水廠自控系統的構成及自控運行的體會
1 引言
金華市金沙灣水廠作為省重點工程，通過召投標，分二期建設。工程總設計供水量為30萬噸/天，其中一期工程供水量為15萬噸/天，已于2001年8月建成并投入運行，二期工程現正在建設當中，預計年底前主體工程可以完工。金沙灣水廠于2001年8月份建成后成為了唯一向金華市區供水的水廠。
由于金沙灣水廠自動化程度高，運行設備、儀器儀表復雜多樣，給自控系統的正常運行和穩定控制提出了很多問題，我們在解決這些問題時，有過教訓，也獲得了一些經驗。在此，對金沙灣水廠的自控系統作完整介紹，以便同行對此有新的了解。
2 供水工藝及運行方式
金沙灣水廠地處金華市西南面的山區，離城區的直線距離大約為18公里，與城區高差為七十余米，水源取自沙畈、金蘭兩個水庫。水廠利用廠區與市區的高差取消了送水泵房，采用重力流輸水，節約了電耗。
金沙灣水廠工藝：金蘭水庫 配水井 取水泵房 加藥、前加氯 折板反應池平流式沉淀池V型濾池后加氯清水池補氯 輸水管網 用戶。
其中主要設備為干式潛水泵3臺，加礬、加堿計量泵各兩組，空氣壓縮機兩臺，排泥閥60個，行車吸泥機兩臺，加氯機5臺，泄氯回收裝置一組，增壓泵3臺，反沖洗鼓風機3臺，反沖洗泵3臺，氣動閥8組。
金沙灣水廠工作人員根據總公司中心調度室的調度指令，通過設置在各個崗位的自控裝置，控制有關設備，進行取水、加藥、加氯、沖洗等一系列自動控制、調節、監視操作。
3 自控系統構成及控制原則
金華市金沙灣水廠自動控制系統的監控軟件采用美國Wonderware公司的工業組態軟件InTouch7.1作為開發平臺，可運行于Windows95/98、WindowsNT4.0、Windows2000等操作系統下。此軟件具備可視化軟件的特征：實時監測各生產流程，采集生產信息，并且下達操作人員的每個控制指令。自控系統的網絡結構由三級網絡組成：
以太網：由服務器、中控室計算機、廠長室計算機和HUB組成。主要用于生產管理，通訊率為10M波特率。以下兩層是工業實時控制網，是整個自控系統的核心。
FIPWAY網：由中控室計算機、濾池計算機、取水PLC、加藥PLC、排泥PLC、加氯PLC、濾池公共PLC、送水PLC組成。主要用于制水過程中的控制和監測。通訊率為1M波特率。
Unitelway網：由8格濾池PLC組成，掛在濾池公共PLC下，主要用于濾格的控制和監測。通訊率為19200kbps。
所有運行設備的控制層次分為三級：現場電器控制盤手動控制（最高級）、遠方計算機中控或自動控制。控制原則是：現場手動控制優先，電器設備的繼電保護由現場電器盤自行完成。
3.1 取水泵房
取水泵房的取水方式有兩種：當水庫水位達到設定水位時取水通過兩只調流閥自流，當低于設定水位時取水通過取水泵進水。
調流閥的控制方式有手動、中控和自動控制三種。自動控制時，PLC根據有關參數自動調節閥門開度，以保證清水池水位保持在最佳水位段。自動運行時需設好清水池水位、工作閥門的選擇等參數。
干式潛水泵的控制方式有手動、中控和自動控制三種。中控控制時，操作人員通過計算機鍵盤或鼠標下達的命令，來一步化開、關相應的取水泵和其出口閥門。自動控制時，PLC根據清水池的水位和設定的清水池水位上下限來自動調節，以保證清水池水位控制在最佳的水位。自動運行時需設好清水池的水位上下限、工作泵的選擇等參數。
3.2 加藥系統
金沙灣水廠加藥間現安裝有加礬系統和加堿系統，加堿系統現未啟用。加礬系統可以中控開關的設備有加礬泵、空壓機、出礬閥門，檢測的開關量有加礬泵、出礬閥、進水閥、進氣閥和空壓機的開停信號；檢測的模擬量有加礬泵的頻率、礬池液位、源水濁度及模擬斜管濁度等。
