走路線分為全程、1/3程、2/3程;排泥方式分為單向排泥和雙向排泥。由于泥水池容積和泥水泵的限制，最多允許兩臺排泥機同時排泥。排泥周期一旦確定，則由PLC安排每臺排泥機的啟動時間，按時啟動、自行排泥。
排泥機與PLC之間通過無線電臺進行通訊，省去了多芯控制電纜；排泥車電控柜內(nèi)安裝一臺微型PLC進行就地控制以代替繼電器控制電路；排泥車行走電機采用雙速電機，以實現(xiàn)在沉淀池泥層不同地段的變速排泥。
⑥泥水泵控制
由泥水池的水位高低來決定泵的開啟臺數(shù)，啟動順序由循環(huán)隊列決定。
3 控制系統(tǒng)的特點
羊額水廠計算機自控系統(tǒng)是以PLC為核心控制部件，集計算機、閉路電視和無線電通訊技術(shù)為一體的綜合型控制系統(tǒng)。它具有以下特點：
①實現(xiàn)了“就地控制、車間控制、中控室控制”的三級控制，從而最大限度地保證了系統(tǒng)的可靠性；
②成功地解決了兩種不同PLC的互聯(lián)問題，并采用高速數(shù)據(jù)通道DH+將全廠各個控制站聯(lián)成一個控制網(wǎng)絡(luò)，大大提高了系統(tǒng)的實時響應(yīng)時間，從中控室或網(wǎng)絡(luò)上的任何一個分控站操作其他分控站的反應(yīng)時間在1s以內(nèi)；
③成功地應(yīng)用無線電通訊技術(shù)解決了水廠控制網(wǎng)絡(luò)和總公司管理網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題以及排泥車的無線電遙控問題；
④具有良好的人機界面和完善的數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，各車間數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)后，中控室的計算機可自動對各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行處理并自動生成各種生產(chǎn)報表，大大提高了生產(chǎn)管理水平；
⑤維修方便，PLC系統(tǒng)具有功能較強的自診斷軟件，可以很快查出系統(tǒng)內(nèi)部的故障，且PLC的模塊都是插件，更換相當(dāng)方便，在檢修系統(tǒng)中的任一個分站時不會影響其他部分的運行。
4 應(yīng)用效果
計算機自動控制系統(tǒng)投用8年以來一直穩(wěn)定運行，效果明顯。
①大大提高了出廠水質(zhì)。自控系統(tǒng)對穩(wěn)定水質(zhì)起到了關(guān)鍵的作用，出廠水濁度一直穩(wěn)定 在0.3NTU以下，余氯值也非常穩(wěn)定，達(dá)到了歐共體標(biāo)準(zhǔn)。由于自來水水質(zhì)優(yōu)良，順德市城區(qū)居民的腸道傳染病的發(fā)病率大大下降。
②節(jié)約了能耗，降低了藥耗。與原來的老水廠相比，綜合電耗由0.298(kW·h)/m3下降到0.228(kW·h)/m3，平均礬耗由原來的0.035kg/m3降到現(xiàn)在的0.025kg/m3(7%的液體硫酸鋁)。
③提高了勞動生產(chǎn)率。每班只需要3個人即可完成整個水廠的生產(chǎn)運行操作，生產(chǎn)管理和設(shè)備維修人員一共僅為35人。與傳統(tǒng)的水廠相比，大大節(jié)約了人力資源。
④提高了企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平。生產(chǎn)信息的傳送速度大大加快，將企業(yè)的管理水平提高了一個檔次。
