簡述GE系統(tǒng)在水廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文簡介了PLC自動(dòng)化技術(shù)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用。文中結(jié)合GE系列PLC在沈陽水務(wù)集團(tuán)八水廠自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)例來分析PLC在安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的重要作用。

關(guān)鍵詞：IFIX5.0? 水處理? 自動(dòng)化? PLC? 工業(yè)以太網(wǎng)? GE

前言：

沈陽水務(wù)集團(tuán)有限公司八水廠是沈陽市最大的地表水處理廠，日供水量45萬噸，水廠92年建成，當(dāng)時(shí)引進(jìn)了80年代較為先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備——法國施耐德Schneider公司的TE系列PLC產(chǎn)品組成水廠分布式控制系統(tǒng)，由于水廠自控設(shè)備連續(xù)20多年的滿負(fù)荷運(yùn)行，許多設(shè)備出現(xiàn)了老化、無備件更換等問題，為保證水廠的自控系統(tǒng)能夠正常工作，滿足水處理工藝的需求，2012年水廠開始對(duì)自控系統(tǒng)進(jìn)行全面改造。

自動(dòng)化整個(gè)系統(tǒng)以中央控制室為中心，組成三個(gè)工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)無線通訊網(wǎng)絡(luò)，使得管理人員可在第一時(shí)間實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，提高設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性，為整個(gè)水廠的安全、可靠運(yùn)行提供了保證。可編程控制器PLC以其具有數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、聯(lián)網(wǎng)通訊等多種功能的優(yōu)勢(shì)在整個(gè)控制系統(tǒng)中占有重要的地位，在控制層次中起到了承上啟下的樞紐作用。此系統(tǒng)的控制思路在現(xiàn)在的水處理過程控制中仍然是主流，此系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行保證了水廠二十年的滿負(fù)荷運(yùn)行和較高的產(chǎn)出，水質(zhì)達(dá)到并且超過國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，水量也基本接近設(shè)計(jì)能力，為我們城市的供水事業(yè)做出了貢獻(xiàn)。

自動(dòng)化設(shè)備的選型與依據(jù)

水廠水處理工藝自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)遵循“集中管理，分散控制，數(shù)據(jù)共享”的原則，設(shè)計(jì)選型要先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，并能保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定高效地運(yùn)行。

自控系統(tǒng)的基本構(gòu)成

水廠自動(dòng)化系統(tǒng)由兩臺(tái)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)和一臺(tái)數(shù)據(jù)庫管理計(jì)算機(jī)、一臺(tái)工程師計(jì)算機(jī)構(gòu)成的中央控制站、十個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站及22個(gè)分站組成。中控室通過以太網(wǎng)與各plc主站連接通訊。十個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)觸摸屏各一臺(tái)，用于現(xiàn)場(chǎng)操作和動(dòng)態(tài)顯示工藝參數(shù)和設(shè)備工況。各現(xiàn)場(chǎng)控制站及分站與中央控制室通過環(huán)型光纖進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)連接，組成了一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)的集管理、監(jiān)測(cè)、控制一體化的生產(chǎn)系統(tǒng)。

一、中央控制室監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

監(jiān)控管理系統(tǒng)采用二臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與全球最領(lǐng)先的HMI/SCADA自動(dòng)化監(jiān)控組態(tài)軟件——美國GE公司的IFIX5.0實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成的平臺(tái)。該平臺(tái)分為2個(gè)操作員站和1個(gè)工程師站，安裝在中央控制室，用IFIX5.0實(shí)時(shí)監(jiān)控組態(tài)軟件編制的監(jiān)控程序能夠完成整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)組態(tài)、工藝參數(shù)的在線修改和設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中各設(shè)備及各種儀表的運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)參數(shù)的采集，使全廠整個(gè)生產(chǎn)情況能夠在顯示器上實(shí)時(shí)地顯示出來，還能實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢及調(diào)用、系統(tǒng)狀態(tài)診斷等功能，同時(shí)也具備系統(tǒng)報(bào)警顯示查詢、生成數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)報(bào)表及打印等功能，不僅使調(diào)度指揮人員能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行觀察和操作，還能迅速了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況，并及時(shí)作出正確決策。

