摘要：目前，自動化控制系統(tǒng)在全國各水廠應(yīng)用較為廣泛，本篇主要描述了分布式控制系統(tǒng)(DCS)在水廠濾池的應(yīng)用，并通過對控制系統(tǒng)的深入改造，使水廠濾池運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，達(dá)到濾池全自動控制的要求。
　　　　
　　1、工藝概況
　　
　　玉清水廠是濟(jì)南供水集團(tuán)新建的一座現(xiàn)代化地表水廠，由上海市政設(shè)計院設(shè)計，日供水能力40萬噸，于2001年7月投產(chǎn)運(yùn)行，目前擔(dān)負(fù)著濟(jì)南市1/3的供水任務(wù)。水廠的原水取自玉清湖水庫，水廠采用混凝、沉淀、過濾、消毒等常規(guī)工藝處理。水廠的配電、自控、儀表、機(jī)組、閥門等均采用進(jìn)口設(shè)備，工作性能穩(wěn)定，可靠性較高。
　　
　　水廠工藝流程如下：　　
　　原水通過渾水配水井后進(jìn)入4座平流沉淀池，經(jīng)136分鐘的絮凝、沉淀后，進(jìn)入2組(每組包括10格)V型濾池進(jìn)行過濾，濾后水經(jīng)加氯消毒后，進(jìn)入清水池，之后經(jīng)輸水泵房進(jìn)入市區(qū)管網(wǎng)。水廠濾池采用V型均質(zhì)濾料濾池，濾料厚度1.2米，采用恒水位等速過濾，運(yùn)行水位1.3米，設(shè)計控制調(diào)節(jié)幅度0.05米。過濾周期為48小時。反沖洗系統(tǒng)設(shè)計兩臺75千瓦反沖水泵和兩臺132千瓦鼓風(fēng)機(jī)，反沖時*行氣沖3-4分鐘，氣沖強(qiáng)度為15升/秒•平方米，再經(jīng)過氣水混沖，約10-15分鐘，zui后單水沖3-4分鐘，強(qiáng)度為4.2升/秒•平方米，同時加入渾水表面掃洗，強(qiáng)度為2.2升/秒•平方米。濾池閥門均采用氣動閥門，反沖洗系統(tǒng)采用電動閥門，動作可靠，調(diào)節(jié)方便，使用效果較好。
　　
　　2、濾池控制系統(tǒng)介紹
　　
　　為了更好地實(shí)現(xiàn)對水廠濾池的自動控制，設(shè)計中采用了ABB的DCS控制系統(tǒng)，并由ABB公司專業(yè)人員設(shè)計施工。濾池控制系統(tǒng)上位圖形軟件采用澳大利亞CIT公司的Citect系統(tǒng)。該系統(tǒng)是專業(yè)軟件，能夠提供更加方便的人機(jī)界面。在濾池控制系統(tǒng)中，采用2臺微機(jī)分別控制2組濾池，兩臺微機(jī)可相互調(diào)用、修改各類控制參數(shù)。水廠各控制子站通過以太網(wǎng)互相通訊，在中心控制室配置兩臺服務(wù)器，調(diào)度人員可通過服務(wù)器對全廠設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控。操作人員對各工序設(shè)備可根據(jù)生產(chǎn)需要選擇控制方式和修改控制參數(shù)。
　　
　　每格濾池均配置一臺單獨(dú)的控制器和通訊模塊，每一個現(xiàn)場參數(shù)配相應(yīng)的控制模塊，并支持熱插拔。如果某一模塊損壞，可直接進(jìn)行更換，并不影響其它濾格的運(yùn)行，使得其維護(hù)更為簡便。此類型控制模塊能夠以50毫秒的周期及時掃描數(shù)據(jù)，控制器單獨(dú)運(yùn)算，保證了控制系統(tǒng)的及時性要求。水位控制采用PID自動調(diào)節(jié)。因?yàn)闉V池水位控制中，水位的變化較為滯后，普通控制方式會使清水閥門動作變化較大，使單格濾池濾后水量變化頻繁，從而影響濾后水水質(zhì)，因此采用PID控制方式較好地解決了這類問題。工程人員可靈活調(diào)節(jié)PID的參數(shù)，以適應(yīng)清水閥門長期使用后閥門控制器參數(shù)的變化，從而保證了濾池恒水位等速過濾的要求。濾池運(yùn)行中可人工選擇手動控制或由控制器進(jìn)行自動控制，并可對過濾時間進(jìn)行累計，運(yùn)行周期和水頭損失由微機(jī)顯示，反沖過程參數(shù)可由操作人員進(jìn)行修改。
　　
　　濾池自動反沖過程是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，玉清水廠的濾池反沖系統(tǒng)控制配置有6臺控制器，分別控制反沖系統(tǒng)的12臺閥門、2臺水泵和2臺鼓風(fēng)機(jī)。各濾池的控制器通過MODBUS總線與反沖洗控制器通信鏈接。各濾池根據(jù)其設(shè)定的過濾周期和水頭損失等參數(shù)向反沖系統(tǒng)發(fā)出反沖申請，由反沖系統(tǒng)對各濾池的申請進(jìn)行排隊，以判斷其反沖順序，并判斷反沖系統(tǒng)是否完好，污泥池水位是否允許反沖等條件，然后發(fā)出相應(yīng)的反沖指令。濾池接到反沖指令后進(jìn)入自動反沖狀態(tài)。首先關(guān)閉進(jìn)水閥門，之后加強(qiáng)過濾使水位降低到排水位置，打開排水閥門后開啟氣沖閥門，然后開啟一臺鼓風(fēng)機(jī)，按照設(shè)定時間進(jìn)行氣沖，同時微機(jī)顯示本格濾池的狀態(tài)和反沖時間。3-4分鐘后，開啟一臺反沖水泵，進(jìn)入氣水混沖狀態(tài)。10-15分鐘后，停鼓風(fēng)機(jī)，之后關(guān)閉濾池氣沖閥門，并開啟進(jìn)水閥門，濾池進(jìn)入單水沖和渾水清掃狀態(tài)。3-4分鐘后，濾池關(guān)閉水沖閥門，之后停反沖水泵，并開啟排氣閥門進(jìn)行排氣，1分鐘后濾池關(guān)閉排水閥門和排氣閥門，開始下一過濾周期。
