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引言
PLC，即可編程邏輯控制技術（Programmable Logic Controller），起源于上個世紀60年代末，是繼繼電器之后的主要機械設備控制技術，具有邏輯運算、順序控制、定時、計數、運算等多項功能，用數字化技術代替原有的機械設備控制方法，可以極大地提高控制信息輸入、輸出速度，提高機械設備的運行穩定性和工作效率，廣泛應用于工業生產機械設備運行控制領域。自來水企業作為大型生產服務企業，機械設備使用規模很大，在自來水企業生產中使用PLC控制技術，是保障自來水正常、穩定、安全生產、供應的重要技術措施，也是自來水廠提高現代化水平，打造企業競爭力，實現可持續發展的必由之路。加強對PLC技術的深入研究，對于實現自來水企業自動化生產運行，具有極為深遠的積極意義。
1 水廠自動化控制系統分析
自來水廠是重要的基礎設施，是工業生產、居民生活的重要保障，是現代城市正常運行中不可或缺的組成部分。自來水廠的自動控制系統主要包括配電系統、出水泵房、沉淀池以及濾池等單元。這些單元通過控制室的計算機系統統一調度、管理，相關設備運行信息從一線傳遞到控制室，控制室以此做出指示并將指令發送給一線，有現場設備予以執行。下面，就對自來水廠的的自動化控制系統各項功能進行簡要介紹。
1.1 自動化系統具有顯示功能
自來水廠自動化系統可以將系統內主要機械設備的運行狀態以指標形式顯示出來，同時對生產過程中的主要工藝參數進行顯示，以此使得技術人員對生產過程有著較為全面的了解和掌握，從而進行針對性的調整和操控。
1.2 自動化系統具有報警功能
針對生產過程中可能出現的異常情況，系統設置了相應的報警功能，一旦設備狀況出現問題，偏離允許范圍，報警系統會立即發出警報，提升相關部門人員處理，并顯示出具體的報警信息和畫面，存儲在數據庫中可以打印查看。
1.3 自動化系統可以實現一定程度的自我控制和操作
在實際工作中，中央控制室可以對生產流程中的機械設備，根據生產需求進行必要的調整和控制，并對PLC系統相關參數以及分控站的程序進行重新設定。
1.4 自動化系統具有可以對數據庫進行有效管理
為了充分發揮PLC的優勢，實現自動化控制目的，自來水廠自動化控制系統建立了生產數據庫和事故數據庫，分別對應生產過程中和事故處理過程中需要的相關數據的記錄、存儲、整理、分析以及使用。當工作需要時，系統會對指定的數據庫進行管理，提存數據使用并做好相關數據，以實現數據庫的動態積累。
1.5 自動化系統具有輸出和打印報表功能
針對生產過程中的各項信息、數據，系統可以對其進行分析、整理，并以報表的形式輸出打印出來，為管理者決策提供數據依據。
1.6 自動化系統具有通訊功能
總調度室和中控室之間具有專線聯系，可以進行實時通信，以保證數據和信息的有效傳遞與溝通。
1.7 自動化系統建有WEB服務器
這一功能主要是為實現生產信息共享提供服務的。
2 自來水廠水處理流程
自來水廠生產中使用的自動化控制系統是為企業生產而服務的，所以受企業生產工藝流程影響很大，不同的工藝路線、處理方法、機械設備等都會使得自動化系統呈現出不同的特點。但萬變不離其宗，我國自來水廠所采用的水處理流程大體上還是相同的，一般包括取水、制藥、加藥、混凝、沉淀、過濾、消毒和送水等環節。
水廠的水主要來自于湖泊、河流、地表水和地下水等。這些水源通過輸送管道進入水廠時會帶入大量雜質，必須經過必要的處理才能滿足人們生產、生活使用要求。在水的處理過程中，第一道工序就是除去水中的大量雜質和有害物質，水中存在的懸浮物、膠體以及細菌等危害人類健康的有害成分都是需要清除、凈化的對象。水廠取得水源后按照實際的生產需要采用合理的生產工藝，根據工藝參數等條件科學進行混凝劑的配制。在向水中加入混凝劑的同時還要通入氯氣，利用氯氣的消毒殺菌作用對水中的微生物、細菌進行處理。在藥劑的作用下，水中雜質形成顆粒狀的凝體，這個過程稱之為混凝。在這一過程中，三氯化鋁、硫酸鋁等水處理藥劑被大量使用。之所以使用含鋁藥劑，主要是因為鋁具有很強的吸附能力，可以促進水中的雜質和懸浮物的聚集。實際使用過程中，水處理藥劑溶解在水中后，析出大量鋁粒子，在其作用下，許多常態下難以沉淀的雜質顆粒等形成絮粒狀，并在重力的作用下向下沉淀，在將這部分沉淀與水主體分離，從而達到除雜的目的。