简述GE系统在水厂自动化系统中的应用

摘要：本文简介了PLC自动化技术在水处理行业中的应用。文中结合GE系列PLC在沈阳水务集团八水厂自动化应用实例来分析PLC在安全運行和经济运行中的重要作用。

关键词：IFIX5.0  水处理  自动化  PLC  工业以太网  GE

前言：

沈阳水务集团有限公司八水厂是沈阳市最大的地表水处理厂，日供水量45万吨，水厂92年建成，当时引进了80年代较为先进的自动化设备——法国施耐德Schneider公司的TE系列PLC产品组成水厂分布式控制系统，由于水厂自控设备连续20多年的满负荷运行，许多设备出现了老化、无备件更换等问题，为保证水厂的自控系统能够正常工作，满足水处理工艺的需求，2012年水厂开始对自控系统进行全面改造。

自动化整个系统以中央控制室为中心，组成三个工业总线网络和一个无线通讯网络，使得管理人员可在第一时间实时、准确地掌握现场设备的运行状况，提高设备的运行效率和可靠性，为整个水厂的安全、可靠运行提供了保证。可编程控制器PLC以其具有数据采集、自动控制、联网通讯等多种功能的优势在整个控制系统中占有重要的地位，在控制层次中起到了承上启下的枢纽作用。此系统的控制思路在现在的水处理过程控制中仍然是主流，此系统的稳定、可靠运行保证了水厂二十年的满负荷运行和较高的产出，水质达到并且超过国家饮用水标准，水量也基本接近设计能力，为我们城市的供水事业做出了贡献。

自动化设备的选型与依据

水厂水处理工艺自动化系统应遵循“集中管理，分散控制，数据共享”的原则，设计选型要先进、安全可靠、经济合理，并能保证系统长期稳定高效地运行。

自控系统的基本构成

水厂自动化系统由两台中央监控计算机和一台数据库管理计算机、一台工程师计算机构成的中央控制站、十个现场控制站及22个分站组成。中控室通过以太网与各plc主站连接通讯。十个现场控制站设触摸屏各一台，用于现场操作和动态显示工艺参数和设备工况。各现场控制站及分站与中央控制室通过环型光纤进行工业以太网连接，组成了一个以网络通讯为基础的集管理、监测、控制一体化的生产系统。

一、中央控制室监测管理系统

监控管理系统采用二台监控计算机与全球最领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件——美国GE公司的IFIX5.0实时监控组态软件构成的平台。该平台分为2个操作员站和1个工程师站，安装在中央控制室，用IFIX5.0实时监控组态软件编制的监控程序能够完成整个控制系统的数据采集、控制系统组态、工艺参数的在线修改和设置，可实现远程监控系统中各设备及各种仪表的运行状态和实时参数的采集，使全厂整个生产情况能够在显示器上实时地显示出来，还能实现历史数据查询及调用、系统状态诊断等功能，同时也具备系统报警显示查询、生成数据库、数据报表及打印等功能，不仅使调度指挥人员能够对控制系统进行观察和操作，还能迅速了解现场设备的运行情况，并及时作出正确决策。

二、系统网络构成

自动化整个控制系统采用双路多模光纤构建的工业以太网，由以太网和无线网两层网络组成。采用工业级智能交换机连接新型plc，通过环型以太网与各控制站PLC连接通讯，通过无线网和远程小井PLC连接通讯。以太网既是监控层网络，也是管理层网络，主要由网络交换机、以太网卡、PLC以太网通讯模块等组成。这样中控室和各控制站就实现了基于Tcp/Ip通讯协议进行100Mbps的高速数据通讯。

采用以太网及TCP/IP技术，上位PC机之间与各现场PLC站之间相连进行数据通讯，现场PLC与现场控制器、现场PLC与现场I/O之间，可大大提高信息传输的可靠性及快速性，使系统工作更加快捷、安全可靠。同时有利于系统设备维护、技术更新升级以及系统功能的进一步开发。因为三台电脑是分别从以太网上采集数据，同时又直接从现场PLC取数据，缩短了采集时间，若一台PC电脑出现故障，不会影响到其它计算机的正常运行。同时增设的工程师站监控电脑可保证维修人员第一时间了解设备的故障情况，并可在线查询故障原因和现场状态。

三、分站PLC控制系统

各分站控制系统采用了GE公司Rx3i系列和versamax系列plc作为控制单元。并在重要分站配置了冗余的双机热备，提高控制系统可用性和安全性，为用户提供更加稳定的、安全的控制系统，减少系统停机时间。采用Rx3i系列与versamax系列plc配合搭建的控制系统具有模块化、可扩展的体系结构特点，并可根据不同的性能需求来灵活配置功能多样的控制系统，各分站控制系统配置均包括电源模块、CPU处理器模块、机架、以太网通讯处理模块及模拟和数字输入/输出模块等.

