PLC和Intouch软件在水厂自控系统中的应用

宜兴水务集团氿滨水厂位于江苏宜兴西氿边，于1995年动工建设，1996年建成通水，一期工程处理能力为10 万m3/d，主要供应宜兴市城区的生活和工业用水。由于西氿原水水质不断下降，市委市政府为提高人民群众的生活饮水条件， 2003年9月，氿滨水厂水源改用32公里外的横山水库水，随着供水量日益增大，2008～2009年扩建氿滨水厂二期工程，处理能力为10万 m3/d，在此期间，又对各工艺进行了自动化技术改造。水厂工艺流程见图1。

图1 水厂工艺流程

氿滨水厂自控系统采用了AB公司的CompactLogix系列的PLC作为现场控制单元，采用Wonderware公司的Intouch工业组态软件实现了水厂的自动运行管理。

1、自控系统总体设计

全厂设原水泵站、加氯加药站、普通快滤池站、V型滤池站、二泵房站及中控室站等6个站。考虑到系统尽可能分散的原则，普通滤池设置了两个子站，分别控制南北滤池，而V型滤池因为分两期建成，设计上考虑分了五个子站，其中一个子站负责反冲洗系统，另四个为滤池过滤系统。各PLC站均由电源单元、CPU模块、通讯模块和输入输出模块组成，各PLC站与中控室之间采用以太网通讯。考虑到中控人员还担负调度的职责，根据氿滨水厂实际生产状况，原水泵站、加氯加药站、普通快滤池站、V型滤池站、二泵房各站都有计算机配备，并且有操作人员在岗监视，以便有故障时在尽短时间内恢复。水厂自控系统示意图见图2。

图2 水厂自控系统示意图

中控室配置4台IBM的服务器，分别负责生产管理和监控工作站；计算机采用Windows 2003操作系统，通过网络实时采集生产数据，形成工业以太网。其中监控工作站采用Wonderware公司的Intouch V10.0可视化工业组态监控软件，显示氿滨水厂所有动态模拟画面，并可对系统的所有设备进行远程操作和控制，并具备显示工艺布置图、实时动态参数、设备的工作状态及实时／历史报警信号、在线仪表的实时／历史趋势曲线、设备运行时间等功能，同时可进行离线／在线编程及设定参数的修改、编制和打印生产与管理报表。其他所有在局域网内的计算机可通过压力监测系统监测水厂运行情况，记录历史数据等，为制定生产计划提供依据。

2 各工艺流程控制特点

2．1 原水泵站

因为氿滨水厂从2003年开始以横山水库的水为原水，所以一泵房只作为应急预案启用，故原水提升泵站为离氿滨水厂32公里以外的蒲墅泵站为原水泵站，该PLC站主要监控4台离心式水泵机组的运行工况及相关参数，原水泵站在全自动模式下，由PID控制的变频调速系统根据用水高峰时段以及送水管网压力等因素控制加压水泵的开／停及转速调节。该站也采用光纤通讯。

2．2 加氯加药站

原水经蒲墅泵站加压到氿滨水厂，通过在线仪表检测原水的流量、浊度等，并将其转换成4～20 mA的DC信号输人PLC系统为加药加氯系统提供控制参数。加药系统采用6套计量泵(配西门子MM420变频调速器)，变频器的运行频率由流量信号控制，在原水水质波动较大的季节，也可通过上位机设定投加量系数。6套计量泵4用2备，当正在使用的计量泵出现故障，PLC系统会自动切换。6套加药系统取自2个稀释矾池，每个矾池贮药池均装有超声波液位计，可随时检测矾液高度，同时通过装在稀释池的搅拌机定时搅拌，可防止矾液药液沉淀。加氯系统采用美国WT公司的加氯机，两点投加，滤前滤后各2台，备用方式同加药系统。滤前按比例流量投加，滤后采用流量与余氯信号结合控制投加。余氯信号由余氯分析仪在线检测。加氯间装有漏氯报警仪，PLC若接收到漏氯报警信号，会自动关闭所有加氯系统且开启泄氯回收装置。