　　
　　本廠濾池程序控制步序原理如下：　　
　　3、遇到的問題
　　
　　在整個反沖過程中，反沖系統(tǒng)都將連續(xù)反復(fù)掃描整個反沖系統(tǒng)設(shè)備和濾池各閥門狀態(tài)。由于水廠配備的鼓風(fēng)機(jī)不允許閉閥運(yùn)行，如果反沖洗過程中氣沖閥門出現(xiàn)任何故障都將導(dǎo)致設(shè)備問題，甚至損壞，因此該軟件設(shè)計中包括部分保護(hù)功能。反沖洗過程當(dāng)中每一步首先判斷各閥門狀態(tài)，出現(xiàn)任何設(shè)備或信號故障，反沖系統(tǒng)將首先停止運(yùn)行，以防止出現(xiàn)更大的系統(tǒng)故障。同時，反沖中的濾池將根據(jù)故障現(xiàn)象分別進(jìn)入停止或運(yùn)行狀態(tài)，微機(jī)將顯示故障設(shè)備，通知操作人員進(jìn)行人工處理。但是，當(dāng)反沖洗開始以后，如果閥門出現(xiàn)故障或現(xiàn)場操作臺突發(fā)故障，則本程序無法及時處理，這將導(dǎo)致嚴(yán)重的設(shè)備問題，水廠曾多次發(fā)生過鼓風(fēng)機(jī)氣罐爆裂等現(xiàn)象。
　　
　　原先濾池水位調(diào)節(jié)采用人工調(diào)節(jié)方式，水位變化幅度較大。人工調(diào)節(jié)屬非連續(xù)性調(diào)節(jié)，濾后水流量變化較大，直接造成濾后水濁度在0.4-1.0NTU之間變化，從而影響了水廠的水質(zhì)。同時，因?yàn)闉V池清水閥控制器長期使用后，其參數(shù)也會發(fā)生相應(yīng)改變，給人工調(diào)節(jié)造成困難。
　　
　　4、解決方法及效果
　　
　　針對反沖中出現(xiàn)意外設(shè)備故障問題，經(jīng)過我們多次論證和研究，決定修改濾池的DCS控制系統(tǒng)軟件。在每格濾池反沖洗過程當(dāng)中，每一步都增加了對濾池閥門的狀態(tài)連續(xù)監(jiān)測，反復(fù)掃描其狀態(tài)是否符合要求，當(dāng)反沖中的濾池閥門發(fā)生意外故障或控制臺發(fā)生故障時，由控制器首先向反沖洗系統(tǒng)發(fā)出故障信號，反沖洗系統(tǒng)控制器則首先停止反沖過程，將所開機(jī)組停止運(yùn)行，濾池控制器則發(fā)出故障指示，并將本格濾池退出運(yùn)行，交由人工處理。程序經(jīng)過修改后，使濾池運(yùn)行的安全性得到大幅度提高。自動反沖系統(tǒng)投入運(yùn)行的當(dāng)月，發(fā)生一次因?yàn)V池照明線路意外故障造成濾池操作臺突然停電，此時反沖洗正在進(jìn)行。在以往，需人工停止反沖系統(tǒng)，往往因不能及時發(fā)現(xiàn)問題而造成設(shè)備損壞。這次由于控制器首先發(fā)出了故障指令，自動停止了反沖過程。經(jīng)檢查，設(shè)備沒有造成任何損壞，故障修復(fù)后濾池立即投入運(yùn)行，保證了水廠生產(chǎn)的安全性。
　　
　　針對水位自動調(diào)節(jié)的方式，水廠采用了可靈活調(diào)節(jié)參數(shù)的PID控制方式，如果清水閥門控制器參數(shù)發(fā)生變化，只需在微機(jī)中由工程人員反復(fù)修訂控制參數(shù)，zui終使其自動修正閥門參數(shù)的變化，從而保證了濾池恒水位的自動調(diào)節(jié)。經(jīng)優(yōu)化后使用，現(xiàn)在水廠濾池*達(dá)到自動運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行中水位的變化小于0.02米，出水濁度小于0.3NTU，*符合生產(chǎn)要求，部分性能優(yōu)于原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　5、結(jié)束語
　　
　　隨著供水事業(yè)的快速發(fā)展，自控技術(shù)在水廠中的應(yīng)用越來越廣泛。DCS系統(tǒng)雖然能夠滿足水廠的自控要求，但是每個水廠都應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際情況，制定出符合生產(chǎn)需求的控制方案。自動化的應(yīng)用不但能大大降低水廠職工的勞動強(qiáng)度，保證出水水質(zhì)，同時也能提高水廠運(yùn)行的安全性，避免意外故障對設(shè)備造成損壞。