何壽平
(南通市自來水公司)

概況

　　我公司在30萬m³/d狼山水廠建設過程中，利用奧地利政府貸款引進了一整套水廠自動控制系統。
　　該系統由奧地利ELIN公司負責提供全套硬件設備和軟件設計。該系統由中心控制室的PDS計算機系統和在控制現場的4套ELDATIC 2000 PLC裝置，組成水廠的集散控制系統。
　　中心控制室為數據處理控制中心，設有3個PDS單元。其中2臺并行對整個水廠進行監測遙控，1臺用作數據處理、運行分析和報表打印。每一PDS裝置由下列硬件構成:
　　Tandon 386-20個人計算機；
　　Winchester 40 Mbyte/35ms硬盤；
　　1.2Mbyte 5.25″軟盤驅動器；
　　SALORA 445A 20″彩色顯示器；
　　游動定位器(鼠標器)和標準鍵盤(控制用的2臺PDS配有2只功能鍵盤)；
　　DL 3400彩色打印機。
　　4套ELDATIC 2000 PLC裝置分別安裝在以下現場:
　　一級泵站:對一級泵站、污水泵站的運行進行監測控制；
　　中心控制室:對總降變電所、二級泵站的工作進行監測控制；
　　加藥間:對投加三氯化鐵和斜管沉淀池的運行進行監測控制；
　　加氯間:對移動沖洗罩濾池運行及加氯進行監測控制。
　　每套PLC裝置有以下配置:
　　ELDATIC 2000工業控制機；
　　Tandon 286個人計算機；
　　Winchester 40 Mdyte/35ms硬盤；
　　1.2 Mdyte軟盤驅動器；
　　14″彩色顯示器；
　　標準鍵盤。
　　整個系統共采集信號、數據1700多個。數據采集周期為60s。整個系統可完成以下主要功能:
　　1.對整個水廠生產過程進行運行、監測；
　　2.根據生產情況調度一級泵運行；
　　3.調節加藥、加氯量；
　　4.綜合18種生產資料，可繪制19種47 條曲線；
　　5.記錄變電所及所有生產設備故障。
　　中心控制室與4套ELDATIC 2000 PLC 裝置之間采用高速母線(同軸電纜)聯接。
　　整個水廠由該系統進行自動控制，除三氯化鐵倒入沖溶池、更換氯瓶和發布二級泵站調泵指令人工外，其余生產過程全由計算機完成。操作人員在中心控制室可通過計算機鍵盤或專用鍵盤(功能鍵盤)對全廠所有電氣、機泵設備、加藥、加氯設備、沉淀、過濾設備等進行人為的干預操作和控制，只要將操作密碼輸入即可開始進行自己職權內的操作運行。操作人員將顯示屏幕上的光標移至相應模擬圖上的操作開關或設備位置后，再連續按動3個按鈕，對應的開關或設備即行動作。亦可在現場的ELDATIC 2000 PLC裝置上就地操作設備，并可調看全廠的生產運行情況和數據。水廠所有設備均可脫離計算機系統，進行人工手動操作。
　　整個系統設計合理，構思嚴密，使用直觀，操作方便，數據收集完整，并能按要求進行數據分析處理。只是為了保證設備的可靠性，配置選用了一些性能較高的設備，顯得有些保守。但這也為我們今后擴展功能提供了有利條件。

二、水廠工藝控制方案

　　水廠工藝控制方案由我公司提出，經中奧雙方技術人員討論確認后，奧方即根據此方案編制軟件。水廠工藝控制方案主要內容如下:
　　1.取水工程
　　(1)引水虹吸管控制
