地下水源点自动化改造项目分析与实践

摘 要 本文结合地下水分布式水源点采水车间自动化改造项目实际过程，对改造工程中的项目规划、现场施工管理、技术要点与难点进行分析与论述，重点介绍了该自动化改造项目实施过程中遇到的问题与解决办法。

关键词 自动化改造，信号干扰与接地，无线数据通讯，仪表与环境

中图分类号：TV213 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0152-02

随着中国经济持续飞速发展，城市化速度越来越快，更多的城市人口对当地的供水服务质量提出更高的要求。为加快发展，满足日益增长的供水用户需求，水源厂启动自控改造项目，将原有手动控制供水系统全面升级改造为远程自动供水系统。下文针对项目设计、现场实施、调试试运行、系统优化等各环节的技术问题与要点进行探讨。

1 概述

污水厂自控改造项目主要包括以下方面内容：

1）采集水源采集及处理工艺流程与设备控制逻辑，以车间为单元建立远程控制站点。

自控改造项目需对每个工艺流程进行全面模拟，将其进一步转化为设备控制逻辑（即PLC控制程序），在此过程中，重点考虑整个控制逻辑的严密性与稳定性，能够实现长时间、不间断的无人值守目标。

2）新建过程控制仪表，为生产部门提供精确生产数据。

原有手动系统同时存在另一个问题：生产过程数据只能依赖人工巡检获取，成本高、时效性差;并且部分数据无仪表采集，如流量、压力等。本次改造项目彻底解决生产数据缺失问题。

3）实现生产数据的精确采集与统计的SCADA系统。

备用水源点自动化改造的核心功能是采集生产数据。通过分布式站点每间隔5秒一次的采集频率，管理人员可以使用SCADA系统轻松调出时间跨度为两年范围内的任意生产数据，该功能为生产管理提供强大的数据支持。

2 地下水源点自控改造项目介绍

目前，地下水源点100余口机井，作为地表水源供应的重要补充，为保障市区供水发挥重要作用。

地下水源点最小机井供水量约为80m3/h/口，最大机井供水量约为240m3/h/口，其工艺流程如下图所示。

图1 生产流程图

地下水泵采用配电系统均为20世纪90年代产品，不具备任何远程控制功能，工作人员巡检每一个车间都必须实地进行数据采集工作，而很多偏远地区的车间往往需要在路程中花费大量时间，水源点被迫长期处于巡检员工不足的状态，因此急需对备用井进行自动及远程控制技术升级。

自控系统更新改造方案按工艺流程及工艺特点而制定，根据工艺流程配置完整的压力、流量等检测仪表。从工程实际情况及生产管理要求出发，根据设备和功能相对集中的特点，控制系统选用PLC组成的控制系统，采用集中管理、分散控制的模式，设置数据采集及监控计算机系统。整个控制系统分为三级：调度中心监视系统、监控系统、车间本地监控系统。自控系统数据通讯网络采用GPRS远程通信技术，连接现场仪表和设备的数据传输既有常规I/O方式，也有Modbus串口通讯方式。主要（大型）机械设备的控制采用现场手动控制、就地HMI控制、中央控制系统控制的三层控制模式，控制权限由高到低依次排列。并在现场PLC站配置人机界面等设备。下面是一个典型车间的控制系统网络架构图：

图2 自控系统拓扑图

项目主要内容包括：

1）自控项目总体设计。

2）GPRS远程通讯线路测试。

3）控制系统设备（PLC、HMI）的硬件和软件（编程等）的采购、安装、编程及调试。

4）SCADA系统及中央控制室计算机监控系统的平台搭建和相关硬件、软件（编程等）的采购、安装、编程及调试。

5）生产过程仪表采购、安装及调试。

6）使用部门操作员培训。

7）过程仪表及智能电表数据的上传及管理。

8）无人值守车间的安防系统。

3 创建PLC控制逻辑

主要控制过程共有两部分，第一部分是地下井源水抽取控制。工艺流程为水泵启动后，管道内水位上升，挤占原管道内气体空间造成气压增大，排气阀开始动作排出管内多余气体，当水位上升至基本填满管道空间后，排气阀停止动作，源水开始在管道内正常流动;水泵启动延时一定时间后，开启电控阀门，管道中的水进入市政管网，此时开始正常供水;同时PLC将压力表上传的数值与系统中设定压力值对比，调用专用PID控制功能块开始调节变频器输出功率，使泵的出口压力稳定于目标值。

