李 妍，蔣金明，孔 超，王 玥，楊 程，姚 潔

（中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300074）

1 寧東基地南湖中水廠項目工程概況

該供水工程方案是以小南湖水為水源，建設(shè)取水泵站（取水近期規(guī)模5×104m3/d），通過原水管線輸至中水廠，在中水廠內(nèi)經(jīng)過臭氧氧化、混凝沉淀過濾常規(guī)處理及超濾反滲透深度處理達(dá)到電廠回用水的要求后（出水近期規(guī)模3×104m3/d），再通過泵站和配水管網(wǎng)輸配至各家用水單位，出水水質(zhì)執(zhí)行GB 50050—2007工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范，再生水直接作為間冷開式系統(tǒng)補充水水質(zhì)指標(biāo)。

中水廠處理工藝采用臭氧氧化+常規(guī)反應(yīng)絮凝過濾+超濾（UF） +反滲透（RO）。

2 自動控制系統(tǒng)

根據(jù)水廠的供水規(guī)模和生產(chǎn)工藝要求，以及生產(chǎn)構(gòu)筑物的分布情況，寧東基地南湖中水廠生產(chǎn)自動控制系統(tǒng)，采用集中監(jiān)控管理，分散控制和就地控制相結(jié)合的分布式智能監(jiān)測、控制方式。主要包括3大層次，生產(chǎn)管理層、監(jiān)控管理層和過程控制層。

2.1 生產(chǎn)管理層

生產(chǎn)管理層設(shè)置在綜合樓內(nèi)，由1臺管理型交換機和4臺管理型監(jiān)控站組成，分別設(shè)置在廠長室、總工程師室、生產(chǎn)管理部門、化驗室，對全廠運行情況進(jìn)行集中管理和下達(dá)指令等。

2.2 監(jiān)控管理層

監(jiān)控管理層即水廠中心控制室設(shè)置在綜合樓內(nèi)。由操作站2臺，雙機熱備（其中一臺作監(jiān)控機，另一臺作為監(jiān)控備用機，兼作管理機用）、數(shù)據(jù)服務(wù)器1臺、打印機、模擬屏、投影儀、網(wǎng)絡(luò)交換機、工程師鍵盤、操作員鍵盤、不間斷電源等組成。

本系統(tǒng)所配置的硬件和軟件具有數(shù)據(jù)采集、圖形功能、控制功能、報警功能、安全操作、動態(tài)顯示、數(shù)據(jù)管理、自動生成生產(chǎn)報表和自診斷功能。

中央監(jiān)控站2臺操作站可以分擔(dān)不同的功能，雙機熱備，具有靈活的運行方式。

2.3 過程控制層

該層為自控系統(tǒng)的核心部分，它由設(shè)置在各工藝環(huán)節(jié)的PLC現(xiàn)場控制單元、各工藝環(huán)節(jié)的檢測儀表及被控制執(zhí)行元件等組成。自動控制原理：在各PLC現(xiàn)場控制站設(shè)置操作顯示系統(tǒng)。PLC控制站可根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，檢測點儀表提供的參數(shù)等信息，進(jìn)行就地編程、修改和在線診斷等。根據(jù)設(shè)定好的程序，通過環(huán)形以太網(wǎng)與中央監(jiān)控系統(tǒng)連接，既可實現(xiàn)就地控制，也可完成中央控制。同時所有的控制均可實現(xiàn)現(xiàn)場控制，以便設(shè)備檢修及測試。

各PLC控制站的設(shè)置：①PLC1控制站設(shè)置在臭氧發(fā)生間配電室，負(fù)責(zé)臭氧發(fā)生間、臭氧接觸池、格柵間的設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集；②PLC2控制站設(shè)置在加藥間控制室，負(fù)責(zé)加藥間的設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集；③PLC3控制站設(shè)置在反沖洗設(shè)備間控制室，負(fù)責(zé)反沖洗設(shè)備間、水處理設(shè)施間參數(shù)采集及設(shè)備控制。具有每個濾池反沖洗排隊功能，并根據(jù)工藝要求對其進(jìn)行控制。該站下掛6個（PLC3-1～PLC3-6） 就地控制站，分別設(shè)置在各濾池，用于濾池的反沖洗程序控制；④PLC4控制站設(shè)置在變配電間，負(fù)責(zé)變配電間參數(shù)采集及設(shè)備控制；⑤PLC5控制站設(shè)置在脫水機房控制室，負(fù)責(zé)脫水機房、污泥投配泵房、污泥濃縮池、排泥調(diào)節(jié)池、廢液調(diào)節(jié)池、廢液排放泵房等設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集；⑥PLC6控制站設(shè)置在送水泵房控制室，負(fù)責(zé)送水泵房設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集；⑦PLC7控制站設(shè)置在取水泵站控制室，負(fù)責(zé)取水泵站設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集；⑧UF-RO系統(tǒng)間自帶PLC控制站，負(fù)責(zé)UF-RO系統(tǒng)間設(shè)備控制和數(shù)據(jù)采集。

寧東基地南湖中水廠計算機控制系統(tǒng)見圖1。

圖1 寧東基地南湖中水廠計算機控制系統(tǒng)

