0引言

北京第九水廠采用日本oecf貸款，經(jīng)過(guò)招投標(biāo)、分三期建設(shè)。1988年一期工程投產(chǎn)，1994 年二期工程投產(chǎn)，2000年三期工程投產(chǎn)運(yùn)行，現(xiàn)日供水能力150萬(wàn)m3，占北京市總供水量的6 0%，是亞洲最大的水廠之一。

由于運(yùn)行設(shè)備、儀器儀表復(fù)雜多樣，給自控系統(tǒng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定控制提出了很多題目，在解決這些問(wèn)題的過(guò)程中，我們有收獲、有教訓(xùn)。在此，對(duì)第九水廠現(xiàn)已全面穩(wěn)定運(yùn)行的自控系統(tǒng)作較完整的介紹，經(jīng)便同行對(duì)此有更新的了解。

1　供水工藝及運(yùn)行方式

北京第九水廠包括一座凈配水廠(位于清河)、一座污泥處理廠(位于清河)、兩座取水廠( 懷柔取水廠、密云取水廠)。水源取自密云水庫(kù)和懷柔水庫(kù)，經(jīng)3條dn2 200的管線輸送到凈配水廠。

(1)密云取水廠工藝：密云水庫(kù)調(diào)流閥調(diào)節(jié)流量加氯送水至清河凈配水廠。其中主要設(shè)備為dn1 600調(diào)流閥和電動(dòng)蝶閥各2臺(tái)，加氯機(jī)3套等。

(2)懷柔取水廠工藝：懷柔水庫(kù)隔網(wǎng)隔柵攔污加氯取水泵送水至清河凈配水廠。其中主要設(shè)備為兩種調(diào)速取水機(jī)組共3套，取水機(jī)組3套，液壓球閥6臺(tái)，兩種加氯機(jī)共6套。

(3)一期凈水主要工藝：配水井加藥反應(yīng)、沉演(機(jī)械加速澄清池)砂濾(虹吸)炭濾( 虹吸)加氯清水池出水泵房。其中主要設(shè)備為排泥閥60個(gè)，氣動(dòng)隔膜閥192個(gè)，(一、二期共用一個(gè)加藥加氯間和一個(gè)配水泵房)。

(4)二期凈水主要工藝：配水井加藥反應(yīng)、沉演煤濾炭濾加氯清水池出水泵房。其中主要設(shè)備為炭電動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水堰14臺(tái)，刮泥機(jī)4臺(tái)，攪拌機(jī)8臺(tái)，煤、炭濾池各24個(gè)( 采用電動(dòng)執(zhí)行裝置)，反沖風(fēng)機(jī)3套，反沖泵3套；一、二期共用一個(gè)加藥加氯間和一個(gè)配尿泵房，采用加氯機(jī)13臺(tái)，兩種加藥泵共14套，調(diào)速配水機(jī)組4套，定速配水機(jī)組2套，液壓轉(zhuǎn)芯閥5臺(tái)，加氨機(jī)6套等。

(5)三期凈水主要工藝：配水井加藥反應(yīng)、沉演煤濾炭濾加氯清水池出水泵房。其中主要設(shè)備為電動(dòng)調(diào)節(jié)堰8臺(tái)，電動(dòng)進(jìn)水堰8臺(tái)，吸泥機(jī)8魘，攪拌機(jī)10臺(tái)，煤、炭濾池各24個(gè)(采用氣動(dòng)執(zhí)行裝置)，反沖風(fēng)機(jī)3套，反沖泵3套，加藥泵6套，加氯機(jī)7套，調(diào)速配水機(jī)組2套。定速配水機(jī)組3套，液壓轉(zhuǎn)心閥5臺(tái)，加氨機(jī)5套等。

第九水廠運(yùn)行人員根據(jù)供水集團(tuán)公司中心調(diào)度室下發(fā)的調(diào)度指令，通過(guò)設(shè)置在各控制室的自控裝置，控制有關(guān)設(shè)備，進(jìn)行取水、配水、凈水等一系列的自動(dòng)控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視操作。

2　自控系統(tǒng)構(gòu)成及控制原則

北京第九水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)采用日本橫河cenrum、μ xl和cs3000系統(tǒng)；二、三期濾池控制部分采用modicon plc控制。整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的監(jiān)控量為：di4 300點(diǎn)、do1 500點(diǎn)、ai1 2 12點(diǎn)、ao210點(diǎn)、pi30點(diǎn)。本著第九水廠是一個(gè)整體的原則，一、二、三期只有一個(gè)中心調(diào)度室，集中管理、控制全廠的生產(chǎn)運(yùn)行。