礬池與加礬設備各有兩組。加礬與礬池切換的控制方式有手動、中控、自動三種，手動的級別最高，自動和中控是在計量泵和出礬閥處于遙控方式下通過申請優先的方式取得。配礬的控制方式有手動與中控兩種。
3.3 加氯系統
加氯系統的主要設備有氣源切換部分、加氯機、漏氯報警系統等，控制前加氯、后加氯、出廠水補氯以及氣源的自動切換。采集濾后水的余氯和沉淀水的濁度值并送上位機顯示。主要控制軟件有自動加氯（雙冗余控制加氯）、氣源自動切換、漏氯報警軟件。加氯控制分為加氯機控制以及PLC控制兩種方式，兩種方式互為備用。兩種控制方式都是有條件地通過申請優先的方式取得。
3.4 濾池系統
金沙灣水廠的V型濾池共八格，整個控制系統由一個濾池公共PLC站和八個獨立的PLC站來控制。主要被控設備有：三臺鼓風機，三臺反沖洗泵，八格濾池的氣動進水、排水閘閥和氣沖、水沖、清水蝶閥以及排氣電動球閥等。每個濾格系統可獨立完成恒水位的自動控制，在公共系統的協調下完成濾池的自動反沖洗。濾格PLC與公共站PLC之間的通訊是由UNITELWAY主從通訊總線來完成的。
恒水位的控制：PLC采集濾格水位，并與設定的控制水位相比較，得出差值進行相應的PID運算后去控制清水蝶閥的開度，來調節濾格的出水量，使得濾池水位恒定在給定值附近。給定水位為1.20m，上下偏差為0.05m.。濾池在啟用過濾時，恒水位控制軟件自行投入運行。只有滿足清水池水位不低于設定水位（2.5m）；濾格反沖洗倒計時間（可調）到或水頭損失差壓達到0.15bar；鼓風機和沖洗泵處于自動控制狀態且無故障的條件時，自動反沖洗才能運行。
4 自控設備運行的體會
金沙灣水廠建成幾年來，在自控系統及設備的建設、運行、管理過程中，有收獲，也有教訓，體會很多。
4.1 在自控系統的建立過程中，要有自控維護人員參與，著重注意軟件的構成及軟、硬件配置，在配合承包商按設計要求進行軟件編程的同時，深入了解控制系統，以便投入運行后進行維護管理。事實證明，再完備的系統調試也有疏漏的地方，甚至在運行了幾年以后不會發現系統程序中的錯誤之處，更別提由于合同規定的現場工作時間限制。為了自控系統的及時、正常運行，系統、設備調試工作必須有水廠人員共同參與。
4.2 加強對運行人員和系統維護人員的培訓，這是保證系統正常運行的關鍵。金沙灣水廠的設備來自各個國家，設備、儀表種類繁多，各有特點。對于自控系統維護人員來說，決不能只關心軟件，各種設備的狀態直接影響自控設備的運行。在運行中，軟件程序一般是穩定的，而造成不可控的原因多是受控設備的問題，例如狀態信號沒反饋回來、設備控制回路故障等。所以我們要求自控系統的維護人員掌握所控設備的原理、性能、與控制系統的連接關系，以便及時、準確地判斷故障點。而加強對運行人員的培訓，既提高運行水平和巡視觀察的準確性，也提高了處理意外事故的能力。
4.3 不斷注意對軟件的后期維護工作。由于最初的軟件制作只是對自控設計的基本滿足，在運行中肯定會有工藝方式的改動，自控維護人員必須按新的需求作相應的修改，以保證運行。尤其在貫徹建設部《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》提出的“二提高三降低”（提高供水水質、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低藥耗），優化運行的過程中，更會遇到凈水工藝的調整、運行設備的改造、運行程序的修改。
