（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司能源與環(huán)境部，河北唐山 063200）

引言

生活水處理系統(tǒng)是把水庫來水處理為合格生活用水的一套裝置，主要經(jīng)過原水提升泵，自清洗過濾器，高密度一體化澄清設備，多層濾料過濾器，成品水箱及成品水泵將成品水供入生活水管網(wǎng)。生活水處理系統(tǒng)設計連續(xù)出水量為300 m3/h，滿足廠區(qū)內(nèi)多個站所5000 多人的生活用水需求。該系統(tǒng)為公司正常運行的生活供水重要供給源，它的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

但是該套系統(tǒng)從一開始施工設計時就存在了很多缺陷和隱患，生活水處理控制系統(tǒng)采用的PLC是西門子200，由于沒有擴展功能，輸入輸出通道受限，導致現(xiàn)場部分儀表數(shù)據(jù)不能上傳，控制邏輯簡單無法滿足生產(chǎn)需要，與電氣配電及變頻器裝在同一柜內(nèi)，易受強電流干擾，造成控制系統(tǒng)故障頻繁和模塊損壞的現(xiàn)象。該系統(tǒng)的頻繁故障無法保證生活水的穩(wěn)定供應，對廠區(qū)內(nèi)的生活生產(chǎn)造成很大影響。為了保證公司的生活用水供應，生活水處理系統(tǒng)的自動化技術(shù)改造迫在眉睫。

1 現(xiàn)場設備及控制原理

原水泵：原水提升泵兩臺，將原水增壓送至生活水處理系統(tǒng)，一用一備，自動運行條件下一臺泵故障時自動啟動另一臺泵，根據(jù)成品水箱液位控制泵的啟停，液位低于1.5 m 時啟動泵，高于2.8 m 時停泵。

自清洗過濾器：單臺最大處理水量150 m3/h，過濾精度200 μm。用于原水的初步過濾，根據(jù)差壓開關(guān)自動啟停。

一體化澄清設備：設備含有3個獨立處理單元，每個處理單元的處理能力為100 m3/h，3 個處理單元并聯(lián)。

多層濾料過濾器：根據(jù)機械過濾原理，采用雙層濾料，高效去除原水固體微粒，膠體。濾層吸附飽和后，可通過反洗濾料，恢復其過濾功能。本系統(tǒng)設置4 臺過濾器，填充濾料：無煙煤（0.8～1.2 mm），石英砂（0.5～1.2 mm），額定流量為75 m3/h·臺，反洗流量為240～260 m3/h。

加藥設備：加藥計量泵6臺，用于向水處理系統(tǒng)中加入調(diào)節(jié)水質(zhì)所需藥劑。

反洗裝置：反洗水泵兩臺一用一備，用于對多濾料過濾器進行反洗，根據(jù)水質(zhì)設定反洗周期。

成品水泵：系統(tǒng)設置3 臺成品泵，配備變頻器1臺，根據(jù)送出水壓力設定值和變頻器頻率決定啟停泵的數(shù)量和運行模式。新啟泵以變頻模式運行，原運行泵轉(zhuǎn)為工頻運行。成品水泵的運行和控制保障管網(wǎng)供水壓力的穩(wěn)定。

2 工藝流程

原水經(jīng)提升泵進入自清洗過濾器，然后進入高密度澄清一體化設備并加藥，再進入多層濾料過濾器，最后進入成品水箱，由成品水泵送入生活水管網(wǎng)。出水口設置濁度分析儀和二氧化氯分析儀，檢測出水濁度和余氯，確保產(chǎn)水合格。工藝流程如圖1所示。

圖1 生活水處理工藝流程圖

此系統(tǒng)主要是對原水泵和成品水泵進行自動控制，控制邏輯說明如下。

（1）原水泵控制邏輯說明

原水泵在“遠程”狀態(tài)，上位選擇為“自動”，當前原水泵無“故障”狀態(tài)下，默認啟動1#原水泵。當水箱液位低于1.5 m（可根據(jù)生產(chǎn)情況設定低液位值）時啟泵；當液位高于2.8 m 時停泵。當前運行原水泵為故障時，另一臺原水泵在“遠程”、“自動”狀態(tài)自啟。當前運行原水泵由“遠程”轉(zhuǎn)為“就地”時，另一臺原水泵在“遠程”、“自動”狀態(tài)自啟。當前運行原水泵運行時間達到30 天時，另一臺原水泵在“遠程”、“自動”狀態(tài)自啟。

（2）成品泵自動加減泵控制邏輯說明：

自動加泵：（系統(tǒng)默認啟泵順序為1→2→3，此時其他成品泵為遠程、自動狀態(tài)，否則啟動另一臺滿足條件的成品泵）假如當前1#成品泵為變頻運行，頻率為50 Hz,無法達到設定壓力值（設定壓力為當前壓力＞0.05 MPa），此時1#成品泵降頻停止，2#成品泵為自動變頻啟動，同時1#泵轉(zhuǎn)為自動工頻運行，依此類推。自動減泵：假如當前1#成品泵為工頻運行，2#成品泵為變頻運行，設定壓力為當前壓力＜0.05 MPa 和當前2#泵頻率＜15 Hz 時，1#成品泵直接停泵，同時2#變頻泵自動調(diào)壓，依此類推。