3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由現(xiàn)場控制站、就地控制站組成的分布式控制層，采用現(xiàn)場總線方式；由中控室監(jiān)控管理站、現(xiàn)場控制站組成的人機界面監(jiān)控層，采用環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)方式（通訊速率100 Mb/s）。

采用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能很好地解決不同制造商設(shè)備之間的通信。在變電站低壓配電室設(shè)RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口，對10 kV、0.4 kV進(jìn)出線的電壓、電流、功率因數(shù)等模擬量采集，對低壓配電的電壓、電流、耗電量等模擬量的采集。對所有開關(guān)柜、主變壓器、操作機構(gòu)的狀態(tài)量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。所有數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)總線連接。

整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，人機界面好；同時便于擴容。

4 設(shè)計難點

根據(jù)小南湖水質(zhì)特征，為滿足本系統(tǒng)產(chǎn)水水質(zhì)要求，必須要進(jìn)行脫鹽處理。反滲透技術(shù)是當(dāng)今世界公認(rèn)的最為先進(jìn)、有效的的脫鹽方式。反滲透膜是一種高分子材料，是反滲透技術(shù)的核心。為保證反滲透膜長期穩(wěn)定安全運行，生產(chǎn)廠商都規(guī)定了膜元件使用時的控制參數(shù)：操作壓力、進(jìn)水流量、進(jìn)水溫度、進(jìn)水pH范圍、進(jìn)水濁度、進(jìn)水SDI、進(jìn)水余氯、濃縮水與透過水量的比值和壓力損失等，這些都是需要重點監(jiān)測的關(guān)鍵數(shù)據(jù)指標(biāo)，運行時必須將反滲透裝置的實際工況嚴(yán)格控制在上述參數(shù)的允許范圍。因此在此處必須選用高精度、高可靠性、低維護(hù)率的優(yōu)質(zhì)儀表，比如HACH、E+H等品牌。

難溶性鹽和膠體顆粒是造成膜污染的主要物質(zhì)。膜被污染后，主要表現(xiàn)為產(chǎn)水量降低，膜系統(tǒng)壓差增大，有時也會影響脫鹽率。給水和其產(chǎn)生的濃水在膜表面的橫向流速越高，膜的受污染程度就越低。因此設(shè)定最小濃水流量用來保護(hù)膜組件中的末端反滲透元件，同時每套反滲透裝置各設(shè)置3個流量檢測點：前2個設(shè)置在產(chǎn)水處，對每一段淡水流量的變換進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化換算；后一個設(shè)置在排放濃水處，以便在運行中監(jiān)督和控制濃水排放量。如此一來，可以計算各段的進(jìn)水流量和回收率，換算出來的參數(shù)同時作為系統(tǒng)中各藥劑投加裝置自動投加量控制的依據(jù)。

防止膜污染的另一個關(guān)鍵是進(jìn)水殺菌處理。含有微生物和有機物的水進(jìn)入反滲透膜組件后，會在膜表面發(fā)生濃縮，造成膜的生物污染，嚴(yán)重時可導(dǎo)致膜元件變形，水通量下降。本工程前處理工藝采用加氯方式消毒滅菌，因此控制反滲透膜組件的進(jìn)水余氯含量，就成為延長膜的使用壽命，保證裝置穩(wěn)定連續(xù)運行的又一個關(guān)鍵。因此在反沖洗泵房設(shè)置余氯檢測點，安裝在線式余氯檢測儀。檢測儀傳感器安裝在反滲透提升泵的出水取樣管上，余氯檢測參數(shù)以4～20 mA標(biāo)準(zhǔn)信號形式上傳至自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)指示、記錄、越限報警功能，并控制前處理工段的氯液投加量。

5 處理效果和結(jié)論

系統(tǒng)建成后經(jīng)3個月調(diào)試，對工程出水進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測出水主要水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到理想效果，其中溶解性總固體≤1 000 mg/L，BOD≤5 mg/L，COD≤30 mg/L。

寧東小南湖中水廠采用了先進(jìn)的PLC控制技術(shù)、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、先進(jìn)的傳感器技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、數(shù)字圖像監(jiān)控技術(shù)，建立了設(shè)備運行的自動化系統(tǒng)、運行參數(shù)的實時監(jiān)控系統(tǒng)、成品水出廠的質(zhì)量保證系統(tǒng)、運行現(xiàn)場圖像的實時監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)了設(shè)備運行、報表生成、運行分析、成本核算等自動化，實現(xiàn)了中水廠運行管理的高度自動化。該控制方案體現(xiàn)了功能和風(fēng)險的分散化、管理及通訊的集中化、網(wǎng)絡(luò)化的特點。運行管理靈活方便、投資省，同時系統(tǒng)擴展也尤為方便。

［1］HG/T 20509—2014儀表供電設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

［2］HG/T 20507—2014自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

［3］HG/T 20512—2014儀表配管、配線設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

［4］HG/T 20513—2014儀表系統(tǒng)接地設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

［5］HG/T 20508—2014控制室設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

［6］HG/T 20511—2014信號報警及聯(lián)鎖系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

［7］HG/T 20700—2014可編程序控制器系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2014.

［8］GB 50093—2013自動化儀表工程施工及質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.北京：中國計劃出版社，2013.