　　與從長江引水虹吸管相聯的真空罐內水位低于下限時，真空泵啟動。當真空罐內水位達到上限，則真空泵停止運行。罐內水位處于低限達15min還不上升，則報警。真空泵在一天內啟動2次以上，應予報警。原水水位與一級泵站吸水井的水位差大于0.6m，說明引水虹吸管出現故障，引水發生困難，也應報警。
　　(2)一級泵站原水潛水泵控制
　　潛水泵的開停由以下因素決定:
　　a.清水池水位低于下限時必須有1臺潛水泵運行；
　　b.清水池水位未達到上限警戒水位，至少保持1臺潛水泵運行；
　　c.潛水泵的運行臺數所進的水量應與二級泵站出廠水量相對應。出廠水量與單臺潛水泵流量之比的整數值，即為一級泵站潛水泵的運行臺數。而出廠水量與單臺潛水泵流量之比整數以后的小數點尾數，則根據清水池水位的高低、清水池的水位上升或下降速率以及高低峰供水時間等，與相應的設定值對照，進行邏輯判斷，決定潛水泵的開或停。總之，既要盡可能保持清水池經常處于高水位，又要保證潛水泵不能頻繁動作。每啟動一臺潛水泵，運行時間不少于1h；
　　d.一級泵站出水量超過在用斜管沉淀池的最大負荷時，則減少1臺潛水泵運行，以保證斜管沉淀池出水水質；
　　e.每次增開潛水泵時，以運行累計臺時少的泵投入運行；減少運行潛水泵時，則以運行累計臺時多的泵投入運行。
　　2.加藥系統
　　(1)沖溶三氯化鐵
　　固體三氯化鐵稱重后，由人工倒入沖溶池，然后用鍵盤向計算機系統輸入三氯化鐵的重量。這時控制系統發出指令，將壓力水電磁閥打開，開始沖溶三氯化鐵。所沖溶的三氯化鐵藥液流入貯液池。計算機按已輸入的沖溶濃度(一般在30%以上)和投入的三氯化鐵重量，計算出的稀釋量，待流量計達到該稀釋量時，發出指令，關閉壓力水電磁閥，打開攪拌空氣電磁閥，攪拌3min后關閉攪拌空氣電磁閥，則沖溶完畢。最后由化驗室測定沖溶后貯液池的三氯化鐵藥液濃度，并輸入計算機待用。
　　(2)配制藥液
　　投加三氯化鐵溶液的溶液池共有2只，1用1備。當在用的溶液池液位達到下限時，則關閉出流電磁閥，停止工作。同時備用溶液池的出流電磁閥打開，投入使用。
　　根據計算機指令，打開與需要配液的溶液池所對應的貯液池出流電磁閥，向該溶液池補充藥液。計算機根據已置入的藥液實際濃度、投加溶液濃度、溶液池容積，計算出補充液位值，當池內液位達到該值時，關閉貯液池出流電磁閥。然后打開壓力水電磁閥稀釋配制溶液至溶液池的液位上限為止。然后再打開攪拌空氣電磁閥，攪拌3min，完成配液工作。兩只溶液池交替循環互為備用。貯液池、溶液池非正常的液位升高或下降，均會報警。
　　(3)加藥控制
　　由于狼山水廠的原水取自長江，相對來講水質較好。因此，影響加藥量的因素也少。
　　加藥前饋控制采用按流量正比例投加；濁度、水溫按實測資料繪制成曲線，由計算機在運行時對照，取值投加。
　　斜管沉淀池反應室內設有模擬斜管，取樣測定濁度(模擬沉淀池出口水濁度)，對照設定的沉淀池出水濁度標準值(5～30NTU可調)士3NTU，來調整實際投加量。當模擬沉淀水濁度超過設定的標準值±5NTU時，則應報警。另外，加藥泵吸不到溶液或加藥管道堵塞，加藥泵上的阻尼器壓力下降或超限，也需報警。
　　3.斜管沉淀池運行控制
　　(1)排泥控制
　　控制排泥有兩種方法可供選擇:
　　a.定時排泥:設定排泥時間(0～8h可調)，按周期排泥。
　　b.按原水進水量、原水濁度、單位藥耗、濾后水濁度等參數的變化，調節排泥周期。運行過程中在不斷計算排泥水量，當達到設定值時，則進行排泥。