5 自控運行的思考
金沙灣水廠在幾年的自控運行過程中，發現有些單元的自控的效果不甚理想，水廠的自動化也存在一定的局限性。
5.1 金沙灣水廠的反應池自動排泥是根據PLC設定的排泥周期和排泥時間來自動完成開閥、排泥計時、關閥等排泥過程。沉淀池的排泥也是根據給定周期來遙控或手動開啟吸泥行車來完成排泥。兩者基本上都是以時間作為運行參數。而污泥的堆積程度與許多因素有關：源水濁度的變化、絮凝效果的好壞、水體微生物的含量、水量的變化、水溫的變化甚至氣壓的高低都可能影響污泥的堆積程度。本廠在夏季天氣悶熱、氣壓低的時候就曾出現沉淀池污泥大量上浮的情況，給濾池帶來了額外負擔。據此來看，雖然庫水相對穩定，水質情況波動不會很大，但其他因素也能影響污泥的堆積程度。因此，時間不能作為自動排泥的唯一參數。如何解決這一問題，還有待進一步研究探討。
5.2 國內水廠現行的自動控制水處理技術多是建立在處理“常規”水的基礎之上。所謂“常規”，就是擯除了有機污染、重金屬污染、病毒污染、新型污染等因素。但隨著現代工業的快速發展，環境污染問題的日益突出，如何應用自動化手段來處理非“常規”水，也是我們迫切需要解決的一個問題。我們認為，水廠自動化或智能化發展，應與水處理技術根本性發展緊密聯系在一起，或者可以說為后者所內在需求。唯有如此，才能更好地進行水質保障，從而確保人體健康，也能為社會經濟的可持續發展提供可靠的服務。
6 結束語
金沙灣水廠自控系統在運行過程中克服了各種問題，現已基本達到穩定運行狀態，實現了設計和運行要求，在供水生產中發揮了應盡的作用。在今后的供水運行工作中，我們愿與各位同行一道，不斷改進與提高自動控制水平，不斷探索水處理技術，共同向現代化水廠的目標邁進。
金華市金沙灣水廠作為省重點工程，通過召投標，分二期建設。工程總設計供水量為30萬噸/天，其中一期工程供水量為15萬噸/天，已于2001年8月建成并投入運行，二期工程現正在建設當中，預計年底前主體工程可以完工。金沙灣水廠于2001年8月份建成后成為了唯一向金華市區供水的水廠。
由于金沙灣水廠自動化程度高，運行設備、儀器儀表復雜多樣，給自控系統的正常運行和穩定控制提出了很多問題，我們在解決這些問題時，有過教訓，也獲得了一些經驗。在此，對金沙灣水廠的自控系統作完整介紹，以便同行對此有新的了解。
2 供水工藝及運行方式
金沙灣水廠地處金華市西南面的山區，離城區的直線距離大約為18公里，與城區高差為七十余米，水源取自沙畈、金蘭兩個水庫。水廠利用廠區與市區的高差取消了送水泵房，采用重力流輸水，節約了電耗。
金沙灣水廠工藝：金蘭水庫 配水井 取水泵房 加藥、前加氯 折板反應池平流式沉淀池V型濾池后加氯清水池補氯 輸水管網 用戶。
其中主要設備為干式潛水泵3臺，加礬、加堿計量泵各兩組，空氣壓縮機兩臺，排泥閥60個，行車吸泥機兩臺，加氯機5臺，泄氯回收裝置一組，增壓泵3臺，反沖洗鼓風機3臺，反沖洗泵3臺，氣動閥8組。
金沙灣水廠工作人員根據總公司中心調度室的調度指令，通過設置在各個崗位的自控裝置，控制有關設備，進行取水、加藥、加氯、沖洗等一系列自動控制、調節、監視操作。
3 自控系統構成及控制原則
金華市金沙灣水廠自動控制系統的監控軟件采用美國Wonderware公司的工業組態軟件InTouch7.1作為開發平臺，可運行于Windows95/98、WindowsNT4.0、Windows2000等操作系統下。此軟件具備可視化軟件的特征：實時監測各生產流程，采集生產信息，并且下達操作人員的每個控制指令。自控系統的網絡結構由三級網絡組成：