水廠中主要使用沉淀池進行這一過程。水加入藥劑后先導入沉淀池，進行沉淀，達到處理效果后再導入下一工序。隨著生產時限的增長，沉淀池中沉淀的污物越來越多，必須使用石英砂等具有孔隙的顆粒物將它們排除過濾，并利用濾料層的粘附性攔截水中的懸浮顆粒。這一過程中，水中的細小雜質、細菌、有機物等都得到了較好的凈化處理。但由于石英砂吸附的雜質不能自動消除，必須定期清洗，才能保證過濾層的工作效率和質量。在此之后，水還要進行必要的消毒處理，以清除水中殘余的細菌病毒等，保證用水安全。最后處理好的水導入清水池匯中，向用戶供應。
3 PLC控制在自來水水廠自動化控制的應用
3.1 使用PLC可以實現開關量的邏輯控制
邏輯控制是PLC技術的最基本功能。水廠的生產過程中存在大量的開關量，通過PLC對這些開關量進行有效的邏輯控制。在PLC問世之前，繼電器是實現這一功能的常用技術，PLC出現后，可以更加簡潔、高效、迅速的的實現邏輯控制、順序控制以及單個設備的控制等多種功能。此外，在多個水廠生產流水線中，加礬、加氯等操作也可由PLC進行自動化控制。
3.2 PLC可以進行模擬量控制
在水廠生產過程中，溫度、流量、壓力、液位等是重要的生產參數，必須對其進行實時監測和控制。而這些參數控制的實現主要依賴于PLC的編程控制。PLC控制系統配置有配套的轉換模塊，模擬量可在編程控制器的作用下進行控制。
4 結束語
憑借著強大的技術優勢，PLC在水廠自動化控制領域獲得了廣泛應用。隨著生產規模的擴大，水廠自動化水平會越來越高，PLC的應用領域也會更加寬廣，發揮的作用也會不斷加大。各水廠要高度認識到PLC的重要作用，深入研究，不斷探索，將PLC的作用發揮到最大，為經濟發展和人們生活用水安全提供堅實的技術保障。
參考文獻
[1]劉玉芹，劉敬文.PLC在長治污水處理廠中的應用[J].中國儀器儀表，2005（9）.
【關鍵詞】水廠；自動化；問題；對策
近年來，我國供水事業蓬勃發展，各項新技術的應用日益廣泛，其中自動化技術的應用是近年來自來水廠生產發展的最大特點，但同時其存在諸多設計、設備和管理方面的問題，嚴重制約水廠自動化水平的提高。
1.水廠自動化中存在的常見問題
1.1水廠自動化的設計問題[1]
水廠的生產過程是一個較為復雜的連續過程，對于其自動化系統的設計要求較高，涉及眾多技術和設備，設計本身具有一定的難度，故在有些水廠自動化設計中存在的問題較多，影響了自動化功能的發揮，甚至影響了系統的正常運行。
（1）缺乏統一的發展規劃。在有些水廠自動化設計中，對控制系統的持久性和未來發展規劃一致性考慮不夠全面，導致控制系統開放性和擴展性不夠，造成系統很快落后于生產發展的需要。
（2）功能設置過于復雜。在有些水廠自動化設計中，由于片面追求高標準，致使功能設置過于復雜，而忽略了水廠的實際工藝情況和管理水平，使系統的故障率增高，而維護管理又跟不上，導致關鍵工藝的自動控制得不到保證。
（3）功能設置過于簡單。在有些水廠自動化設計中，工藝過程的功能設置過于簡單，達不到控制要求，特別是關鍵工藝的控制要求，造成雖有自動化系統，但關鍵工藝（如投藥等）仍由手動完成的現象，失去了實現自動化的實際意義。
（4）設置過多的手動功能。有些設計為了在自動化系統故障時不影響生產，而設置了過多的手動操作功能，從設計上就將自動化系統置于可有可無的地位，既造成了設備的重復投資，也使生產人員產生了不正確的依賴心理，加上運行管理改革力度不夠，出現了自控設備擱置不用而仍由人工手動操作的現象。
（5）設計人員水平不夠。水廠的自動化設計涉及眾多技術和設備，要求設計人員既要掌握先進的控制技術，又要熟悉生產工藝過程，同時對設備也要有相當的了解。但在有些設計中，由于設計人員對生產實際情況或對進口設備的性能了解不夠，導致設計與實際生產有出入或出現設備選擇不當，滿足不了工藝要求，造成了自動化系統局部失敗。
1.2水廠自控設備問題
設備方面存在的問題也是影響水廠自動化系統正常運行的一個主要因素，具體表現在如下幾個方面：
（1）質量問題。水廠中有些設備容易出現質量問題，如堿度計、氯氨測定儀、溶解氧測定儀、濃度測定儀、壓差變送器、加氯機、計量泵、調節閥、電磁流量計等，這些質量問題有的是設備本身的質量不過關，有的則是安裝或維護質量達不到要求，但均影響了自動化系統的正常運行。