所有運(yùn)行設(shè)備的控制層次分為兩級(jí)：現(xiàn)場(chǎng)電器控制盤(pán)操作(現(xiàn)場(chǎng)級(jí))、遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)監(jiān)控(中央級(jí))?？刂圃瓌t為：現(xiàn)場(chǎng)級(jí)優(yōu)先、電器設(shè)備的繼電保護(hù)由現(xiàn)場(chǎng)電器盤(pán)自行完成。

2.1密云取水廠

密云取水廠采用日本橫河μ xl系統(tǒng)，由一個(gè)操作站和兩個(gè)控制單元構(gòu)成，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)通訊管理機(jī)、電臺(tái)與凈配水廠中心控制室進(jìn)行雙向傳輸。

運(yùn)行人員根據(jù)凈配水廠中心控制室的水量要求，通過(guò)調(diào)節(jié)2臺(tái)調(diào)流閥控制取水量。夏季進(jìn)行加氯，以防輸水管道內(nèi)的藻類滋生。同時(shí)監(jiān)測(cè)原水水質(zhì)，并與密云水局進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

圖1　凈配水廠監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.2懷柔取水廠

懷柔取水廠采用日本橫河cs3000系統(tǒng)，由一個(gè)工程師操作站、一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站和4個(gè)ri/o 組成，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)通過(guò)通訊管理機(jī)、電臺(tái)與凈配水廠中心控制室進(jìn)行雙向傳輸。

運(yùn)行人員根據(jù)凈配水廠中心控制室的水量要求，通過(guò)啟/停取水泵(3調(diào)3定)控制取水量。夏季進(jìn)行加氯，以防輸水管道內(nèi)的藻類滋生。同時(shí)監(jiān)測(cè)原水水質(zhì)，并與懷柔水利局進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3凈配水廠

整個(gè)凈配水廠有操作監(jiān)視站21個(gè)、控制站18個(gè)、遠(yuǎn)程i/o(ri/o)10個(gè)，通過(guò)hf總線、v net 、 e net網(wǎng)連接在一起，各監(jiān)控站均可互相監(jiān)視、互相控制(由于運(yùn)行的安全可靠要求，采用分組方式進(jìn)行監(jiān)控限制)。凈配水廠監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

2.3.1預(yù)處理

凈配水廠預(yù)處理設(shè)備基本采用crt手動(dòng)控制方式，運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行要求在監(jiān)控站處對(duì)調(diào)節(jié)堰、進(jìn)水堰、攪拌機(jī)、刮泥機(jī)等進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)監(jiān)視原水水質(zhì)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

2.3.2加氯和加藥

加氯控制采用按水量比例投加，人工設(shè)定加氯率，計(jì)算機(jī)控制加氯機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)，隨時(shí)監(jiān)視各處余氯值，以判定加氯量是否合適。

根據(jù)加藥池狀態(tài)自動(dòng)進(jìn)行輸、配藥控制，加藥量采用比例投加方式，通過(guò)調(diào)整加藥計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速、沖程實(shí)現(xiàn)。監(jiān)視有關(guān)濁度參數(shù)，以確定加藥量是否合適。

2.3.3濾池

二、三期濾池為均質(zhì)濾料微膨脹氣水反沖濾池，采用modicon plc控制，通過(guò)modbus總線接口與橫河空制系統(tǒng)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

二、三期濾池各有24個(gè)煤濾池、24個(gè)炭濾池，第個(gè)煤濾池有6個(gè)閘、閥(進(jìn)水閘、出水閥、進(jìn)氣閥、排氣閥、反沖進(jìn)水閥、排水閘)，每個(gè)炭濾池有4個(gè)閘、閥(進(jìn)水閘、出水閥、反沖進(jìn)水閥、排水閘)；二期濾池閘閥使用linitoq電動(dòng)執(zhí)行裝置，三期濾池閘閥使用keystone氣動(dòng)執(zhí)行裝置；煤濾池、炭濾池均為恒水位運(yùn)行，煤濾池濾程為48小時(shí)，炭濾池濾程為6天。

濾池控制系統(tǒng)所控設(shè)備有閘閥的電動(dòng)(氣動(dòng))執(zhí)行裝置、反沖風(fēng)機(jī)、反沖泵及相關(guān)儀表(液位、水頭損失、濁度、余氯、水量等)，二期、三期濾池監(jiān)控點(diǎn)數(shù)各1600點(diǎn)左右；濾池控制方式采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和中央自動(dòng)控制。

modicon plc模塊安裝于現(xiàn)場(chǎng)控制柜中，柜面上裝有現(xiàn)場(chǎng)顯示控制器；每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制柜負(fù)責(zé)2個(gè)濾池的控制；plc模塊采用modicon120系列。

濾池控制室內(nèi)設(shè)有2套modicon800系列plc，以雙機(jī)熱備方式工作，800系列ri/o負(fù)責(zé)濾池運(yùn)行公共設(shè)施(風(fēng)機(jī)、水泵)的控制及單個(gè)濾池么沖排隊(duì)、數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整等。