第二部分为次氯酸钠消毒系统控制。当水泵启动后，消毒系统的电磁计量泵（注射药液）同步启动;PLC通过获取药液流量值与进水流量值，计算出当前出水的次氯酸钠浓度，将计算出数值与系统中设定浓度值对比，调用专用PID控制功能块开始调节电磁计量泵工作频率，使次氯酸钠浓度稳定于目标值。

图3 典型工艺流程PID图

远程车间的控制模式共分为现场手动、远程手动、远程自动三类：

1）现场手动。

深井地下水泵的控制选择制设在现场配电柜面板上，选择LOCAL，在现场配电柜面板上，开启或停止深井地下水泵。

2）远程手动。

在现场配电柜的控制方式选择面板上选择REMOTE，在监控软件的控制单元或在现场配电柜HMI人机界面上，选择远程手动开启或者关闭深井地下水泵。

3）远程自动。

在现场配电柜控制方式选择面板上选择REMOTE，在供水调度中心的监控计算机监控软件的控制单元上或在现场配电柜HMI人机界面上，选择远程自动。

注意：在自动模式下，泵的启动和停止由软起动器控制，控制模式如下，在不同的时间段设定不同的出口压力范围，当出口管网压力在一延时时间范围内低于压力范围的下限时，水泵自动启动运行，当出口压力在一延时时间范围内高于压力范围的上限时，水泵自动停止。压力上下限值必须是可调的，且仅能由具备调节权限的操作人员做出调整。

4 仪表的安装与调试

备用水源厂自动化改造项目中仪表配置相对简单，每个水源点车间内，包括出水流量计、出水压力计、药液液位计、药液流量计、电力仪表共5个仪表设备。但在实际安装与调试中，都必须严格按照每一类仪表的安装要求与运行特性进行施工，否则会出现各种运行不稳定的问题。

某车间构筑物空间狭小，取水管道直管段相对较短，而且当时在建设车间时，取水管道与供水管道之间由一个喇叭口形状的变径头连接。项目中配置的出水压力计就安装在变径头附近。在实际运行中发现，启动水泵后压力计读数居然小于停泵后读数，也就是说，开泵后管道压力低，停泵后管道压力高，这显然违背最基本的管道运行规则。

经过反复测试与讨论，最后发现问题出在喇叭口形状的变径头上。当大量的流体经过由大变小的管道时，受到管壁挤压从而在内部形成漩涡，致使安装于附近的压力计受到干扰测量到错误的信号，最终导致压力数值违背基本的管道运行规则。在调整了压力计的安装位置，远离喇叭口后，显示数值恢复正常。

5 结束语

从备用水源厂自动化改造项目整个实施过程看，该项目关键核心之处就在于现场控制设备的运行状态调整，以及现场仪表优化，每一个环节，每一个细节决定了整个系统的运行质量、运行效率与运行成本。通过项目实施过程中对各种问题的处理，对整个自控系统的掌握程度与分析水平也获得提升。更重要的是，获得的经验可用于其它水源点车间改造中，自动化系统会变得更加完善、稳定。

参考文献

[1]GB/T17544-98软件包质量要求和测试.

[2]GB/T5234工业控制计算机系统验收规范.

[3]GBJ131-90自动化仪表安装工程质量检验评定标准.

[4]GBJ63-90电力装置的电测量仪表装置设计规范.

[5]GBJ79-85工业企业通信接地设计规范.

[6]GB50093-2002自动化仪表工程施工及验收规范.

[7]GB50168-2006电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范.

推荐访问:源点 地下水 改造项目 自动化 实践