　　由于濾池采用了通過斜管沉淀池回收反沖洗水技術，反沖洗水的污泥已在斜管沉淀池中回收，所以計算參數不取沉淀水濁度，而取濾后水濁度。
　　排泥水量可按下式計算:
　　Qn=Qy(YNTU-LNTU十1.31527FeCl₃/(1-98%)×10^-6式中:Qn——排泥水量(m³)；
　　Qy——斜管沉淀池進水量(m³)；
　　YNTU——原水濁度(NTU)；
　　LNTU——濾后水濁度(NYU)；
　　1.31527——三氯化鐵重量換算系數；
　　FeCl₃——單位三氯化鐵耗用(kg/km³)；
　　98%——排泥水含水率。
　　當排泥水量達到沉淀池設定排泥閥排泥時間(0～10min可調)的流量(按水力條件計算或實測)時，則進行排泥。
　　由于狼山水廠斜管沉淀池底部構造復雜，底部呈鍋底形，有中心傳動刮泥機、鋼筋混凝土穩流板、UPVC斜管等，因而無法安裝泥位測定裝置，所以不能采用按池底積泥情況決定排泥的方法。
　　排泥歷時則根據設定的每次排泥水量、排泥系統的水力條件計算定值。
　　刮泥機故障、超設定排泥時間、未關閉氣動排泥蝶閥，則報警。
　　4.移動沖洗罩濾池控制
　　(1)過濾周期控制
　　根據濾池池面水位變化情況和濾后水濁度，采用對比判斷的方法，決定增減沖洗間隔時間，調整過濾周期。當池面水位超過上、下限極值，則報警。濾后水濁度超過設定值，進行報警。
　　(2)沖洗罩工作程序控制
　　根據沖洗罩沖洗程序按順序執行。當沖洗罩未能按程序工作時，相應發出；桁車行走不停、不沖洗、沖洗不良、沖洗不停、桁車不走等故障報警信號。運行過程中還經常核對沖洗罩所在位置是否與計算機計數的格數相吻合，否則，說明沖洗過程中出現跳格不沖的現象，應立即查清，將故障排除。
　　(3)濾池表面排除飄浮物控制
　　狼山水廠的移動沖洗罩濾池設在室外運行，夏季極易繁殖藻類，成塊的水藻飄浮在濾池池面上，既有礙觀瞻，又影響水質。所以設置了排除飄浮物的運行程序。
　　當需要排除飄浮物時，由人工發出指令，桁車在走到濾池溢流槽對側放下刮網。濾池仍正常沖洗運行。當桁車走到濾池溢流槽一端時，濾池出水虹吸管上的進氣電磁閥打開，濾池水位上升，開始排除飄浮物。同時，由于濾池水位升高，通過刮網上的浮筒自行托起，并由機械鎖住，不容下落。飄浮物排盡后，電磁閥關閉，濾池仍按原有程序繼續運行。
　　5.加氯控制
　　(1)供氯系統控制
　　8只氯瓶分為2組，每組4只氯瓶并聯使用，其中1組備用。當一組氯瓶液氯用完時，氯壓下降，氯瓶電磁閥關閉，發出氯瓶用完信號。同時，備用氯瓶電磁閥打開，投入運行。該加氯系統采用負壓抽吸方式加氯，一旦加氯管漏氣，氯瓶電磁閥自動關閉。如氯瓶間或加氯間漏氯，則發出聲光報警。同時，引風機啟動，將漏出的氯氣送到清水池，由池內流動的水將其吸收。
　　(2)原水預加氯控制
　　原水預加氯按人為設定值對照原水進水量正比例投加。
　　(3)濾后加氯控制
　　濾后加氯按濾池出水量正比例前饋投加，并按設置的濾后余氯控制值反饋調節。為了防止水源水質變化引起出廠水余氯變化，我們又采取用出廠余氯定值(0.5～1.5mg/L可調)來調整濾后余氯控制值的方法，以達到無論源水水質怎么變化，出廠余氯均能保持在一個穩定的數值上。
　　6.二級泵站控制
　　(1)水泵調度