2．3 普通快滤池站

该PLC站分两个PLC子站，分别控制南北10格滤池的过滤、反冲洗过程及相关参数。每格滤池均装有1个超声波水位计和1个水头损失仪，用来检测滤池的液位和阻塞情况。滤池的滤后水阀为可调节比例阀(开启度为0～ 100％)，根据滤池的液位、阻塞度、滤后水阀现有开度的反馈信号，通过PLC系统自动调整阀门的开度，从而确保滤池恒水位过滤。滤池反冲洗的控制方式有3种：①强制反冲；②根据阻塞值PLC系统自动反冲；③根据过滤时间PLC系统自动反冲。可根据实际生产状况选择滤池反冲洗的控制方式，普通快滤池反冲为水冲方式。

2.4 V型滤池站

该PLC站分为五个PLC子站，主要监控8格滤池的过滤、反冲洗过程及相关参数。每格滤池均装有1个超声波水位计和1个水头损失仪，用来检测滤池的液位和阻塞情况。滤池的清水阀为气动的可调节比例阀(开启度为0～ 100％)，根据滤池的液位、阻塞度、滤后水阀现有开度的反馈信号，通过PLC系统自动调整阀门的开度，从而确保滤池恒水位过滤。滤池反冲洗的控制方式有3种：①强制反冲；②根据阻塞值PLC系统自动反冲；③根据过滤时间PLC系统自动反冲。可根据实际生产状况选择滤池反冲洗的控制方式。V型滤池反冲为气冲-气水冲-水冲方式。

2．5 二泵房站

该PLC站主要监控7台水泵的运行工况及相关参数。同时在出厂管线上装有压力变送器、流量计、浊度计、余氯分析仪等仪器仪表，用于在线检测出厂水的水质状况。1#～3#泵机为低压电机，控制电压为380V。4#～7#泵机为高压电机，除5#泵机为6KV，其他3台为10KV。低压电机中1#为变频控制，高压电机中5#为变频控制，可以组合为恒压变频控制系统。二泵房在全自控模式下，通过安装在出厂水母管上的压力传感器，把出厂水压力信号变成4～20 mA的标准信号送入变频器，经运算与给定压力参数进行比较，得出调节参数，由变频器控制水泵的转速，使出厂水的压力保持在设定值上；针对目前宜兴供水状况，采用分时段恒压供水。具体方法：将一天分为8个时段，每个时段的恒定压力由上位机程序自动设定到PLC，PLC根据设定的压力控制变频器，实现该时段出厂水压力在设定值。

2．6 中控室

中控室监控计算机与各PLC主站之间通过TCP/IP工业以太网通讯实现资源共享，各PLC主站之间通过TCP/IP除了对本站设备进行操作显示外，还可了解其他站的情况。所用监控软件Intouch V10.0人机界面好，功能强大，能根据需要进行动画链接，比较直观。中控室监控计算机设有原水泵站、加药间、加氯间、普通滤池、V型滤池、反冲洗泵房、二泵房、自动化总览、10 kV一次系统、低压配电系统等监控窗口。另外Intouch V10.0软件还具有实时、历史趋势功能，可将数据归档储存，能够了解生产参数的动态情况，便于生产调度管理。此外在中控室设有打印机，用于实时报警及生产报表打印。

3 软件

该水厂自控系统的PLC选型AB公司的CompactLogix系列，编程软件为Rslogix5000，工控组态软件为Wonderware Intouch V10.0，系统以Rslinx2.55为OPC实现PLC和组态软件Intouch V10.0之间的通讯，进行DDE动态数据交换。

建立Rslinx2.55网络连接如下图3：

图3 建立Rslinx2.55网络连接

还需要在DDE/OPC中建立与PLC子站的连接，设置好后，在Intouch V10.0中建立连接，如下图4：

图4 Intouch V10.0中建立连接

4 运行情况

该水厂自控系统从2008年陆续改造，至2010年改造结束，运行至今，原水泵站、二泵房的水泵机组能完全按程序自动开、停；滤池的各项控制指标均能达到设计的技术要求；加药、加氯系统能在不同水质、水量情况下正常工作，实现自动控制，出厂水浊度控制在0．2～0．5 NTU，出厂水余氯控制在0．5～0．7mg／L。整个自控系统运行良好，实现了全厂运行自动化，保证了优质、低耗、安全供水。

参考文献：

1.    PLC在昆明第六净水厂的应用——吴文蔚；中国给水排水1999(3)；

2.    PLC在宁海临港自来水厂自控系统中的应用——李泽明，杜茂安；中国给水排水2007（10）；