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摘要：随着科学技术的不断发展，自动化程度不断提高，我国自来水厂引进自动化控制系统已经成为必然的发展趋势。本文笔者在论述自来水厂的自动化网络结构的基础上，从自来水厂的自动控制；水处理中的自动检测技术；自来水厂安防监控系统的自动控制等方面对自来水厂自动化系统及设计进行了阐述。
关键词：自来水厂；自动化系统；设计；PLC
1、前言
自来水厂的自动化是近年来发展较快的项目，自来水厂的自动化程度也得到了极大的提高。本文以南京市北河口水厂项目为例做一下相关介绍，此厂作为南京市最大的自来水厂，担负着提供南京市70%的供水量，重要程度不可忽视，自动化程度也提出了高标准要求。主要利用了AB的PLC控制产品和冗余环网技术进行了自来水厂的自动化系统的设计，并收集和处理了各车间的数据，从而有效控制了自来水厂的净水系统。本文结合作者的项目经验从以下几个方面谈谈自来水厂自动化系统及设计。
2、自来水厂的自动化网络结构
自来水厂自动化系统的构成是较为复杂的，主要有三层网络构成，主要包括了设备层、采集控制层以及监控层（三层网络结构的具体构造见表1）
表1 三层网络结构的构造表
全厂采用符合ETHERNET/IP标准的100Mbps全双工交换式光纤自愈工业以太环网方式，其核心协议是控制与信息协议（Control and Information Portocol，CIP协议）。CIP协议的控制部分用以进行实时I/O数据传送和互锁；信息处理部分用以进行报文信息的交换，如对等的通讯、报警、组态、操作员站以及故障诊断等。以工业以太环网方式构建北河口水厂自控系统的总体框架，在此基础上，构建了中心控制室、源水泵房、加矾间、30系列V型滤池、新反冲洗泵房、加氯间、送水泵房7个站点。
各个PLC子站之间的主干网络采用100Mbps全双工交换式光纤环网；分站中的不同设备如PLC、现场操作终端等以工业以太网光纤交换机为中心按星型方式连接。
每个站点均安装一台PLC和一台PANELVIEW人机界面。PLC负责控制、数据采集和通讯等；PANELVIEW人机界面负责现场监控、维护和管理。
系统在中心控制室设置二台操作员站和一台工程师站，以及两台监控服务器。监控服务器安装网络版的RSVIEW SE组态软件的服务器端，负责存储运行文件和运行数据，同时通过RsSQL Server向水厂局域网发送数据，网络之间采用硬件防火墙连接，通过设置防火墙的安全策略，防止水厂局域网内未经允许的用户对自控系统网络的访问。
3、自来水厂的自动控制
根据自来水厂的处理工艺和水流顺序分别构建以下各个站点：
3.1 源水泵房控制子站
源水泵房主要的控制设备为取水泵，同时采集压力变送器、液位仪、流量仪以及源水浊度和COD等参数，为后台数据分析提供了方便。此控制子站实现了恒压供水以及能够根据后面加矾间的需要控制水的流量，做到无人值守。
3.2 加药间控制站
3.2.1 加药间监控设备
自来水厂自动控制设备中，主要控制设备是实现药剂的投加自动化和相关仪表（液位计、流量仪、变频器）构成的。故此，我们需要监控的主要设备为：加药流量计、源水浊度仪、源水流量计等[1]。
3.2.2 加药间自动化控制
自来水厂的自动加药系统是由检测仪表、PLC等组成的。本自来水厂的监测仪表为SC5200 型游动电流检测仪，用来监测投药混凝后的胶体电荷，从而判断投药量恰当与否。在混凝投药自动控制系统中，通过 PID调节器，输出4～20mADC 信号，以此来控制计量泵变频器，从而自动调节混凝剂的加入量。这样才能让沉淀池中的水浊度保持在要求值附近，达到对加药的自动化控制。
3.3 滤池、反冲洗车间的控制站
这个控制站主要用来完成滤池、反冲洗滤池两项任务。滤池一般有三种工作状态——滤池停用、正常过滤、滤池反冲洗。下面笔者主要对这三种状态下的情况进行阐释。滤池在正常工作状态下，PLC通过监控滤池水位，采用PID调节滤池出水阀门，实现水位的恒水位控制。其具体的控制方式有远程控制与就近控制。滤池反冲洗阶段包括五个过程：排水—气冲洗—气水混合冲洗—水冲洗—进水。这五部操作都有其必须注意的地方，只有注意到了这些才能更好地对自来水净化的流程实施自动监控。
3.4 送水泵房控制子站