　　水泵調度由自來水公司中心調度室發出調度命令，水廠中心控制室值班人員通過計算機發出指令進行操作。當出廠水壓瞬間大幅度(0.1～0.15MPa)下降時，說明出廠輸水總管爆裂，立即關閉對應的閘閥和水泵。如發生突然停電故障，恢復供電時，二級泵站所有水泵鎖定，然后再逐臺啟動，直至恢復到停電前的水泵運行臺數。
　　(2)水泵開停控制
　　當開泵指令發出后，首先辨別清水池水位高低，以決定是否需要啟動真空泵。水位超過規定值，水泵則直接啟動，并打開對應的出水電動蝶閥。若水位低于規定值，應打開對應抽氣電磁閥，啟動真空泵。當真空信號發生器發出信號，說明引水成功，關閉電磁閥，啟動水泵，打開對應出水電動蝶閥。水泵若未能按程序動作，則報警。水泵電機發生故障，自動停泵，并發出故障信號。同時，備用泵自行投入運行。
　　接到關泵指令，先關閉對應出水電動蝶閥，水泵再停止運轉。
　　每次增開水泵時，以運行累計臺時少的泵投入運行；減少運行水泵時，則以運行累計臺時多的泵投入運行。
　　地下式泵站集水坑水位達到上限，啟動排水泵。水位達到下限時，關閉排水泵。未能按時排出積水，則報警。
　　7.污水泵站控制
　　當污水池水位達到上限時，啟動污水泵，對應出水氣動蝶閥打開。如若30min內污水池水位未下降到全池水位的70%時，則再啟動備用污水泵。當污水池水位達到下限，關閉污水泵，待10min污水管道內的水倒流完后，再關閉出水氣動蝶閥，以防污水管道內積泥。2臺污水泵互為備用，交替使用。
　　地下式污水泵站的集水坑水位達到上限，啟動排水泵。水位達到下限時，關閉排水泵。未能按時排出積水，則報警。
　　8.總降變電所控制
　　(1)兩路電源控制
　　整個供電系統在設計時，兩路電源可同時供電。當一路電源發生故障時，可保證70%的供電負荷，不致引起全廠停水。除兩路電源的進線總閘刀為人工操作外，其余35kV、6.3kV開關屏和部分主要設備的0.4kV低壓開關均可電動操作。整個電氣系統由1臺ELDATIC 2000 PLC裝置控制，并作為中心控制室計算機集散控制系統的終端聯用。操作人員只要將自己的操作密碼通過鍵盤或功能鍵盤輸入計算機，即可開始進行操作。操作人員將顯示屏幕上的光標移至電氣系統模擬圖上的操作開關位置，認定后連續按動兩個按鈕，對應開關即行動作。非責任工作人員操作，或違反電氣規程的操作(將會引起重大電氣事故)均被鎖定，不予執行。
　　(2)所有電氣故障均立即在屏幕上顯示，并發出聲光報警信號。部分影響正常運行的故障則自動跳閘保護或切換開關。電氣故障顯示內容有:
　　a.主變壓器系統(35kV/6.3kV 4000kVA):過壓跳閘、欠壓報警、過頻跳閘、欠頻報警、差動跳閘、短路跳閘、過流報警、溫度報警、溫度跳閘、輕瓦斯報警、重瓦斯跳閘；
　　b.廠用主變壓器系統(6.3kV/0.4kV 100kVA):溫度報警、溫度跳閘、輕瓦斯報警、重瓦斯跳閘、短路跳閘、過流報警；
　　c.廠用變壓器系統(6.3kV/0.4kV 400kVA):短路跳閘、過流報警；
　　d.6.3kV 800kV電機:過流報警、短路跳閘、過壓欠壓保護、堵轉保護。
　　狼山水廠的自動控制系統剛投入運行，以上的方案有待于實踐的檢驗，特別是方案中的調泵、加藥、加氯、排泥的數學模型和許多設定值，必須通過一段時間的運行，取得比較翔實的資料，經過綜合分析，再進行方案調整，使之更加完善。