以太網：由服務器、中控室計算機、廠長室計算機和HUB組成。主要用于生產管理，通訊率為10M波特率。以下兩層是工業實時控制網，是整個自控系統的核心。
FIPWAY網：由中控室計算機、濾池計算機、取水PLC、加藥PLC、排泥PLC、加氯PLC、濾池公共PLC、送水PLC組成。主要用于制水過程中的控制和監測。通訊率為1M波特率。
Unitelway網：由8格濾池PLC組成，掛在濾池公共PLC下，主要用于濾格的控制和監測。通訊率為19200kbps。
所有運行設備的控制層次分為三級：現場電器控制盤手動控制（最高級）、遠方計算機中控或自動控制。控制原則是：現場手動控制優先，電器設備的繼電保護由現場電器盤自行完成。
3.1 取水泵房
取水泵房的取水方式有兩種：當水庫水位達到設定水位時取水通過兩只調流閥自流，當低于設定水位時取水通過取水泵進水。
調流閥的控制方式有手動、中控和自動控制三種。自動控制時，PLC根據有關參數自動調節閥門開度，以保證清水池水位保持在最佳水位段。自動運行時需設好清水池水位、工作閥門的選擇等參數。
干式潛水泵的控制方式有手動、中控和自動控制三種。中控控制時，操作人員通過計算機鍵盤或鼠標下達的命令，來一步化開、關相應的取水泵和其出口閥門。自動控制時，PLC根據清水池的水位和設定的清水池水位上下限來自動調節，以保證清水池水位控制在最佳的水位。自動運行時需設好清水池的水位上下限、工作泵的選擇等參數。
3.2 加藥系統
金沙灣水廠加藥間現安裝有加礬系統和加堿系統，加堿系統現未啟用。加礬系統可以中控開關的設備有加礬泵、空壓機、出礬閥門，檢測的開關量有加礬泵、出礬閥、進水閥、進氣閥和空壓機的開停信號；檢測的模擬量有加礬泵的頻率、礬池液位、源水濁度及模擬斜管濁度等。
礬池與加礬設備各有兩組。加礬與礬池切換的控制方式有手動、中控、自動三種，手動的級別最高，自動和中控是在計量泵和出礬閥處于遙控方式下通過申請優先的方式取得。配礬的控制方式有手動與中控兩種。
3.3 加氯系統
加氯系統的主要設備有氣源切換部分、加氯機、漏氯報警系統等，控制前加氯、后加氯、出廠水補氯以及氣源的自動切換。采集濾后水的余氯和沉淀水的濁度值并送上位機顯示。主要控制軟件有自動加氯（雙冗余控制加氯）、氣源自動切換、漏氯報警軟件。加氯控制分為加氯機控制以及PLC控制兩種方式，兩種方式互為備用。兩種控制方式都是有條件地通過申請優先的方式取得。
3.4 濾池系統
金沙灣水廠的V型濾池共八格，整個控制系統由一個濾池公共PLC站和八個獨立的PLC站來控制。主要被控設備有：三臺鼓風機，三臺反沖洗泵，八格濾池的氣動進水、排水閘閥和氣沖、水沖、清水蝶閥以及排氣電動球閥等。每個濾格系統可獨立完成恒水位的自動控制，在公共系統的協調下完成濾池的自動反沖洗。濾格PLC與公共站PLC之間的通訊是由UNITELWAY主從通訊總線來完成的。
恒水位的控制：PLC采集濾格水位，并與設定的控制水位相比較，得出差值進行相應的PID運算后去控制清水蝶閥的開度，來調節濾格的出水量，使得濾池水位恒定在給定值附近。給定水位為1.20m，上下偏差為0.05m.。濾池在啟用過濾時，恒水位控制軟件自行投入運行。只有滿足清水池水位不低于設定水位（2.5m）；濾格反沖洗倒計時間（可調）到或水頭損失差壓達到0.15bar；鼓風機和沖洗泵處于自動控制狀態且無故障的條件時，自動反沖洗才能運行。
4 自控設備運行的體會
金沙灣水廠建成幾年來，在自控系統及設備的建設、運行、管理過程中，有收獲，也有教訓，體會很多。