自來水厂的送水泵房负责将过滤完成并投加氯气后的水送到千家万户。主要检测设备有清水池的水位、泵后压力、水泵相关参数（电流、电压、功率等），确保出口的压力恒定避免出现用户家里的管道爆裂或者水压不够的情况。
4、水处理中的自动检测技术
水处理中的自动检测技术，是保证供水水质和排水水质的重要手段，同时也是进一步指导水处理工艺运行的重要依据。随着科学技术的不断发展，自动化技术、机械制造技术的突飞猛进，诞生了更多的自动化检测仪表。当前，我国普遍使用的水处理自动化仪表包括了水位、压力仪表、水质测量分析仪表。检测仪表的出现是实现自来水厂自动化的前提和基础。因此，要建立更好、更完备的自来水厂自动化系统，就要首先完善仪表的功能，扩大仪表的检测范围，提高仪表的检测精密度。
5、自来水厂安防监控系统的自动控制
随着时代的不断发展，将安防控制系统加入到自动化控制系统的趋势越发的明显，因为自动化系统越来越显示出了其独特的优势。自来水厂作为一个提供给公共资源、关系人们身体健康的一个重要行业，要将其安防监控系统也纳入到自动化控制系统之中，这样才能实现更加方便、快捷的控制，更好地保证了自来水的水质与安全。
总的来说，自来水厂的自动化控制系统的实现，就能够更好的实现以下几点：
（1）随时监控进出场水质和厂内生产水质的各项指标。
（2）通过自动控制加药系统，实现了自来水水质的稳定性，更好地达到了合格的标准。
（3）自动化系统的实现，使自动控制、远程控制成为了可能，大大节省了人力，降低了工作人员的劳动强度，减少了人为的操作误差，提高了工作效率[4]。
6、结束语
综上所述，笔者认为由PLC 和冗余环网构建的控制系统，能够实现对自来水全厂设备进行控制和监视，使自来水厂供水系统的综合自动化系统成为可能。在自来水厂中设计自动化系统不仅能有效地对自来水厂进行管理，还能有效地确保水厂稳定和供水的质量，从而促进自来水厂经济效益的提高。整个方案安全可靠、经济实用，易于编程、操作及维修，为南京市的供水稳定做出了应有的贡献。
参考文献：
1、朱智滨. 自来水厂自动化系统及设计[J]-科技风2013（15）
2、李祖藏.县级自来水厂自动化控制系统的研究与实现[J]-城市建设理论研究2014（12）
3、王森.自动控制在自来水厂的应用[J]-工业控制计算机2006，19（8）
4、张杰.自来水厂的自动化控制[J]-城市建设理论研究（电子版）2013（17）
关键词：自来水厂；自动化系统；设计；PLC
1、前言
自来水厂的自动化是近年来发展较快的项目，自来水厂的自动化程度也得到了极大的提高。本文以南京市北河口水厂项目为例做一下相关介绍，此厂作为南京市最大的自来水厂，担负着提供南京市70%的供水量，重要程度不可忽视，自动化程度也提出了高标准要求。主要利用了AB的PLC控制产品和冗余环网技术进行了自来水厂的自动化系统的设计，并收集和处理了各车间的数据，从而有效控制了自来水厂的净水系统。本文结合作者的项目经验从以下几个方面谈谈自来水厂自动化系统及设计。
2、自来水厂的自动化网络结构
自来水厂自动化系统的构成是较为复杂的，主要有三层网络构成，主要包括了设备层、采集控制层以及监控层（三层网络结构的具体构造见表1）
表1 三层网络结构的构造表
全厂采用符合ETHERNET/IP标准的100Mbps全双工交换式光纤自愈工业以太环网方式，其核心协议是控制与信息协议（Control and Information Portocol，CIP协议）。CIP协议的控制部分用以进行实时I/O数据传送和互锁；信息处理部分用以进行报文信息的交换，如对等的通讯、报警、组态、操作员站以及故障诊断等。以工业以太环网方式构建北河口水厂自控系统的总体框架，在此基础上，构建了中心控制室、源水泵房、加矾间、30系列V型滤池、新反冲洗泵房、加氯间、送水泵房7个站点。
各个PLC子站之间的主干网络采用100Mbps全双工交换式光纤环网；分站中的不同设备如PLC、现场操作终端等以工业以太网光纤交换机为中心按星型方式连接。
每个站点均安装一台PLC和一台PANELVIEW人机界面。PLC负责控制、数据采集和通讯等；PANELVIEW人机界面负责现场监控、维护和管理。