二期濾池plc編程軟件使用美國(guó)taylor,三期濾池plc編程軟件使用modsoft,人機(jī)接口軟件使用fix。

2.3.4回流設(shè)備

回流設(shè)備運(yùn)行采用crt手動(dòng)控制方式，根據(jù)均勻回流的原則，監(jiān)視回流池液位，人工控制定速、調(diào)速回流泵的運(yùn)行。

2.3.5配水泵

配水泵的控制聽(tīng)從中心調(diào)度室的命令。中心調(diào)度室根據(jù)集團(tuán)公司中調(diào)的水量要求，下達(dá)定速、調(diào)速配水泵的組合指令，以調(diào)速泵運(yùn)行為主。配水泵的啟/停一步化過(guò)程由自控系統(tǒng)完成，也右用crt手動(dòng)操作。

2.4污泥處理廠

污泥處理廠采用日本橫河μ xl系統(tǒng)，由一個(gè)操作站和三個(gè)控制單元構(gòu)成，通過(guò)門(mén)電路單元與橫河hf總線連接。

板框壓濾機(jī)采用plc控制，自成系統(tǒng)，其運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)上位處理機(jī)送μ xl系統(tǒng)。排泥池、提升泵房、濃縮池、脫水機(jī)房設(shè)備、儀表狀態(tài)均由操作站crt手動(dòng)操作、監(jiān)視。

3　自控系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)的一些體會(huì)

十幾年來(lái)，北京第九水廠的自控系統(tǒng)在建設(shè)、運(yùn)行、改造、管理的過(guò)程中，有收獲、有教訓(xùn)，體會(huì)很多。

(1)在招投標(biāo)過(guò)程中，要有自控系統(tǒng)人員參與，著重注意招標(biāo)的設(shè)備要求和投標(biāo)的設(shè)備提交是否能滿足工藝對(duì)自控功能的要求，及時(shí)修正那些不能提供控制功能的設(shè)備及電器盤(pán)柜，避免造成與自控系統(tǒng)銜接不上的問(wèn)題。在九廠工程中，我們?cè)谶@方面進(jìn)行了大量的工作，包括修改遠(yuǎn)方/現(xiàn)場(chǎng)無(wú)擾動(dòng)切換、控制保持等等。

(2)在自控系統(tǒng)建立的過(guò)程中，要有自控維護(hù)人員參與，著重注意系統(tǒng)的構(gòu)成及軟、硬件配置，在配合承包商按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行軟件編程的同時(shí)，深入了解控制系統(tǒng)，以便進(jìn)行投運(yùn)后的維護(hù)管理。事實(shí)證明，再完備的系統(tǒng)調(diào)試也有遺漏的地方，甚至在運(yùn)行了幾年以后不會(huì)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)程序中的錯(cuò)誤之處，更別提由于合同規(guī)定的現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)間的限制，一些外商根本來(lái)不及將程序一一測(cè)試。為了自控系統(tǒng)的及時(shí)、正常運(yùn)行，很多調(diào)試工作就由我們來(lái)完成。

(3)不能盲目追求系統(tǒng)的完美、設(shè)備控制上的萬(wàn)一，而應(yīng)根據(jù)工藝運(yùn)行的特點(diǎn)進(jìn)行自控系統(tǒng)構(gòu)建。從供水集團(tuán)公司對(duì)第九水廠一、二、三期工程自控系統(tǒng)構(gòu)建要求的變化，就可看到這個(gè)棄繁從簡(jiǎn)的過(guò)程。一期控制系統(tǒng)的控制層次有：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、現(xiàn)場(chǎng)電器控制盤(pán)、綜合盤(pán)、自控系統(tǒng)控制柜，運(yùn)行人員在設(shè)備處、現(xiàn)場(chǎng)電器盤(pán)、綜合盤(pán)、計(jì)算機(jī)等處均可操作，實(shí)際運(yùn)行中有些地方的操作基本不用，而無(wú)形中卻增加了許多故障點(diǎn)，造成許多不必要的問(wèn)題。二期控制系統(tǒng)就減少了控制層次，只有二級(jí)：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(或現(xiàn)場(chǎng)電器盤(pán))、計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)明顯簡(jiǎn)化，維護(hù)量明顯減少。三期控制系統(tǒng)吸收了二期的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提出簡(jiǎn)單、實(shí)用、安全、可靠的指導(dǎo)思想，減少了費(fèi)用，滿足了運(yùn)行要求，利于系統(tǒng)的維護(hù)和完全善。以前為了一個(gè)萬(wàn)一，要從工藝管道、系統(tǒng)軟件等各方面做大量的設(shè)置更改，造成工藝控制系統(tǒng)的繁雜；現(xiàn)在我們對(duì)于這樣的情況均退到計(jì)算機(jī)手動(dòng)狀態(tài)，由運(yùn)行人員進(jìn)處理，待正常后再投入自動(dòng)運(yùn)行，一切清晰明了，反而提高了運(yùn)行效率。