（2）配套問題。在有的水廠自動化系統中，設備如傳感器、測量儀表及執行機構本身并無質量問題，而是精度不夠或穩定性達不到系統要求，即與系統配套不合理，也是影響自動化系統正常運行的一個原因。
（3）備品備件問題。有些設備發生故障后，由于缺乏備品備件而一時無法修復，這對進口設備尤為明顯。如果由原產品供應商修理，則時間長、費用高，特別是有的產品已更新換代而根本無法得到備品備件，造成了這些設備的檢修十分困難，從而導致這些設備長時間處于癱瘓狀態，影響了自動化系統的正常運行。
（4）檢修和改造問題。對于部分進口設備如網絡設備，由于外商對通信協議和通信軟件的公開性不夠，且本身的技術要求也較高，既增加了這些設備的維護和檢修難度，也降低了自動化系統的開放性，影響了系統的正常更新和改造工作。而且很多進口通信設備較難與國內設備互聯，致使更新和改造困難，從而降低了自動化系統的合理性和統一性。
1.3水廠自動化的運行管理問題
（1）操作人員對設備性能和操作要求不夠熟悉，不能完全掌握儀表技術。不少水廠反映，操作工人對儀表設備的使用要求不能完全掌握，致使儀表使用不正常，對儀表的調校保養缺乏必要的技術和專門知識，常常不重視儀表必要的日常清潔和維養工作，不懂得儀表的定期保養、檢修等的規定和內容要求，所以往往使儀表精度降低，甚至不能正常工作，影響加藥、加氯自動化的實施。
（2）缺乏專業維修隊伍。之前，水廠在人員編制上，只有泵機值班工和電工，不設置儀表工。現在水廠自動化紛紛上馬，水廠編制上也配置了一些儀表工，但是這些儀表工的配置數量和本身的專業技術水平均不能滿足要求，有的甚至用電工代替儀表工，因此當儀表或監控設備發生故障后，不能得到及時的修復和處理。在保修期過后，不敢與國外聯系，不少擱置起來，漸漸由“傷風感冒”而導致“全身癱瘓”。
（3）操作工人、管理人員以及領導層對自動化設施的認識不夠全面。1）對自動化控制在水廠中應用的迫切性認識不夠：不少水廠配備自動化只是為趕時髦，將其作為水廠的點綴。認為全國大、中、小水廠都紛紛實現自動控制，我們也不能不上，實為大勢所趨。認為一個新的水廠要體現其先進，必須有自動化內容，而且盡量爭取高標準。在國外考察后更是要求設備齊、標準高。這種想法在籌建部門較為普遍。2）對儀表和自控系統實質上缺乏信心：怕麻煩，表示明顯的不信任感，最好少一些自動化內容，以免自找麻煩，這種想法在生產部門較為普遍。
2.解決水廠自動化問題的對策
2.1用國產設備直接取代
通過對國內市場的細致調查，找到種類、性能指標、接近于進口產品后，直接取用而代之。例如：安徽省滁州市自來水公司一水廠將國產在線濁度儀、計量泵應用在自動加藥系統中，效果較好；引用國產電磁流量計和超聲波流量計對原水、出廠水進行測量，計量較準確；同時該水廠還積極利用國產儀表應用在自動化系統的改造工程中，不僅完全達到了自控系統的各項功能技術要求，而且節約了大量的技改資金。
2.2自我改進消化吸收
擁有自己技術開發隊伍的水司，應充分了解引進設備的性能特點，對系統中存在的問題進行仔細分析、改進，找出解決問題的辦法。例如：滁州二水廠的自動投礬系統改造，就充分體現了技術人員對控制系統改造持有比較新穎的思路。他們沒有采用較為流行的流動電流控制器，而是根據原水水質的特點，利用原水流量和濾前水濁度作為主要控制參數，濾后水濁度和PH值、水溫作為后反饋控制參數，構成閉環控制系統，運行效果較好。
2.3謹慎選用進口設備
經過數十年的運行表明，進口設備雖然具有許多優點，確實在城市供水事業中起到了舉足輕重的作用，但是也客觀存在著一些問題，不得不引起廣大供水同仁的高度重視。通過多年的運行效果表明，有的國產設備使用效果良好，維護也比較方便，備品備件能得到及時供應，售后服務能得到保障。所以建議在功能、技術參數能滿足自控系統要求的前提下，盡可能使用國產設備。
2.4推陳出新，橫向聯系
在對進口設備的性能充分了解的基礎上，尋找合適的廠家進行制造，不僅解決自身的設備問題，而且還可以推而廣之，幫助其他使用同類設備的廠家排憂解難。例如：計量泵的隔膜片、加氯機的管配件等等，都可以委托國內廠家生產。同時要加強供水行業之間的技術交流，互通有無，積極推廣成熟技術，共同提高自動化技術水平。
3.結束語
