本溪市明山净水厂的自动化

1、水工业自动化本 溪 市 明 山 净 水 厂 的 自 动 化张致国 李大勇 高孟国 高 昕 李 昕(中国市政工程东北设计研究院,长春 130021摘要 本文结合本溪市明山净水厂自动化控制系统的实例,介绍了控制系统的配置和功能。 该系统已经运行 5年,节省了劳动力,提高了管理水平,产生了很好的经效益,本文介绍了控 制技术、 T V S 监视系统、检测仪表、 A B 公司未来的产品。关键词:计算机监视及控制系统; TV S 监视系统;软件;光纤;通信网络A ut om at i c C ont r ol Sys t em of B enxi M i ngsha n W a t er T r eat

2、m ent P l antZ hang Zhi o Li D ayong G ao M engguo G ao xi n L i X i n(C h i na N or t h eas t M uni ci pa l E ngi neer i ng D es i gn and R es ear ch I ns t i t ut e , C hangchun 130021A bs t r act A co or di ng t o t he des i gn exam pl e of t he aut om at i c cont rol s ys t em desi gn of B e nX

3、i M i ngs ha n w at er t r eat m ent pl ant , t hi s pap er pre s ent s c onf i gur at i on and f unc t i on char a ct er i st i c of t he c ont r ol s ys t e m . A ft er 5yea rs r unni ng , t he s ys t em can s a v e l abor pow e r and i m pr ove t he qual i t y of t he m an agem e nt , SO i t got

4、a gr ea t ec onom i c be nef i t s , T hi s paper i nt roduc es a cont rol t ech nol ogy , T V S m oni t or i ng s ys t e m , det ec t i on i nst rum e nt s , fut ure di vi ce of A B c om pa ny l i m i t e d of A m cr i ca nK ey w o r ds :com put e r m oni t o r i ng and c ont r ol s ys t em ; T V S

5、m on i t or i ng s y s t em ; sof t w ar e ; op t i cal f i ber :com m uni cat i on net w or k1引言本溪市明山净水厂是本溪市最大的净水厂,设 计规模为一期 10万伽,于 2001年建成投产:二期 为 10万伽,待建,一、二期建成后,水厂可达到 20万枷的供水能力。净水厂的主要机电设备选择了优质、可靠、先 进的产品。电动阀门选用瓦特斯阀门,配套执行器 选用德国奥玛原装进口的;加氯机选用美国 W &T 产品,鼓风机选用中 kt 合资企业的,反冲洗水泵也 选用合资企业的,刮泥机选用江苏宜兴锦昌有限公

6、 司的产品,混凝剂加注泵,电动球阀选用美国米德 罗公司的,主要水质监测仪表大部分为欧美产品, 水厂选用设备的质量、先进性决定净水厂自动化的 成败。对于城市供水系统来说,要实现既保证水质, 又可节约药剂;既能节约电能,又能保证供水量和 服务水压;既能节省劳动力降低职工劳动强度,又 能够保证安全供水的净水厂,自控系统的安全稳定18t ul l t l l t 2008年第 10期 运行,不仅提高了企业的经济效益,还带来巨大的 社会效益。2计算机监控系统及 TV S 电视监视系统配置2. 1计算机监视系统配置本溪市明山净水厂的过程监控系统,其检测模 拟量 164个,开关量 1380个;调节回路 40

7、个,系 统配置图如图 l 所示。(1 模拟量监视 (A I 10kV 变电所:包括对两路 10kV 进线的电压、 电流、频率、功率因数、功率、电度、无功电度、 补偿电容器的电流等参数,进行监视测量以及各主 要配电环节的耗电量。水质:包括对水的温度、浊度、 PH 值、碱度等 参数的监测,在净水过程中,各主要净水设施的出 水浊度和出厂水的余氯监视。水位:稳压井、滤池、清水池、储药池、配药 池等处的水位。压力:净水厂出厂压力。流量:取水、滤池出水、反冲洗水、刚流水、 以及加药系统的流龌参数。反冲洗水泵、川收水泵、鼓风机:电机的耗电量、 功率 I 矧数 (调速电机 、转速、电机绕组温度及水泵 电机的轴