(4)不能盲目追求儀表的精度、產(chǎn)地和種類。要根據(jù)本廠所處理原水的特點(diǎn)，定出所需儀表類型和精度。對(duì)于關(guān)鍵性的監(jiān)控設(shè)備和儀表，必須采用穩(wěn)定可靠的監(jiān)控設(shè)備，例如進(jìn)、出水流量計(jì)等，而對(duì)一般監(jiān)測(cè)儀表則不必強(qiáng)求精度或進(jìn)口。二期工程中，我廠也購(gòu)置了美國(guó)chem trac公司的流動(dòng)電流儀，準(zhǔn)備用于加藥控制，但實(shí)際應(yīng)用效果卻不理想。經(jīng)過(guò)分析測(cè)試發(fā)現(xiàn)，我廠水源屬于低溫低濁，且一年中溫度、濁度變化不大。經(jīng)過(guò)加藥處理后，繁花形成不大，游動(dòng)電荷的形成也很小，因此使得流動(dòng)電流儀。的監(jiān)測(cè)誤差較大，不易據(jù)此對(duì)加藥量進(jìn)行穩(wěn)定控制調(diào)節(jié)，而采用流量比例投加即可由到預(yù)期的效果。如果將流動(dòng)電流儀用于高溫高濁，且水質(zhì)變化較大的水處理廠，可能會(huì)取得理想的效果。另外，在一、二期工程時(shí)，我廠均采用德國(guó)e+h的流量計(jì)，三期工程時(shí)，通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)開(kāi)封儀表廠的e-mag流量計(jì)性能已有很大改進(jìn)，質(zhì)量也很穩(wěn)定，就全部采用了開(kāi)封流量計(jì)，經(jīng)過(guò)兩年來(lái)的運(yùn)行，效果不錯(cuò)。

(5)建設(shè)部頒布的《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》主要指導(dǎo)思想就是：促進(jìn)供水事業(yè)，縮短與國(guó)內(nèi)外的差距，確保安全優(yōu)質(zhì)供水，努力降低成本。但技術(shù)進(jìn)步絕不是以購(gòu)置了多少先進(jìn)技術(shù)設(shè)備、儀表為標(biāo)準(zhǔn)的，應(yīng)主要看其是否發(fā)揮了先進(jìn)的作用，是否促進(jìn)了供水運(yùn)行，是否降低了成本，是否提高了經(jīng)濟(jì)效益。為此必須加強(qiáng)對(duì)進(jìn)口設(shè)備、儀表的消化吸收工作，重視進(jìn)口設(shè)備關(guān)鍵部件的國(guó)產(chǎn)化問(wèn)題，完善文檔資料，規(guī)范維修過(guò)程，以減少故障時(shí)間，保證安全運(yùn)行。

(6)加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員和系統(tǒng)維護(hù)人員的培訓(xùn)，這是保證系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。九廠的設(shè)備來(lái)自各個(gè)國(guó)家，設(shè)備、儀表種類繁多，各有特點(diǎn)。對(duì)于自控系統(tǒng)維護(hù)人員來(lái)講，決不能只關(guān)心軟件，各種設(shè)備的狀態(tài)直接影響自控系統(tǒng)的運(yùn)行。在運(yùn)行中，軟件程序一般是穩(wěn)定的，而造成不可控的原因多數(shù)據(jù)是受控設(shè)備的問(wèn)題，例如狀態(tài)信號(hào)沒(méi)反饋回來(lái)、設(shè)備控制回路故障等。所以我們要求自控系統(tǒng)的維護(hù)人員掌握所控設(shè)備的原理、性能、與控制系統(tǒng)的連接關(guān)系，以便及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷故障點(diǎn)。而加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn)，既提高運(yùn)行水平和巡視觀察的準(zhǔn)確性，也提高了處理意外事故的能力。

(7)不斷注意對(duì)軟件的后期維護(hù)工作。由于最初的軟件制作只是對(duì)自控設(shè)計(jì)的基本滿足，在運(yùn)行中肯定會(huì)有工藝行方式的改動(dòng)，自控維護(hù)人員必須按新的需求作相應(yīng)的修改，以保證運(yùn)行。尤其在貫徹建設(shè)部《城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃》提出的二提高三降低 (即提高供水水質(zhì)、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低藥耗)，優(yōu)化運(yùn)行的過(guò)程中，更會(huì)遇到凈水工藝的調(diào)整、運(yùn)行設(shè)備的改造、運(yùn)行程序的修改。

4　結(jié)束語(yǔ)

北京第九水廠自控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中克服了各種各樣的問(wèn)題，現(xiàn)已達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求，在供水生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。

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