技術人員應提高相應技術水平，重視水廠自動化系統的生產、運行、維護和管理等問題并加以不斷地研究，解決實際碰到的問題，才能將上述的自動化控制系統發揮到最佳水平，實現可靠、連續、優質供水。
關鍵詞：現代水廠；自動化；綜合控制系統；自動化設計
前言
自動化的應用是自來水行業近些年來工藝發展的主要方向，自動化技術控制系統、計算機技術的發展以及電子設備應用的日益普及，標志著自動化水廠在我國已經具備了良好的技術大環境，已經是一個逐漸成熟的領域。雖然這些自動化水廠的建設有了長足的進展，但是由于多種原因，當前國內還并沒有能夠真正實現全自動化的水廠主要原因是經濟短缺和技術不足。
1 我國現代化水廠的自動控制現狀
我國的水廠自動化進程起步比較晚，但是自動化發展的進程十分迅速。我國工業進入飛速發展時期，我國的水廠也加快了現代化發展的腳步。特別是伴隨著大量外資企業的先進技術和資金被引入到了國內，建成了自動化的現代水廠，使得我國的自動化水廠建設的進程不斷的加深。水廠的自動化水平和規模也大幅度提高，但是我國仍存在自動化水平還不是很高的水廠，自動化的發展也不是平衡。以沿海大城市為主的發達地區的水廠自動化水平較高，但是在一些較小的城市或者一些偏遠的地區其自動化水平很低，更存在著某些地區水廠根本就沒有進行自動化改造。在現如今已經完成自動化改造的水廠中，也存在自動化水平低于同行業自動化水廠的問題，這主要是水廠的自動化設備還沒有發揮到應有的作用，某些水廠的自動化設備和系統居然沒有運行過，長期處在閑置狀態。更多的是大量投入資金的設備運行一段時間便不再使用了，這導致設備不能正常工作嚴重影響水廠效率，自動化的經濟效益基本上是從新建和擴建的過程中獲得的。大型水廠的盈利主要是依靠先進的技術和設備，水廠的自動化水平較高但是投資所需要的資金也數量巨大，一些中小型的水廠的自動化的設計和服務可以做到自主完成，但是綜合的控制系統的技術和設備任然長期依賴于國外進口產品。在設備和服務上采用中西結合，這樣的方式有很大的優點，進一步的降低了水廠自動化的控制系統設備的投資，同時也使水廠的設施更加的本土化，有助于促進本國水廠自動化改造的進步和發展[1]。
2 水廠自動化控制系統的設計
2.1啟動和停止方式
起停方式可以分為1、直接起動：籠型交流異步電動機在起動的過程中會產生很大的電流，是其額定電流的數倍，這種情況被限制于功率小的電動機；2、定子串電抗/電阻降壓起動：這種啟動方式適用于輕載起動，可以極強的增加起動平穩性，并且有效減小電流。定子串電抗起動的過程中損耗較大，經濟效益較差，所以，只在電機容量小的時候才使用；3、自耦變壓器降壓起動：這樣的起動方式有失壓和過載保護，可以有效減少電動機電流對于電網的影響，這種啟動方式有一個缺點，體積大、結構復雜、價格昂貴并且非常不便于維修維護；4、軟起動器起動：這種啟動器的工作原理是利用可挖硅控制整流，通過改變可挖硅的控制角使電動機的電壓按照相應的規律升為滿載時，撤去控制信號軟動器就可以退出運行，應用者項技術到水泵中可以規避水錘效應；4、變頻起動：這種啟動方式主要是變頻器帶動電機從靜止起動，直到電機達到額定轉速，通常采用電壓頻率的控制方法不會使得電流超過機器能承受的的范圍，也是比較小的能夠進行調速的啟動方式，但是它也有一個不足之處，就是價格相對其他啟動方式高，電磁兼容性差，通常使用在重載設備上[2]。
2.2系統總體設計
井群系統是指我們對水泵的控制大體可以分為三種形式，手動、水源地值班室控制、遠程操控，手動控制主要是依靠人工來完成，水源地值班室控制通過相應系統進行，遠程控制的操作者是通過遠程控制中心。水廠的主要設備包括加氯車間、輸水泵房、清水池，井群水泵的啟動和停止是依靠水廠的蓄電池進行控制[3]。
2.3調度指揮中心
調度指揮中心是整個供水系統指令發出的地方，負責操作、收集、處理、監督、維護整個系統。通過檢測軟件的反饋，隨時進行調整。
3結論
在建設現代化的大型水廠時，我們不光要采用現代化設備和先進的控制技術，同時還應該對水廠內部進行綜合管理以期達到更高的效率，更要求實現對覆蓋地區或者城市整體自來水供應系統管理的自動化。通過自來水廠的自動化升級來推動整個行業的技術革新。
參考文獻：
[1]李守勇.自動化在中小水廠的應用[J].技術與市場，2013，11（11）：101-102.