8、承温升、泉前后压力 (计算机净扬程 等。 其他:阀门开度、加约泉的冲程、转速、加氯 瓶重量、真窄罐真窄度、鼓风系统压力、配水出水 阀开度、加氯系统气体流量、漏氯等。(2 模拟量调节 (A O 滤池反冲洗阀 f J 阀位调节、清水阀门阀位调节、 加药泵的冲程、转速调节,加氯机流量、调节调速 电机转速调节。(3 状态量监视 (D I 10kV 变电所:各路开关、母联形状的状态。 水处理设备:溶液池、配药池等处的搅拌机; 加药计量泵;排泥各阀门的开关状态:滤池气动阀 门开、关、停状态、检修状态、故障状态等。 加氯设备:加氯机的运行、停 I E 、检修、故障 以及投加混凝剂设备的运行状态。反冲洗水泵、

9、叫收水泵、鼓风机:泵及电机的 运行、停 J :、检修、故障等运行状态。以及出口阀 门运行、停止、检修、故障等运行状态。水工业口动化其他:漏氯中和装置的工作状态、真空系统、 鼓风系统、排水系统等辅助 艺设备的 f =作状态。 (4 状态量控制 (D O 取水改备:根据净水厂给定的流量指令,控制 取水泵的转速和运行台数 (用,二定速泵,是通过出 J 阀门开度的控制,调节取水量 。澄清设备:对取水厂来水加药后的絮凝控制, 排泥控制,以及对 |口 J 流水泉的控制。过滤设备:对滤池表面的冲洗和反冲洗控制。 前加氯、滤后水加氯等设备的控制.两处投加混凝剂点的加药控制 (稳压配水井、 滤前,根据水质和工岂

10、要求切换注入点 。漏氯中和装置、真空加氯系统、压力自动切换 系统。其他控制:系指水附属设备,如取样泵、混凝 剂药品配制、运输等部分的挡制。2. 2TV S 电视监视系统配置电视监控系统是高科技的现代化管理手段之 一,是安伞防范技术的蓖要组成部分。管理者在中 心控制室,通过电视监控系统在显示屏上可以实时 看到监视现场的实际情况,根据监视的情况可以及 时进行决策与控制。电视监控系统的目的就是在中曰图 l 计算机监控系统配置图2008-年 g 10期电鼍技术 I 19水工业自动化心监控室管理者通过系统町以有效地、系统地、较全 面地观察生产范围内的生产情况、设备运行情况、厂 区的安全情况以及厂内人员的

11、流动情况,一旦出现问 题时,可以较快地找出问题的根源,以便管理者及时 采取措施解决问题,减少以至卡 l :绝“ 4i 安全”的隐患, 确保水 J 生产的安伞性,系统配置图如图 2所示。图 2T V S 电视监控系统配置图2. 3检测仪表一一次检测仪表为国外原装进口,其中低浊度计 1720C 。 个变送器,通过信号扩展单元可带 8个 传感器探头;流通式水位计为非接触的超声波水位 计;压力变送器为 E +H产品;流量汁选用德国科隆 公司标准短管的带刮泥刀的产品,该产品比有自动 清洗功能的其他型 u|电磁流量计好,实践汪明自动 清洗实现的效果很差。余氯分析仪、漏氯探测仪为 美国 W &T 产

12、品;电了称为合资企业产品;电动阀 门不论调节型还是开关型均带阀位变送器。加药泵 带冲程变送器及转速变送器,加氯机有变送器,又 称推论式流量变送器,所有仪表均为国外最新的智 能型仪表,并带有现场总线。3系统控制软件采用 C ont r ol N et 的 R SN et W or x 软件 (9357. C N E T L 3 和 D evi ceN et 的 R SN et W or x 软件 (9357一 C N ET L 3 , 是 C ont r ol N et 或 D evi ceN e t 网络的组态和 规划 J . 具 。 R S N e t W or x 软件使用户叮以创建一个图

13、 形化的界面,用于网络组态和定义网络的参数组态。 R SN e t W or x 软件还可对所有的网络组件执 i J 二规 划功能。例如,每个网络扫描器均有各自的扣描列 表和内存映象,这些信息存储在扫描器的组态文件 里。当扫描列表的内容发牛改变时, R SN et W orx 软 件会自动计算整个网络的网络带宽,以及每个网络 组件使用的带宽。用户在 C ont r ol L ogi x 系统中,必须使用 R SN e t -W or x 软件来对 Cont r ol N et 网络进行组态和规划。20Q -l l t l l t 2008年第 10期 4重要工艺单元的控制4. 1反应池的控制把

