净水厂方案

郑州市新材料产业园供水项目自动控制方案

一、工艺流程

工艺流程如图一所示：由一级泵房、加氯间、鼓风机房、絮凝

沉淀池、滤池、清水池和二级泵房等组成。水源首先经过一级泵房（或取水泵房）至净水厂，经过前消毒后进入絮凝沉淀池；经过絮凝——沉淀后进入滤池；滤池是水厂中的重要部分，用于过滤水中悬浮物，在过滤的过程中要实现滤池恒水位调节、滤池反冲洗（气冲——水冲——气水混合冲）等功能，至清水池，经后消毒后由二级泵房送至城市管网。

图一自来水厂工艺流程图

二、控制系统设计 2.1 概述

净水厂由一级泵房、加氯间、鼓风机房、絮凝沉淀池、滤池、

清水池和二级泵房等组成。水源首先经过一级泵房（或取水泵房）至净水厂，经过前消毒后进入絮凝沉淀池；经过絮凝—沉淀后进入滤池。滤池是水厂中的重要部分，用于过滤水中悬浮物，在过滤的过程中要实现滤池恒水位调节、滤池反冲洗（气冲——水冲——

气水

混合冲）等功能，至清水池，经后消毒后由二级泵房送至城市管网。

在净水厂中采用以和利时公司LK可编程控制器（PLC）为主的

自动化控制系统，实现净水厂的生产控制、运行操作、监视管理，系统不仅有可靠的硬件设备，还有功能强大，运行可靠，界面友好的系统软件、应用软件、编程软件和控制软件。运行和维护费用低，操作方便。

2.2 自动化控制系统设计

为了保证净水厂工程控制过程的安全可靠和生产的连续性，提高自动化水平，采用以和利时公司LK系列PLC为主的集中和分散相结合的自动化控制系统，主要用于净水厂的生产控制、运行操作、监视管理。整个系统由1个中央监控站、2个现场控制站（PLC1~PLC2）、10个PLC分站（PLC3-1~PLC3-10）和设备自带PLC（加氯、加药、反应沉淀池、微机综合保后台）组成。中央监控站由两台中央监控计算机（互为备用）、服务器、报表打印机、事故报警打印机、模拟屏（或则大屏幕背透系统）、GPRS DTU和不间断电源(UPS)组成。现场控制站采用LK系列可编程控制器，对工艺系统各过程进行分散控制，分别设于变电所值班室（PLC1）、反冲洗操作间（PLC2）。10个PLC分站（PLC3-1~PLC3-10）采用和利时LE系列PLC，分别位于10个取水井泵站,与中央控制室监控计算机之间采用GPRS通讯网络进行数据通讯。工艺设备厂家配套PLC分别位于相应的工艺车间。中控室监控计算机与交换机、集线器（HUB）或路由器和各个PLC分站构成100Mbsp工业以太网。全厂通讯骨干网络系统采用星形拓扑网络结构，光纤网，

分布式实时关系数据库，自适应10/100Mbps传输速率。主干网为光纤环网，控制站下一级为链型分支。

图二净水厂网络配置图

如图二所示：中央控制室（操作站、工程师站）与分控站（PLC）之间采用工业以太网，网络为光纤环网，控制站≥40

台，通讯波特

率为100Mbps，两个光纤链路模块之间的通讯使用多模光纤，最长距离可达3000米。取水泵站（深水井）与中央控制室监控计算机之间采用GPRS通讯网络进行数据通讯。变电站监控系统随10KV电气设备提供，通过MODBUS协议将变电站监控系统连接到自控系统中。

2.3 工艺控制策略

一级泵房

采集取水电动机、电动蝶阀及现场仪表的状态信号及数据信号并对以上设备发送控制信号，通过预装PID调节程序自动调节电动机运行频率和电动调节蝶阀的开度。

加药加氯间

采集现场设备和仪表的状态信号和数据信号，并对其发送控制信号，通过自动控制程序实现加氯和加药设备的自动运行控制。

沉淀池

根据排泥周期自动进行排泥操作。排泥周期与排泥阀排泥时间通过操作站可修改设定。 滤池

滤池是水厂中的重要部分，用于过滤水中悬浮物，在过滤的过程中要实现滤池恒水位调节、滤池反冲洗（气冲——水冲——气水混合冲）等功能。

滤池过滤过程的恒水位调节

根据水位设定值对滤池出水阀开度进行调节，保持滤池恒水位运行。

滤池反冲洗控制

滤池的反冲洗由一台公用的PLC来控制。当达到反冲洗条件时，滤池提出反冲洗请求，PLC根据滤池的优先顺序，组成一个请求反冲洗队列。滤池反冲洗的控制条件主要是设定时间和滤池液位