1．水廠自動化的目的
對水廠實施自動化的根本目的認識不夠全面或出現偏向，是造成一些水廠自動化系統未能充分發揮作用的一個原因。水廠實現自動化的根本目的是提高生產的可靠性和安全性，實現優質、低耗和高效供水，獲得良好的經濟效益和社會效益。但是，有的水廠實現自動化是為了趕時髦，將其作為一種點綴；有的水廠是迫于形勢，在大批水廠紛紛實現自動化的情況下，自己也不能不上；有的水廠使用的自動化功能過于復雜，特別是在考察自動化水平較高的水廠后，更是盲目地提高標準。這些不正確想法的存在，使水廠實現自動化的根本目的發生了偏向，造成了自動化設計不切合水廠實際，不注重生產過程特別是關鍵工藝環節的自動化，并忽略了在運行和管理模式方面的相應改革，從而導致自動化未能充分發揮作用，甚至建成后處于閑置狀態。
2．水廠自動化的設計
2.1未解決的相關理論問題
在水廠自動化中，工藝理論對自動化提出的控制要求本身存在未解決的理論問題或理論不夠完善，使控制未能達到規范化和最優化，系統運行達不到理想的控制狀態，從而影響了自動化的實際運行效果。
（1）絮凝理論不夠完善。加藥系統是一個大延時、強耦合、干擾因素多的非線性系統，目前廣泛采用的控制方法為：用原水流量按比例前饋調節計量泵的頻率，用流動電流儀（SCD）反饋調節計量泵的沖程，從而構成加藥復合控制系統。在有的系統中，雖然采用了智能技術如專家系統、自學習模糊控制等方法，取得了一定效果，但并未完全解決加藥量優化控制的問題。
(2)加氯系統理論問題。在加氯系統中，傳統的控制方法為：前加氯采用流量比例控制，后加氯采用余氯反饋控制。由于影響加氯效果的因素很多，如水質、天氣、水廠的具體工藝特點等。在有的系統中，雖然采用了一些其他控制方法，如采用雙因子控制方式（用流量和余氯控制前加氯和后加氯）或多參數非線性控制方式，取得一定的效果，但并未完全解決加氯系統存在的問題。
(3)其他理論問題。如變頻供水泵和定速供水泵的臺數比例確定、變頻供水泵的自動調節方法以及供水泵的科學調度等問題，理論上還未完全解決，管理上還有待進一步研究。
2.2技術規范和設計標準問題
到目前為止，我國在供水行業自動化控制方面，除《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》等少量規劃性技術文件之外，尚無制定供水行業自動化控制方面的技術規范和設計標準，致使水廠在實施自動化過程中，技術上缺乏統一的規范性，設計上存在一定的盲目性和隨意性，不同類型的水廠自動化分別應該達到的主要功能和主要技術指標不明確，影響了自動化系統配置的科學性和合理性。
2.3專著和文章問題
我國供水行業的自動化起步較晚，總體發展水平也不高，致使在供水自動化方面發表的文章數量有限，總體質量也不太高，出版的專著更少，既不利于在實施自動化時提供必要的理論指導和技術參考，也不利于行業內的技術交流和經驗交流，影響了自動化知識普及和提高的速度。
2.4設計中存在的一些具體問題
水廠的生產過程是一個較為復雜的連續過程，對于其自動化系統的設計要求較高，涉及眾多技術和設備，設計本身具有一定的難度，故在有些水廠自動化設計中存在的問題較多，影響了自動化功能的發揮，甚至影響了系統的正常運行。
（1）缺乏統一的發展規劃。在有些水廠自動化設計中，對控制系統的持久性和未來發展規劃一致性考慮不夠全面，導致控制系統開放性和擴展性不夠，造成系統很快落后于生產發展的需要。
（2）功能設置過于復雜。在有些水廠自動化設計中，由于片面追求高標準，致使功能設置過于復雜，而忽略了水廠的實際工藝情況和管理水平，使系統的故障率增高，而維護管理又跟不上，導致關鍵工藝的自動控制得不到保證。
（3）功能設置過于簡單。在有些水廠自動化設計中，工藝過程的功能設置過于簡單，達不到控制要求，特別是關鍵工藝的控制要求，造成雖有自動化系統，但關鍵工藝(如投藥等)仍由手動完成的現象，失去了實現自動化的實際意義。