系统在中心控制室设置二台操作员站和一台工程师站，以及两台监控服务器。监控服务器安装网络版的RSVIEW SE组态软件的服务器端，负责存储运行文件和运行数据，同时通过RsSQL Server向水厂局域网发送数据，网络之间采用硬件防火墙连接，通过设置防火墙的安全策略，防止水厂局域网内未经允许的用户对自控系统网络的访问。
3、自来水厂的自动控制
根据自来水厂的处理工艺和水流顺序分别构建以下各个站点：
3.1 源水泵房控制子站
源水泵房主要的控制设备为取水泵，同时采集压力变送器、液位仪、流量仪以及源水浊度和COD等参数，为后台数据分析提供了方便。此控制子站实现了恒压供水以及能够根据后面加矾间的需要控制水的流量，做到无人值守。
3.2 加药间控制站
3.2.1 加药间监控设备
自来水厂自动控制设备中，主要控制设备是实现药剂的投加自动化和相关仪表（液位计、流量仪、变频器）构成的。故此，我们需要监控的主要设备为：加药流量计、源水浊度仪、源水流量计等[1]。
3.2.2 加药间自动化控制
自来水厂的自动加药系统是由检测仪表、PLC等组成的。本自来水厂的监测仪表为SC5200 型游动电流检测仪，用来监测投药混凝后的胶体电荷，从而判断投药量恰当与否。在混凝投药自动控制系统中，通过 PID调节器，输出4～20mADC 信号，以此来控制计量泵变频器，从而自动调节混凝剂的加入量。这样才能让沉淀池中的水浊度保持在要求值附近，达到对加药的自动化控制。
3.3 滤池、反冲洗车间的控制站
这个控制站主要用来完成滤池、反冲洗滤池两项任务。滤池一般有三种工作状态——滤池停用、正常过滤、滤池反冲洗。下面笔者主要对这三种状态下的情况进行阐释。滤池在正常工作状态下，PLC通过监控滤池水位，采用PID调节滤池出水阀门，实现水位的恒水位控制。其具体的控制方式有远程控制与就近控制。滤池反冲洗阶段包括五个过程：排水—气冲洗—气水混合冲洗—水冲洗—进水。这五部操作都有其必须注意的地方，只有注意到了这些才能更好地对自来水净化的流程实施自动监控。
3.4 送水泵房控制子站
自來水厂的送水泵房负责将过滤完成并投加氯气后的水送到千家万户。主要检测设备有清水池的水位、泵后压力、水泵相关参数（电流、电压、功率等），确保出口的压力恒定避免出现用户家里的管道爆裂或者水压不够的情况。
4、水处理中的自动检测技术
水处理中的自动检测技术，是保证供水水质和排水水质的重要手段，同时也是进一步指导水处理工艺运行的重要依据。随着科学技术的不断发展，自动化技术、机械制造技术的突飞猛进，诞生了更多的自动化检测仪表。当前，我国普遍使用的水处理自动化仪表包括了水位、压力仪表、水质测量分析仪表。检测仪表的出现是实现自来水厂自动化的前提和基础。因此，要建立更好、更完备的自来水厂自动化系统，就要首先完善仪表的功能，扩大仪表的检测范围，提高仪表的检测精密度。
5、自来水厂安防监控系统的自动控制
随着时代的不断发展，将安防控制系统加入到自动化控制系统的趋势越发的明显，因为自动化系统越来越显示出了其独特的优势。自来水厂作为一个提供给公共资源、关系人们身体健康的一个重要行业，要将其安防监控系统也纳入到自动化控制系统之中，这样才能实现更加方便、快捷的控制，更好地保证了自来水的水质与安全。
总的来说，自来水厂的自动化控制系统的实现，就能够更好的实现以下几点：
（1）随时监控进出场水质和厂内生产水质的各项指标。
（2）通过自动控制加药系统，实现了自来水水质的稳定性，更好地达到了合格的标准。
（3）自动化系统的实现，使自动控制、远程控制成为了可能，大大节省了人力，降低了工作人员的劳动强度，减少了人为的操作误差，提高了工作效率[4]。
6、结束语
综上所述，笔者认为由PLC 和冗余环网构建的控制系统，能够实现对自来水全厂设备进行控制和监视，使自来水厂供水系统的综合自动化系统成为可能。在自来水厂中设计自动化系统不仅能有效地对自来水厂进行管理，还能有效地确保水厂稳定和供水的质量，从而促进自来水厂经济效益的提高。整个方案安全可靠、经济实用，易于编程、操作及维修，为南京市的供水稳定做出了应有的贡献。
参考文献：
1、朱智滨. 自来水厂自动化系统及设计[J]-科技风2013（15）
2、李祖藏.县级自来水厂自动化控制系统的研究与实现[J]-城市建设理论研究2014（12）
3、王森.自动控制在自来水厂的应用[J]-工业控制计算机2006，19（8）
4、张杰.自来水厂的自动化控制[J]-城市建设理论研究（电子版）2013（17）