14、加药后处理水的沉淀物质除去,选用电控水 力阀门,先导阀为二位三通电磁阀,排泥按周期进 行程序控制。4. 2沉淀池的控制由反应池来的絮凝体通过斜管沉淀到池底,池 中的 8台剐泥机将其刮走送至池子一侧的泥料斗 中,然后由沉淀池的电控水力阀门排掉,刮泥机开、 停操作由汁算机实现,其工作、停止、正行到位、 逆行到位、正行超限、逆行超限、剪力销保护等信 号送汁算机。4. 3V 型滤池的控制V 型滤池的阀门为瓦特斯阀门、电动执行器为 德国奥玛公司产品,除出水阀为调节型,其余均为 开关型。V 型滤池足把用药品沉淀处理后不能处理的细 小的浊物分了通过过滤层除去。滤池控制的核心是 保持过滤速度一定的流量控制,为

15、了清洗过滤层上 残留的污物要进行滤池反冲洗控制。 V 型滤池的控 制内容包括以下项目。(1 过滤流量控制过滤的速度以 7m /h 为标准,为了稳定这个标准 而控制过滤的流量。过滤流量的 ' 发定是通过过滤池共 同的一 t 设定,控制过滤池的总流量,按照这个总流量 设定值上设定各个过滤池调节器的设定值。过滤池的 池 及总过滤流量的设定是根 操作人员的判断进行手动设定和根据配水的需求量的测量结果,计算 池的水位平衡来进行自动设定两种方式。由于急剧 过滤速度的变化会使过滤池滤料的状态产生冲撞而 导致滤后水的浊度上升,因此要缓慢的变更设定值。 (2 反冲洗流量的控制过了清除滤层上的污物,要从下

16、向上 (反冲洗 喷水,使滤料颗粒相 I :碰撞,为了保持冲洗水的浊 度要进行冲洗水的流量控制。(3 过滤阻力计过滤阻力是监视滤层过滤能力的重要的检测参 数,将滤层的堵塞程度 (压力损失 视为过滤阻力, 用过滤阻力计来测量。一般阻力计的指示值到达 22. 5m 时就要进行冲洗,还有一种反冲洗控制方 式,条件是设定过滤时间。(4 当满足了 (3 的冲洗开始的条件时,就 要开始按程序进行自动冲洗。也就是说,过滤阻力 值到达设定值或过滤时间到达设定时间时或过滤水 的浊度超过浊度的设定值时,进水阀门关闭。水位 降低到 F 限时,出水阀 f J 关闭,开始进行反冲洗。 一般冲洗是一个池一个池分别进行的。4

17、. 4加药的控制(1 加药量的控制方式加药量的变化取决于原水的流量变化,由下式 决定:Qz=Q -K式中, Q 为药品的加入量:Q ,为原水的流量; 足为药品的加入率 (原水与加药量的比值 。(2 用计量泵进行加药量的控制采用改变计量泉的回转数和冲程的办法来控制 加药量。在计算机内根据计算出的加药量做为调节器的 设定值,根据设定值来调节泵的回转数,当回转数 达到上限或下限时不能继续调节时,切换到调节泵 的冲程,冲程的调节是多段进行的。4. 5加氯的控制加氯机有三个模拟输入通道:流量、余氯、计 算机。计算机不仅能取代调节器实现比例调节、复 合环路调节,还能实现优化控制,优化控制由第三 个通道完成

18、,没有第三个通道实现不了计算机控制。 前加氯 (稳压井 :为了处理原水中的藻类和杀 菌,用流量信号控制加氯量。后加氯 (V型滤池出口 :进步杀灭细菌和使 出厂水中保持一定的余氯量,用复合环控制加氯量。 电动阀上装有手动装置,一旦电动头失灵,可水工业自动化立即改手动操作。加氯系统控制:该系统加氯机分成两组,一组 用于原水预氯化 (前加氯 ,一组用于滤后投加。 原水预加氯按水量比例摔制:C l =CuQ i x 10。式中, C l 为原水投氯蹙 (g/s ; G 为单位投氯 量设定值 (mg /L ; Q j 为与投氯点对应的原水进水 量 (m 3I s 。滤后加氯按水量比例和余氯复合刨路控制:

19、按水量比例:C f=K4C qQ i x 10 3式中, c 厂为滤后水投氯量 (g /s ; K 4为流量系 数取 0. 98; C q 为单位投氯量预设值 (m g /L :Q i 为 与投氯点对应的原水进水量 (m 3/s 。按滤后余氯值对比设定标准值进行反馈调节, 余氯滞后时 l 日 J 在 23m i n 。按出厂余氯预置标准值校正滤后余氯设定标准 值:C r =Cv (Cd-C s 式中, D 为自动设定值 (mg /L ; C v 为原水设 定值 (mg /L :C d 为出厂水余氯 (m g /L :C s 为出 厂水余氯预置标准值 (m g /L 。这种把出厂余氯仪的信号二次

20、反馈给加氯机的 控制方式比国内目前一些水厂采用的滤后余氯控制 值反馈调节控制要可靠优越得多。这样无论原水水 质怎样变化,即在原水水质遭到污染时,仍能经过 一段时间调整余氯达到出厂设定值,从而保证出厂 余氯保持在一定数值不会产生较大的差距。漏氯处理系统控制:在气源室和加氯机房分别 设置了通风道并与通风机室的 2台通风机组联接, 在加氯问、氯瓶间地面以上 350r a m 处分别安装了漏 氯传感器,一旦发生漏氯事故,该上作区域的空气 浓度超过了预设值 (0. 5ppm 时,安装于控制室内的 氯气泄漏检测仪,立即进行声光报警。同时通过工 业控制机动通风机组,在 612r ai n 内将该区域的空 气

21、更换一次,并将漏出的氯气送到清水池高位水槽 内,由槽内流动的水将其吸收。5变电所的监控10kV 变电所选用变电所监控系统,由站控层、现 场设备层 (间隔层 、通信层三部分组成,现场设备(下转第 25页 2008年第 10期电技术 l 214/5面积。由于结构轻巧紧凑的优点,所以只需要很少的地 基,十建被减少全最少,囚此即使在山区,岩石地带 也可以建造变电站;不少 G I S 系统建存楼顶斯上。 设备足以在 l :J 组装、调试后的整体单元运抵现场, 这样能极大地减少从签合同到客户手中之间所需的 时间,组合电器只需要窄气绝缘开关变电站的占地面 积:对一个 I F 在运行的变电站,只需要短时间的分

22、段 隔离,就可以在该变电站内进行扩展,这使得变电站 的停电时问减垒最短。这样就町以降低综合投资成 本,并保证早 H 投运。4. 2运行更节省、安全、可靠封闭结构的优点使运行人员免于和带电组件接 触,在母线上和出线侧的三位置隔离开关和接地开 关彻底排除了误操作的町能性;出线侧也可快速接 地开关:带有定向压力释放的防爆隔膜能够防止在 壳体内的压力突变;所有的模块单元在一个水、 F 面 上,使得整个布置方案结构简洁、清晰。除了运行人员安全之外, H IS 方案还能避免外 力的破坏。如果需要,还叮以往短时间内更换整个 问隔,冈此设桥的停电时间能减争最短,可以在 24h 内提供急需替换的部件。总之,能最

23、大可能地保证 运行人员和设备的安全以及可靠的运行。4. 3免维护一 Ft .设备投入使用,它将町靠地运行最少 50年并且只需要很少的维护工作。制造厂建议在 10电机系统常能年后可以进行第次日视检测。由于完全封闭,所 需要的清洁 :作也很少。外壳是抗腐蚀的铝合会铸 件,电动机构足自行润滑的,设备没有外露的带电 可接触系统和连锁机构,因此避免了外部冈素的影 响,町广泛使用在污染、地震、沙尘等的环境条件 下,设备的运行费 Jj相 ! j 低。4. 4保护环境无油操作机构和外壳极其有效的密封可以防止 任何环境污染。使用寿命长、占地面积小又保护了 人类资源。4. 5适应各种环境在大海、沙漠、山区、楼顶上等环境下使用电 器也毫无问题。4. 6经济性和多用性一个常规的空气绝缘变电站能被两个问隔所代 替,并且还有剩余的窄间。运行费用低、维护一 r 作 少、使用寿命长的优点降低了总的投资费用。通过 在工厂内组装、调试后的整体问隔运输到现场安装, 将大大减少现场安装的 J :作量。5