陈江

摘要：本文以某自来水厂为例，介绍了一种用以太网作为控制网络的自来水厂自动监控系统的结构、特点及其在实际中的应用。

关键词：以太网 自来水厂 自动监控系统

Abstract: this article with a tap water factory as an example, this paper introduces a kind of control network with Ethernet as tap water factory to be automatic monitoring system structure, characteristics and its application in practice.

Keywords: Ethernet waterworks automatic monitoring system

中图分类号：U672.7+4 文献标识码：A 文章编号：

前言

本论文所介绍的自来水厂自动监控系统采用多主站加多从站、分布式结构，控制点分布在水厂内不同的位置，采用就近控制原则，能够较好地满足自来水厂的自动化监控要求。

1自来水厂工艺流程

本文所介绍的某自来水厂的产量为70万立方/日，主要生产环节有：取水泵站、生物预处理系统、常规处理系统、清水池、送水泵站、污泥处理系统。

取水泵站共有5台泵组，其中3台1250kW，2台500kW。

生物预处理系统由生物滤池、鼓风机房、反冲洗泵房组成，其中生物滤池由20格滤池组成，鼓风机房有4台240kW的离心鼓风机，反冲洗泵房有3台55kW的反冲洗泵，相关配水管道、反冲洗水管和气管用气动阀门控制。

常规处理系统由投加系统、混合槽、进水渠、絮凝沉淀池、V型滤池组成，其中投加系统主要投加氯、氨、矾、石灰乳等（其主要设备有加氯机、加氨机、计量泵、管道泵等），絮凝沉淀池是絮凝斜管沉淀池（其主要设备有刮泥机、螺杆泵、排泥阀等），V型滤池由38格滤池和一个反冲洗泵房组成，反冲洗泵房有3台110kW的反冲洗泵和3台110kW的罗茨风机，相关配水管道、反冲洗水管和气管用气动阀门控制。

送水泵站有11台泵组，功率均为900kW。

污泥处理系统由浓缩池、储泥池和脱水机房组成，用于对絮凝沉淀池产生的泥水进行脱水处理。

另外，水厂还有调度系统和110kV电站，负责整个水厂的生产调度和电源供给。

自来水厂的工艺流程图如图一所示：

控制网络

自来水厂自动监控系统各主要设备均可就地控制或远程控制。本系统采用分散控制与集中控制相结合的方式，各工艺功能单元采用单台独立小型PLC控制，并设一台中型PLC负责系统主控及分散小设备的控制。本系统控制层主网络选用EtherNet/IP网络符合ODVA开放标准，速率为100Mbps，支持实时I/O消息传递，也支持消息交换。EtherNet/IP网络主干线路的拓扑结构采用先进的光纤环网结构，光纤介质可避免雷电影响，环状结构实现了通讯链路冗余，当主光纤线路故障时，可在30毫秒内切换到备用链路，保障了自控系统通讯的可靠性。

自来水厂自动监控系统控制网络的结构如图二所示：

本自动监控系统主环网有7个主站，分別为：取水泵站、生物预处理系统、投加系统、絮凝沉淀池及V型滤池、电站及送水泵站、调度系统、污泥处理系统。各主站（除了调度系统外）的主控PLC读取各自系统内部的数据信息，并把这些数据信息通过系统主环网传送到调度的HMI服务器，同时读取HMI服务器上关于其它主站的系统信息。调度工作站除了通过HMI服务器读取关于其它主站的系统信息外，还可通过发送调度指令给其它各主站来控制整个水厂的生产流程。各主站均设置工作站，装有上位监控软件，实现上位监控。

取水泵站主控PLC主要负责整个取水泵站的运行管理，采用A-B公司的ControlLogix，它通过以太网与下层取水泵组PLC连接，它除了通过发送指令给取水泵组PLC来实现对整个泵站所有泵组的开停控制外，它还直接控制取水泵站的管网电动阀门、格栅清污机、泵站坑底泵等设备，通过各种自动化仪表来读取泵站的取水量、原水水质、取水头部水位、配电系统参数、泵站各种设备的状态等各种数据信息，并通过系统主环网与主环网上其它主站通讯。取水泵组PLC采用A-B公司的MicroLogix 1100（每台泵组一套，共5套），它主要负责控制取水泵组的开停，具体控制的设备有：取水泵组高压开关柜的真空开关、进出水电动阀门、出水液压止回阀、泵顶排空电磁阀门、真空泵。取水泵组PLC除了要读取以上控制设备的状态信息外，还要读取泵组进出水压力数据和泵顶浮球开关状态信息，并把这些数据信息传送给取水泵站主控PLC。当取水泵组PLC接收取水泵站主控PLC或现场泵组控制柜的泵组开关信号时，它通过控制它所负责控制的设备来实现取水泵组开停的控制。