二级泵房

主要实现的功能有采集现场设备和仪表的运行状态和数据信号，并根据用户实际的用水情况，通过预装PID调节程序自动调节电动机运行频率，达到恒压供水的目的。

2.4系统功能

◆ 采集工艺过程数据、设备运行状态，自动调节生产数据、控制工艺设备运行

◆ 上位机显示总工艺流程图、分段工艺流程图、供电系统图、工艺参数、电气设备运行状态等

◆ 根据采集到的信息，自动建立数据库，保存工艺参数，电气设备运行状态、报警数据、故障数据，并自动生成工艺参数的趋势曲线。管理人员通过对工艺曲线进行分析、研究，进一步改进工艺运行方案，提高生产效率

◆ 按生产管理要求打印年、月 、日、班运行报表，报警报表，故障报表及工艺流程图(彩色硬拷贝)。实时报警打印和故障打印 ◆ 通过工业以太网与分控制站的现场控制系统进行通信，计算机系统可在线诊断各类故障

三、控制系统特点

PLC控制系统作为整个自控系统的核心部分，具有以下特点。 （1）高性能

系统组件的设计符合真正的工业等级，控制系统能在严格的工业环境下长期、稳定地运行，尽可能降低控制系统故障风险，确保水厂7×24小时的不间断供水服务。

LK系列PLC配置了工业级的处理器，其主频可以达到533MHz，同时具有纳秒级的处理速度，单条指令最快可以达到13ns的处理速度；具有大容量的内存，程序容量可以达到16M，数据容量可以达到64M，而掉电保持数据的存储则可以达到1M；还拥有非常大的系统I/O容量，数字量I/O可达57344点，模拟量I/O则可达3584点；LK系列PLC的定时器和计数器是超长不限点的，只要在程序容量允许的范围内用户可以随意使用。 （2）高可靠性

PLC控制站一般设于高电磁干扰环境，如提升泵房、鼓风机房等。 LK系列PLC的控制系统具有较强的电磁兼容性，系统采用各种隔离、抗干扰设计，保证系统能在强电磁干扰环境中稳定运行；还具有通讯事故时的输出保持或输出预置功能，并且采用低功耗无风扇的设计结构。

（3）易用性和易维护性

PLC控制系统一经安装完毕，控制系统便可进入自动运行状态。 在自动运行过程中需要PLC控制系统在不影响整个系统运行的情况

下进行模块的更换及系统维护。LK系列PLC的模块支持带电插拔，更换模块时无需中断系统运行，新模块将会自动进行数据的初始化设置，并快速与CPU建立通信；背板上设计有防混淆，以避免插错模块；灵活的SD存储卡，可进行工程恢复及备份复制，使系统维护更加方便、快捷。

（4）开放性和兼容性

基于标准协议的通讯网络可非常方便地将第三方设备接入，如加药系统、加氯系统及泥沙脱水系统等，允许大量过程反馈信息传输，支持设备参数访问功能，可提高系统的性能与诊断能力。 强大的扩展功能可为远期扩容、升级改造预留接口及容量。 （5）过程诊断和在线维护

提供的强大诊断功能，能够方便、高效访问相关信息，发现导致故障的根本原因以及需要修正的过程参数等，以便提前发现生产过程中存在的问题，可以避免设备意外停机，从而降低运营成本。

四、系统主要配置清单

五、方案说明

1．目前方案根据设计院图纸采用和利时PLC和上位机组态软件，可以根据业主需求变更为其他牌子例如西门子，AB等一线品牌。元件变更不影响此方案的控制网络架构

2．深水井取水泵站，共10个。此方案采用GPRS通讯与中控室进行数据。受制予网络运行商信号覆盖强度（信号弱可加信号增强器解决），且产生后期数据流量费用。如果深水井距离中控室2000米之内，建议采用以太网通讯。以太网通讯前期施工费用较高，后期基本免维护。 3.控制室采用模拟屏，若业主同意可更换为DLP投影仪。能达到同样效果，且成本较低

六、已做工程上位机监控画面摘录