（4）設置過多的手動功能。有些設計為了在自動化系統故障時不影響生產，而設置了過多的手動操作功能，從設計上就將自動化系統置于可有可無的地位，既造成了設備的重復投資，也使生產人員產生了不正確的依賴心理，加上運行管理改革力度不夠，出現了自控設備擱置不用而仍由人工手動操作的現象。
（5）設計人員水平不夠。水廠的自動化設計涉及眾多技術和設備，要求設計人員既要掌握先進的控制技術，又要熟悉生產工藝過程，同時對設備也要有相當的了解。
3．水廠自控設備存在的問題
設備方面存在的問題也是影響水廠自動化系統正常運行的一個主要因素，具體表現在如下幾個方面：
（1）質量問題。
（2）配套問題。
（3）備品備件問題。
（4）檢修和改造問題。
4．管理方面存在的問題
水廠自動化系統建立后，管理水平滯后是影響自動化功能正常發揮的一個重要因素。由于管理人員受自身素質和傳統觀念的束縛，未能在管理方面進行及時的調整和改革，導致管理水平落后，無法適應水廠自動化的發展需要。如何提高管理水平和管理人員素質是自動化水廠目前面臨的一個重要課題。
（1）不注重設計、安裝、調試過程的人員參與。很多水廠在建設自動化系統時，由于受人員和素質的限制，常采用交鑰匙工程的方式，這樣在建設時輕松省事，但后患無窮，由于沒有自己的技術力量參與設計、安裝、調試過程，導致投產后出現很多問題，影響了系統的實際運行效果。
（2）對自動化系統和設備不夠熟悉。由于值班人員缺乏必要的技術知識，對自動化系統和設備不夠熟悉或掌握不夠，導致設備得不到正常的保養、調校和檢修，造成儀表精度降低或設備故障；導致軟件得不到必要維護和調整，造成因一些小軟件故障得不到及時處理而影響系統正常運行；有的甚至出現誤操作或引起人為故障。
（3）缺乏完善的自動化管理規程。水廠實現自動化后，其運行管理和維護管理已和傳統水廠不一樣，但不少水廠在這方面的改革力度不夠，缺乏滿足自動化生產需要的管理規程，如崗位職責、運行管理制度、操作規程和設備維護保養及檢修規程等，致使運行管理滿足不了生產需要，維護管理達不到要求。
（4）缺乏專業的、穩定的維護隊伍。自動化系統和設備雖然具有較高的可靠性，但也會出現故障，需要維護人員盡快排除。同時，設計情況與實際運行情況不一定完全一致，即使與投入運行時一致，過一段時間后也會有所變化，另外經過一段時間的實際運行后，一般都需要對系統中存在的某些缺陷進行改進，以使系統更加優化，這就要求維護人員對自動化系統和設備進行必要維護和調整，特別是當生產工藝變化后，需要對控制系統進行相應修改和開發。但是，由于缺乏專業的、穩定的維護隊伍，使一些小的軟硬件故障得不到及時的修復和處理，漸漸由小問題變成大問題，甚至導致自動化系統癱瘓。
對水廠實施自動化的根本目的認識不夠全面或出現偏向，是造成一些水廠自動化系統未能充分發揮作用的一個原因。水廠實現自動化的根本目的是提高生產的可*性和安全性，實現優質、低耗和高效供水，獲得良好的經濟效益和社會效益。但是，有的水廠實現自動化是為了趕時髦，將其作為一種點綴；有的水廠是迫于形勢，在大批水廠紛紛實現自動化的情況下，自己也不能不上；有的水廠使用的自動化功能過于復雜，特別是在考察自動化水平較高的水廠后，更是盲目地提高標準；有的水廠則自動化功能過于簡單，主要是對自動化不熟悉，缺乏必要的信心，怕造成麻煩；有的水廠是為了湊合貸款數，不得已而配置自動化系統和設備。這些不正確想法的存在，使水廠實現自動化的根本目的發生了偏向，造成了自動化設計不切合水廠實際，不注重生產過程特別是關鍵工藝環節的自動化，并忽略了在運行和管理模式方面的相應改革，從而導致自動化未能充分發揮作用，甚至建成后處于閑置狀態。
2水廠自動化的設計
2.1未解決的相關理論問題
在水廠自動化中，工藝理論對自動化提出的控制要求本身存在未解決的理論問題或理論不夠完善，使控制未能達到規范化和最優化，系統運行達不到理想的控制狀態，從而影響了自動化的實際運行效果。（1）絮凝理論不夠完善。