生物预处理系统主控PLC主要负责整个生物预处理系统的运行管理，采用A-B公司的ControlLogix，它除了通过发送指令给生物滤池PLC和离心鼓风机房PLC来实现对生物滤池和离心鼓风机的控制外，它还直接控制生物预处理系统的反冲洗泵、各种管道阀门、空气压缩机等设备，通过各种自动化仪表来读取滤池进出水水质、配电系统参数、系统各种设备的状态等各种数据信息，并通过系统主环网与主环网上其它主站通讯。生物滤池PLC采用A-B公司的MicroLogix 1100，它通过控制各种配水管道、反冲洗管道、曝气管道的阀门等设备，来控制每格生物滤池的反冲洗流程和曝气量。离心鼓风机房PLC采用A-B公司的CompactLogix，它主要用来控制离心鼓风机的开停和通过控制变频器的频率来控制风量。生物预处理系统主控PLC根据原水水质和生物滤池出水水质数据来发送指令给生物滤池PLC和离心鼓风机房PLC以及直接控制反冲洗泵房设备，控制每格滤池的反冲洗频率、强度以及曝气量，使得生物预处理系统出水的氨氮等主要水质指标达到标准。生物预处理系统控制网络的结构如图三所示：

投加系统主控PLC主要负责整个投加系统的运行管理，采用A-B公司的ControlLogix，它通过以太网与下层投氯、投氨、投矾和投石灰乳这4个子系统的PLC连接，它根据取水量通过发送指令给这4个子系统的PLC来控制各种药物的投加量，读取各种投加设备的状态信息，并通过系统主环网与主环网上其它主站通讯。投氯、投氨、投矾和投石灰乳这4个子系统的PLC采用A-B公司的MicroLogix 1100，投氯PLC控制10台投氯机，投氨PLC控制5台投氨机，投矾PLC控制12台投矾计量泵，投石灰乳PLC控制3台投石灰乳管道泵。

絮凝沉淀池及V型滤池主控PLC负责絮凝沉淀池及V型滤池的运行管理，采用A-B公司的ControlLogix，它除了发送指令给排泥阀PLC、刮泥机PLC、螺杆泵PLC、反冲洗泵房PLC和V型滤池PLC外，它还通过各种自动化仪表来读取待滤水及滤后水水质、配电系统参数、系统各种设备的状态等各种数据信息，并通过系统主环网与主环网上其它主站通讯。排泥阀PLC采用A-B公司的MicroLogix 1100，刮泥机PLC采用A-B公司的MicroLogix 1400，螺杆泵PLC采用A-B公司的CompactLogix，这些PLC通过控制排泥阀、刮泥机、螺杆泵等设备，来完成把絮凝沉淀池的污泥输送到污泥处理系统的功能。反冲洗泵房PLC采用A-B公司的CompactLogix，它负责控制反冲洗离心泵和罗茨风机以及相关的气动阀门。V型滤池PLC采用A-B公司的MicroLogix 1100，它通过读取滤池水位信号，控制各种配水管道、反冲洗管道的阀门等设备，来控制每格生物滤池的反冲洗流程和实现恒水位滤水。絮凝沉淀池及V型滤池主控PLC根据待滤水及滤后水水质数据来发送指令给V型滤池PLC和反冲洗泵房PLC，控制每格滤池的反冲洗频率、强度和滤池水位，使得V型滤池出水的水质指标达到标准。絮凝沉淀池及V型滤池控制网络的结构如图四所示：

送水泵站主控PLC主要负责整个送水泵站的运行管理，采用A-B公司的ControlLogix，它通过以太网与下层送水泵组PLC连接，它除了通过发送指令给送水泵组PLC来实现对整个泵站所有泵组的开停控制外，它还直接控制送水泵站的管网电动阀门、泵站坑底泵等设备，通过各种自动化仪表来读取出厂水量、出厂水质、配电系统参数、泵站各种设备的状态等各种数据信息，并通过系统主环网与主环网上其它主站通讯。送水泵组PLC采用A-B公司的MicroLogix 1100（每台泵组一套，共11套），它所控制的设备和控制模式和取水泵组类似。

电站主控PLC主要负责整个110kV电站的运行管理，采用A-B公司的CompactLogix，它除了控制各种高低压配电设备外，它还读取配电系统参数、各种配电设备的状态等各种数据信息，并通过系统主环网与主环网上其它主站通讯。

由于送水泵站和110kV电站的控制信息量较少，且地理位置靠近，所以共用一个环网主站。

污泥处理系统主控PLC主要负责整个污泥处理系统的运行管理，采用A-B公司的ControlLogix，它通过以太网与下层浓缩池PLC和储泥池PLC连接，它除了通过发送指令给浓缩池PLC和储泥池PLC外，它还直接控制脱水机房的设备（如脱水机等），通过各种自动化仪表来读取配电系统参数、各种设备的状态等各种数据信息，并通过系统主环网与主环网上其它主站通讯。浓缩池PLC和储泥池PLC采用A-B公司的MicroLogix 1100，负责控制各自系统里面的设备。

水厂办公网通过路由器接入调度系统交换机，与系统主环网通讯，路由器用于隔离办公网及系统主环网并提供硬件防火墙，保证生产流程控制的安全可靠性。

结语

本文设计的自来水厂自动监控系统已成功地应用于某市水厂。经实践检验，系统达到设计要求，运行效果良好，自动化程度高，而且可靠性高，故障率低，得到一致好评。

参考文献

罗克维尔公司.ControlLogix系统概述

罗克维尔公司.CompactLogix系统概述

罗克维尔公司.MicroLogix系统概述

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。