4.1 在自控系統的建立過程中，要有自控維護人員參與，著重注意軟件的構成及軟、硬件配置，在配合承包商按設計要求進行軟件編程的同時，深入了解控制系統，以便投入運行后進行維護管理。事實證明，再完備的系統調試也有疏漏的地方，甚至在運行了幾年以后不會發現系統程序中的錯誤之處，更別提由于合同規定的現場工作時間限制。為了自控系統的及時、正常運行，系統、設備調試工作必須有水廠人員共同參與。
4.2 加強對運行人員和系統維護人員的培訓，這是保證系統正常運行的關鍵。金沙灣水廠的設備來自各個國家，設備、儀表種類繁多，各有特點。對于自控系統維護人員來說，決不能只關心軟件，各種設備的狀態直接影響自控設備的運行。在運行中，軟件程序一般是穩定的，而造成不可控的原因多是受控設備的問題，例如狀態信號沒反饋回來、設備控制回路故障等。所以我們要求自控系統的維護人員掌握所控設備的原理、性能、與控制系統的連接關系，以便及時、準確地判斷故障點。而加強對運行人員的培訓，既提高運行水平和巡視觀察的準確性，也提高了處理意外事故的能力。
4.3 不斷注意對軟件的后期維護工作。由于最初的軟件制作只是對自控設計的基本滿足，在運行中肯定會有工藝方式的改動，自控維護人員必須按新的需求作相應的修改，以保證運行。尤其在貫徹建設部《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》提出的“二提高三降低”（提高供水水質、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低藥耗），優化運行的過程中，更會遇到凈水工藝的調整、運行設備的改造、運行程序的修改。
5 自控運行的思考
金沙灣水廠在幾年的自控運行過程中，發現有些單元的自控的效果不甚理想，水廠的自動化也存在一定的局限性。
5.1 金沙灣水廠的反應池自動排泥是根據PLC設定的排泥周期和排泥時間來自動完成開閥、排泥計時、關閥等排泥過程。沉淀池的排泥也是根據給定周期來遙控或手動開啟吸泥行車來完成排泥。兩者基本上都是以時間作為運行參數。而污泥的堆積程度與許多因素有關：源水濁度的變化、絮凝效果的好壞、水體微生物的含量、水量的變化、水溫的變化甚至氣壓的高低都可能影響污泥的堆積程度。本廠在夏季天氣悶熱、氣壓低的時候就曾出現沉淀池污泥大量上浮的情況，給濾池帶來了額外負擔。據此來看，雖然庫水相對穩定，水質情況波動不會很大，但其他因素也能影響污泥的堆積程度。因此，時間不能作為自動排泥的唯一參數。如何解決這一問題，還有待進一步研究探討。
5.2 國內水廠現行的自動控制水處理技術多是建立在處理“常規”水的基礎之上。所謂“常規”，就是擯除了有機污染、重金屬污染、病毒污染、新型污染等因素。但隨著現代工業的快速發展，環境污染問題的日益突出，如何應用自動化手段來處理非“常規”水，也是我們迫切需要解決的一個問題。我們認為，水廠自動化或智能化發展，應與水處理技術根本性發展緊密聯系在一起，或者可以說為后者所內在需求。唯有如此，才能更好地進行水質保障，從而確保人體健康，也能為社會經濟的可持續發展提供可靠的服務。
6 結束語
金沙灣水廠自控系統在運行過程中克服了各種問題，現已基本達到穩定運行狀態，實現了設計和運行要求，在供水生產中發揮了應盡的作用。在今后的供水運行工作中，我們愿與各位同行一道，不斷改進與提高自動控制水平，不斷探索水處理技術，共同向現代化水廠的目標邁進。
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