加藥系統是一個大延時、強耦合、干擾因素多的非線性系統，目前廣泛采用的控制方法為：用原水流量按比例前饋調節計量泵的頻率，用流動電流儀（SCD）反饋調節計量泵的沖程，從而構成加藥復合控制系統。由于凝聚作用本身有多種理論，決定加藥量多少的水質成分因素在理論上還不夠完善，如原水濁度、溫度、pH、污染因素以及非膠體顆粒干擾因素等參數變化都對SCD有很大影響，而在SCD反饋調節方法中，只采用了反映水中膠體穩定度的參數ζ電位來代表全部水質因素，因此該控制方法并不完全符合生產實際。同時，傳感器縫隙小易造成堵塞，加藥后不易形成絮粒，特別是滯后反應和水質變化對SCD影響較大，導致該方法適應性較差，準確度不夠，達不到優化自動加藥的要求，實際使用效果并不理想［1］。在有的系統中，雖然采用了智能技術如專家系統、自學習模糊控制等方法，取得了一定效果，但并未完全解決加藥量優化控制的問題。
(2)加氯系統理論問題。
在加氯系統中，傳統的控制方法為：前加氯采用流量比例控制，后加氯采用余氯反饋控制。由于影響加氯效果的因素很多，如水質、天氣、水廠的具體工藝特點等，而且后加氯存在時間滯后問題，同時對控制方法和投加氯氨存在的問題目前有不同的看法，特別是對水射器安裝位置和余氯取樣位置的規范化確定目前尚無完整的理論［1］，從而使加氯系統不夠規范，實際運行效果也不是十分理想。在有的系統中，雖然采用了一些其他控制方法，如采用雙因子控制方式（用流量和余氯控制前加氯和后加氯）或多參數非線性控制方式，取得一定的效果，但并未完全解決加氯系統存在的問題。
(3)其他理論問題。如變頻供水泵和定速供水泵的臺數比例確定、變頻供水泵的自動調節方法以及供水泵的科學調度等問題，理論上還未完全解決，管理上還有待進一步研究。
2.2技術規范和設計標準問題
到目前為止，我國在供水行業自動化控制方面，除《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》等少量規劃性技術文件之外，尚無制定供水行業自動化控制方面的技術規范和設計標準，致使水廠在實施自動化過程中，技術上缺乏統一的規范性，設計上存在一定的盲目性和隨意性，不同類型的水廠自動化分別應該達到的主要功能和主要技術指標不明確，影響了自動化系統配置的科學性和合理性。而在其他行業，如水電行業，國家有關部門早已經頒布了相關的技術規范和設計標準，這對該行業的自動化設計和實施起到了積極的促進作用。
2.3專著和文章問題
我國供水行業的自動化起步較晚，總體發展水平也不高，致使在供水自動化方面發表的文章數量有限，總體質量也不太高，出版的專著更少，既不利于在實施自動化時提供必要的理論指導和技術參考，也不利于行業內的技術交流和經驗交流，影響了自動化知識普及和提高的速度。而在其他行業，如電力，除有大批專著可供參考外，還有大量的文章可供參閱。另外，每年還舉行眾多的技術研討會和交流會，這對提高該行業的自動化水平起了很大地推動作用。當然，這與該行業從業人數多、技術力量雄厚、期刊數量大等多種因素有關。
2.4設計中存在的一些具體問題
水廠的生產過程是一個較為復雜的連續過程，對于其自動化系統的設計要求較高，涉及眾多技術和設備，設計本身具有一定的難度，故在有些水廠自動化設計中存在的問題較多，影響了自動化功能的發揮，甚至影響了系統的正常運行。
（1）缺乏統一的發展規劃。在有些水廠自動化設計中，對控制系統的持久性和未來發展規劃一致性考慮不夠全面，導致控制系統開放性和擴展性不夠，造成系統很快落后于生產發展的需要。
（2）功能設置過于復雜。在有些水廠自動化設計中，由于片面追求高標準，致使功能設置過于復雜，而忽略了水廠的實際工藝情況和管理水平，使系統的故障率增高，而維護管理又跟不上，導致關鍵工藝的自動控制得不到保證。
（3）功能設置過于簡單。在有些水廠自動化設計中，工藝過程的功能設置過于簡單，達不到控制要求，特別是關鍵工藝的控制要求，造成雖有自動化系統，但關鍵工藝(如投藥等)仍由手動完成的現象，失去了實現自動化的實際意義。