二、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成

自動(dòng)化整個(gè)控制系統(tǒng)采用雙路多模光纖構(gòu)建的工業(yè)以太網(wǎng)，由以太網(wǎng)和無線網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)組成。采用工業(yè)級(jí)智能交換機(jī)連接新型plc，通過環(huán)型以太網(wǎng)與各控制站PLC連接通訊，通過無線網(wǎng)和遠(yuǎn)程小井PLC連接通訊。以太網(wǎng)既是監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)，也是管理層網(wǎng)絡(luò)，主要由網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、以太網(wǎng)卡、PLC以太網(wǎng)通訊模塊等組成。這樣中控室和各控制站就實(shí)現(xiàn)了基于Tcp/Ip通訊協(xié)議進(jìn)行100Mbps的高速數(shù)據(jù)通訊。

采用以太網(wǎng)及TCP/IP技術(shù)，上位PC機(jī)之間與各現(xiàn)場(chǎng)PLC站之間相連進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，現(xiàn)場(chǎng)PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制器、現(xiàn)場(chǎng)PLC與現(xiàn)場(chǎng)I/O之間，可大大提高信息傳輸?shù)目煽啃约翱焖傩裕瓜到y(tǒng)工作更加快捷、安全可靠。同時(shí)有利于系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)、技術(shù)更新升級(jí)以及系統(tǒng)功能的進(jìn)一步開發(fā)。因?yàn)槿_(tái)電腦是分別從以太網(wǎng)上采集數(shù)據(jù)，同時(shí)又直接從現(xiàn)場(chǎng)PLC取數(shù)據(jù)，縮短了采集時(shí)間，若一臺(tái)PC電腦出現(xiàn)故障，不會(huì)影響到其它計(jì)算機(jī)的正常運(yùn)行。同時(shí)增設(shè)的工程師站監(jiān)控電腦可保證維修人員第一時(shí)間了解設(shè)備的故障情況，并可在線查詢故障原因和現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)。

三、分站PLC控制系統(tǒng)

各分站控制系統(tǒng)采用了GE公司Rx3i系列和versamax系列plc作為控制單元。并在重要分站配置了冗余的雙機(jī)熱備，提高控制系統(tǒng)可用性和安全性，為用戶提供更加穩(wěn)定的、安全的控制系統(tǒng)，減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。采用Rx3i系列與versamax系列plc配合搭建的控制系統(tǒng)具有模塊化、可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并可根據(jù)不同的性能需求來靈活配置功能多樣的控制系統(tǒng)，各分站控制系統(tǒng)配置均包括電源模塊、CPU處理器模塊、機(jī)架、以太網(wǎng)通訊處理模塊及模擬和數(shù)字輸入/輸出模塊等.

四、穩(wěn)壓井：

穩(wěn)壓井是我們水廠水處理過程的第一道程序，該P(yáng)LC采用了GE公司Rx3i系列作為主控PLC，采用冗余的熱機(jī)雙備;負(fù)責(zé)采集進(jìn)廠水流量、濁度、pH值、水溫以及穩(wěn)壓井水池水位、四個(gè)管路的加藥量等參數(shù)，增加1臺(tái)觸摸屏，作為操作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面。

五、沉淀池：

采用RX3i作為主控PLC，重新裝配現(xiàn)場(chǎng)控制箱，沉淀池PLC與光纖交換機(jī)之間采用雙層屏蔽的雙絞線連接，沉淀池PLC控制站負(fù)責(zé)水處理中的沉淀工藝，主要控制空壓機(jī)和排泥閥，增加現(xiàn)場(chǎng)復(fù)位和排泥時(shí)間設(shè)定、增加儲(chǔ)氣罐的壓力顯示、同時(shí)檢測(cè)沉后的PH值、濁度、氣路壓力等參數(shù)。新增1臺(tái)顯示與控制終端-觸摸屏，作為操作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面。

六、綜合泵房：

采用RX3i系列作為主控PLC，重新裝配現(xiàn)場(chǎng)控制箱，回收和排污系統(tǒng)所在的綜合泵房PLC與光纖交換機(jī)之間采用雙層屏蔽的雙絞線連接，在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開?；厥账玫那疤嵯滦略隽俗詣?dòng)開停污水泵的功能，增加1臺(tái)顯示與控制終端-觸摸屏，作為操作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面。

七、加藥間：

加藥間PLC采用了GE公司Rx3i系列作為主控PLC，采用冗余的熱機(jī)雙備;加藥間PLC分站負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)及管理加藥工藝及設(shè)備。主要監(jiān)控加藥池液位、自動(dòng)配藥、自動(dòng)加藥的處理過程。新增1臺(tái)觸摸屏，作為操作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面。

八、加氯間：

加氯PLC控制站負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)及管理加氯工藝及設(shè)備。該分站采用的是GE公司Rx3i系列作為主控PLC，配了冗余的熱機(jī)雙備;主要負(fù)責(zé)氯瓶切換，加氯機(jī)控制，蒸發(fā)器控制。更換1臺(tái)觸摸屏，作為操作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面。