3 改造項目制定與實施方案

3.1 改造方案制定

（1）根據(jù)改造項目的技術(shù)方案要求繪制新增控制柜的硬件布置圖、接線圖，以及PLC 柜內(nèi)所有設備的點號，打印接線線號。

（2）敷設控制柜至現(xiàn)場設備電纜，新增加控制柜的固定、安裝。按照繪制的圖紙配置PLC 控制系統(tǒng)模塊、端子排等柜內(nèi)硬件設備，重新校線、布線。

（3）根據(jù)工藝流程和控制方案制定程序流程圖，并且編制PLC程序，制作上位畫面（圖2）。

（4）現(xiàn)場儀表液位計安裝，對儀表電纜進行打點校線并進行接線，對電磁閥進行測試。

（5）下位調(diào)試好后，做好通訊，完善主控室上位畫面進行上位調(diào)試。

（6）上面所有工作完成后，根據(jù)生產(chǎn)安排試運行，做好完善工作，最終達到生產(chǎn)工藝要求。

圖2 改造后上位畫面

3.2 改造實施計劃

(1)前期準備工作：按照改造方案編程，控制系統(tǒng)硬件設備、材料領(lǐng)取。與工藝操作人員和電氣專業(yè)人員核實改造接口，列出需配合完成項目。開工前要辦理相關(guān)項目安全措施，做好聯(lián)系確認；上電測試需要生產(chǎn)人員配合試車；建議就地控制先調(diào)試，避免影響生產(chǎn)投運；

(2)根據(jù)生產(chǎn)安排，申請停機時間，先完成就地控制箱改造工作，保障盡快供水，后完善自動控制系統(tǒng)，達到改造目的。根據(jù)控制方案和工藝流程編制PLC程序，并且編制上位畫面程序。

(3)停機前計劃：需從電氣柜內(nèi)引入總電源220 VAC(需電氣人員配合)。打點測試柜內(nèi)配盤接線情況。下載程序、上位畫面與程序通訊，連接變量，實現(xiàn)軟控制?，F(xiàn)場調(diào)試，程序、畫面進一步完善。將儀表電纜接頭做好，柜內(nèi)接入下端子。新增水箱液位計安裝調(diào)試到位。接入電氣新增泵操作箱控制線、反饋線。

(4)停機后計劃：將原來所有澄清器、過濾罐電磁閥控制線拆除做好標記并接入新控制柜。將原來所有加藥泵控制線拆除做好標記并接入新控制柜。拆除原控制柜內(nèi)現(xiàn)場儀表（液位及壓力）接線并做好標識。對所有儀表、電磁閥進行上電測試。接入電氣新增7 臺泵操作箱控制線、反饋線。電氣自動化設備的聯(lián)調(diào)、試運行、程序的進一步修改完善。系統(tǒng)控制柜內(nèi)電纜編號、線號、標示打印及掛牌。

4 項目實施效果

改造完成后將使自動化控制系統(tǒng)和電氣設備進行分離，消除強電干擾，PLC 控制器由S7200 升級為S7300，改造后能使設備提升擴展空間，為今后在生產(chǎn)過程中的工藝擴展做好準備。改善了自動化設備運行環(huán)境，提高了自動化設備運行的安全性和穩(wěn)定性。改造前后情況對比如圖3。

圖3 改造前后情況對比圖

同時對設備的運行環(huán)境有很大改善，延長了設備的使用壽命。新增帶有反饋的閥門能對閥門狀態(tài)有所監(jiān)控，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，減少故障的發(fā)生。增加UPS 使自動化系統(tǒng)的穩(wěn)定性加固，避免突發(fā)斷電或電源質(zhì)量對自動化設備的損壞，可延長自動化設備的使用壽命。水質(zhì)分析儀表上傳至系統(tǒng)，數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、報警，產(chǎn)水水質(zhì)有了可靠的保障。完成中控室的遠程監(jiān)控，是系統(tǒng)控制集中化，減少員工的工作量及人員安排。

5 結(jié)束語

通過此次改造，我們不僅進一步熟悉學習了生活水處理的工藝原理與控制邏輯，而且通過解決實際問題鞏固了自動化專業(yè)知識，積累了自動化技術(shù)改造方面的工作經(jīng)驗，對以后相關(guān)工作的順利開展具有重要意義。自動化控制系統(tǒng)與電氣設備分離，使設備安裝符合標準，杜絕干擾故障發(fā)生?？刂葡到y(tǒng)升級為西門子300PLC 設備，增加系統(tǒng)可擴展性能與通訊功能，節(jié)約人力資源，達到減員增效的目的。此次改造的完成使得生活水處理工藝更加穩(wěn)定，保證了公司生活水用水安全，對公司產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定和經(jīng)濟效益的提高具有重要意義。