四、稳压井：

稳压井是我们水厂水处理过程的第一道程序，该PLC采用了GE公司Rx3i系列作为主控PLC，采用冗余的热机双备;负责采集进厂水流量、浊度、pH值、水温以及稳压井水池水位、四个管路的加药量等参数，增加1台触摸屏，作为操作人员现场监控的人机界面。

五、沉淀池：

采用RX3i作为主控PLC，重新装配现场控制箱，沉淀池PLC与光纤交换机之间采用双层屏蔽的双绞线连接，沉淀池PLC控制站负责水处理中的沉淀工艺，主要控制空压机和排泥阀，增加现场复位和排泥时间设定、增加储气罐的压力显示、同时检测沉后的PH值、浊度、气路压力等参数。新增1台显示与控制终端-触摸屏，作为操作人员现场监控的人机界面。

六、综合泵房：

采用RX3i系列作为主控PLC，重新装配现场控制箱，回收和排污系统所在的综合泵房PLC与光纤交换机之间采用双层屏蔽的双绞线连接，在实现自动开停回收水泵的前提下新增了自动开停污水泵的功能，增加1台显示与控制终端-触摸屏，作为操作人员现场监控的人机界面。

七、加药间：

加药间PLC采用了GE公司Rx3i系列作為主控PLC，采用冗余的热机双备;加药间PLC分站负责监测及管理加药工艺及设备。主要监控加药池液位、自动配药、自动加药的处理过程。新增1台触摸屏，作为操作人员现场监控的人机界面。

八、加氯间：

加氯PLC控制站负责监测及管理加氯工艺及设备。该分站采用的是GE公司Rx3i系列作为主控PLC，配了冗余的热机双备;主要负责氯瓶切换，加氯机控制，蒸发器控制。更换1台触摸屏，作为操作人员现场监控的人机界面。

九、滤池：

滤池采用RX3i系列 PLC做为公共冲洗的PLC，使用versamax PLC做为单体滤池的现场控制PLC，更换原有的CD01-CD20 PLC，共计二十台，在原来的EB11控制柜内增加S7-226 PLC做为滤池冲洗设备的控制和选组的PLC。整个滤池24台PLC构成2个二级的现场控制系统。

更换1台触摸屏，作为操作人员现场监控的人机界面。

每个滤池的过滤及运行程序由单体滤池现场控制PLC （新CD01-CD20）来完成，冲洗时由单体滤池现场控制PLC和公共冲洗PLC协作完成。它们之间采用集中管理、分散控制的方式，公共冲洗PLC与现场控制PLC从功能上互为后备，即正常情况下冲洗由公共冲洗PLC控制和排队;当公共冲洗PLC出现故障时，通过转换开关，现场控制PLC仍能进行正常的滤池冲洗运行，这样使系统达到更安全、风险分散，同时冲洗设备控制PLC抛弃了原有的继电器控制系统，保证冲洗水泵，鼓风机的合理运行，使滤池的控制系统电缆连接更为减少，使维护更为方便。滤池公共冲洗PLC与单体滤池现场PLC之间采用双绞线网络方式，确保PLC间的网络通讯，每个PLC新增触摸屏，作为操作人员现场监控的人机界面。

公共冲洗控制和选组PLC，主要检测反冲洗水泵电流、开停状态、故障、手/自动;鼓风机电流、开停状态、故障、手/自动;冲洗水池水位及低水位报警，I/II系滤池在冲洗等信息。接收来至公共冲洗PLC和单体滤池现场PLC的冲洗请求，进行反冲洗水泵选组启动切换，鼓风机选组启动切换和整个冲洗设备控制，保护冲洗设备故障停车。通过以太网络检测每个滤池的故障状态，实现与滤池1/II系公共冲洗PLC和冲洗控制PLC的MODBUS通讯。

十、清水泵房：

清水泵房采用GE公司Rx3i系列作为主控PLC，配了冗余的热机双备;清水泵房PLC主要任务是监测机组的运行状况，监测高压盘的运行状态，监测直流屏的运行情况，同时检测Ⅱ系滤后水的PH值、浊度、余氯，老厂水余氯，四座清水池液位，出厂三个干线水流量、管路压力等参数。更换一台触摸屏，作为操作人员现场监控的人机界面。

结束语

我厂的自控系统是保障优质供水、提高设备的运行效率有很大帮助，降低供水的能耗及物耗，也是实现国内水厂生产、管理现代化的必要途径。此系统集生产过程、监控和管理于一体，提高了管理效率，达到提高自来水质量、降低制水成本的目的。

参考文献：

[1]张晓春 《GE RX3i控制器在净水厂控制系统中的应用》 智慧工厂

[2]万细阳《iFIX组态软件在水厂自动化系统中的应用》 自动化与仪表

[3]张宏 《基于iFIX的水厂信息集成系统》 自动化与信息工程

[4]徐海斌 尹燕妮 《基于iFIX的后加氯自动控制系统在城北水厂的应用》 城镇供水

作者简介：戚金辉（1982-），男，工程师，现就职于沈阳水务集团有限公司八水厂，邮编：110000。