九、濾池：

濾池采用RX3i系列 PLC做為公共沖洗的PLC，使用versamax PLC做為單體濾池的現(xiàn)場(chǎng)控制PLC，更換原有的CD01-CD20 PLC，共計(jì)二十臺(tái)，在原來的EB11控制柜內(nèi)增加S7-226 PLC做為濾池沖洗設(shè)備的控制和選組的PLC。整個(gè)濾池24臺(tái)PLC構(gòu)成2個(gè)二級(jí)的現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)。

更換1臺(tái)觸摸屏，作為操作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面。

每個(gè)濾池的過濾及運(yùn)行程序由單體濾池現(xiàn)場(chǎng)控制PLC （新CD01-CD20）來完成，沖洗時(shí)由單體濾池現(xiàn)場(chǎng)控制PLC和公共沖洗PLC協(xié)作完成。它們之間采用集中管理、分散控制的方式，公共沖洗PLC與現(xiàn)場(chǎng)控制PLC從功能上互為后備，即正常情況下沖洗由公共沖洗PLC控制和排隊(duì);當(dāng)公共沖洗PLC出現(xiàn)故障時(shí)，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)控制PLC仍能進(jìn)行正常的濾池沖洗運(yùn)行，這樣使系統(tǒng)達(dá)到更安全、風(fēng)險(xiǎn)分散，同時(shí)沖洗設(shè)備控制PLC拋棄了原有的繼電器控制系統(tǒng)，保證沖洗水泵，鼓風(fēng)機(jī)的合理運(yùn)行，使濾池的控制系統(tǒng)電纜連接更為減少，使維護(hù)更為方便。濾池公共沖洗PLC與單體濾池現(xiàn)場(chǎng)PLC之間采用雙絞線網(wǎng)絡(luò)方式，確保PLC間的網(wǎng)絡(luò)通訊，每個(gè)PLC新增觸摸屏，作為操作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面。

公共沖洗控制和選組PLC，主要檢測(cè)反沖洗水泵電流、開停狀態(tài)、故障、手/自動(dòng);鼓風(fēng)機(jī)電流、開停狀態(tài)、故障、手/自動(dòng);沖洗水池水位及低水位報(bào)警，I/II系濾池在沖洗等信息。接收來至公共沖洗PLC和單體濾池現(xiàn)場(chǎng)PLC的沖洗請(qǐng)求，進(jìn)行反沖洗水泵選組啟動(dòng)切換，鼓風(fēng)機(jī)選組啟動(dòng)切換和整個(gè)沖洗設(shè)備控制，保護(hù)沖洗設(shè)備故障停車。通過以太網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)每個(gè)濾池的故障狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)與濾池1/II系公共沖洗PLC和沖洗控制PLC的MODBUS通訊。

十、清水泵房：

清水泵房采用GE公司Rx3i系列作為主控PLC，配了冗余的熱機(jī)雙備;清水泵房PLC主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)機(jī)組的運(yùn)行狀況，監(jiān)測(cè)高壓盤的運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)測(cè)直流屏的運(yùn)行情況，同時(shí)檢測(cè)Ⅱ系濾后水的PH值、濁度、余氯，老廠水余氯，四座清水池液位，出廠三個(gè)干線水流量、管路壓力等參數(shù)。更換一臺(tái)觸摸屏，作為操作人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的人機(jī)界面。

結(jié)束語

我廠的自控系統(tǒng)是保障優(yōu)質(zhì)供水、提高設(shè)備的運(yùn)行效率有很大幫助，降低供水的能耗及物耗，也是實(shí)現(xiàn)國內(nèi)水廠生產(chǎn)、管理現(xiàn)代化的必要途徑。此系統(tǒng)集生產(chǎn)過程、監(jiān)控和管理于一體，提高了管理效率，達(dá)到提高自來水質(zhì)量、降低制水成本的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曉春 《GE RX3i控制器在凈水廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用》 智慧工廠

[2]萬細(xì)陽《iFIX組態(tài)軟件在水廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用》 自動(dòng)化與儀表

[3]張宏 《基于iFIX的水廠信息集成系統(tǒng)》 自動(dòng)化與信息工程

[4]徐海斌 尹燕妮 《基于iFIX的后加氯自動(dòng)控制系統(tǒng)在城北水廠的應(yīng)用》 城鎮(zhèn)供水

作者簡介：戚金輝（1982-），男，工程師，現(xiàn)就職于沈陽水務(wù)集團(tuán)有限公司八水廠，郵編：110000。