（4）設置過多的手動功能。有些設計為了在自動化系統故障時不影響生產，而設置了過多的手動操作功能，從設計上就將自動化系統置于可有可無的地位，既造成了設備的重復投資，也使生產人員產生了不正確的依賴心理，加上運行管理改革力度不夠，出現了自控設備擱置不用而仍由人工手動操作的現象。
（5）設計人員水平不夠。水廠的自動化設計涉及眾多技術和設備，要求設計人員既要掌握先進的控制技術，又要熟悉生產工藝過程，同時對設備也要有相當的了解。但在有些設計中，由于設計人員對生產實際情況或對進口設備的性能了解不夠，導致設計與實際生產有出入或出現設備選擇不當，滿足不了工藝要求，造成了自動化系統局部失敗。如有的設計中濾池出水閥選擇了兩位閥，雖配置了完備的自動化控制設備，但卻無法實現濾池水位的自動調節功能。
3水廠自控設備存在的問題
設備方面存在的問題也是影響水廠自動化系統正常運行的一個主要因素，具體表現在如下幾個方面：（1）質量問題。水廠中有些設備容易出現質量問題，如堿度計、氯氨測定儀、溶解氧測定儀、濃度測定儀、壓差變送器、加氯機、計量泵、調節閥、電磁流量計等，這些質量問題有的是設備本身的質量不過關，有的則是安裝或維護質量達不到要求，但均影響了自動化系統的正常運行。（2）配套問題。在有的水廠自動化系統中，設備如傳感器、測量儀表及執行機構本身并無質量問題，而是精度不夠或穩定性達不到系統要求，即與系統配套不合理，也是影響自動化系統正常運行的一個原因。（3）備品備件問題。有些設備發生故障后，由于缺乏備品備件而一時無法修復，這對進口設備尤為明顯。如果由原產品供應商修理，則時間長、費用高，特別是有的產品已更新換代而根本無法得到備品備件，造成了這些設備的檢修十分困難，從而導致這些設備長時間處于癱瘓狀態，影響了自動化系統的正常運行。（4）檢修和改造問題。對于部分進口設備如網絡設備，由于外商對通信協議和通信軟件的公開性不夠，且本身的技術要求也較高，既增加了這些設備的維護和檢修難度，也降低了自動化系統的開放性，影響了系統的正常更新和改造工作。而且很多進口通信設備較難與國內設備互聯，致使更新和改造困難，從而降低了自動化系統的合理性和統一性。
3管理方面存在的問題
水廠自動化系統建立后，管理水平滯后是影響自動化功能正常發揮的一個重要因素。由于管理人員受自身素質和傳統觀念的束縛，未能在管理方面進行及時的調整和改革，導致管理水平落后，無法適應水廠自動化的發展需要。如何提高管理水平和管理人員素質是自動化水廠目前面臨的一個重要課題。
（1）不注重設計、安裝、調試過程的人員參與。很多水廠在建設自動化系統時，由于受人員和素質的限制，常采用交鑰匙工程的方式，這樣在建設時輕松省事，但后患無窮，由于沒有自己的技術力量參與設計、安裝、調試過程，導致投產后出現很多問題，影響了系統的實際運行效果。
（2）對自動化系統和設備不夠熟悉。由于值班人員缺乏必要的技術知識，對自動化系統和設備不夠熟悉或掌握不夠，導致設備得不到正常的保養、調校和檢修，造成儀表精度降低或設備故障；導致軟件得不到必要維護和調整，造成因一些小軟件故障得不到及時處理而影響系統正常運行；有的甚至出現誤操作或引起人為故障。
（3）缺乏完善的自動化管理規程。水廠實現自動化后，其運行管理和維護管理已和傳統水廠不一樣，但不少水廠在這方面的改革力度不夠，缺乏滿足自動化生產需要的管理規程，如崗位職責、運行管理制度、操作規程和設備維護保養及檢修規程等，致使運行管理滿足不了生產需要，維護管理達不到要求。
（4）缺乏專業的、穩定的維護隊伍。自動化系統和設備雖然具有較高的可*性，但也會出現故障，需要維護人員盡快排除。同時，設計情況與實際運行情況不一定完全一致，即使與投入運行時一致，過一段時間后也會有所變化，另外經過一段時間的實際運行后，一般都需要對系統中存在的某些缺陷進行改進，以使系統更加優化，這就要求維護人員對自動化系統和設備進行必要維護和調整，特別是當生產工藝變化后，需要對控制系統進行相應修改和開發。
但是，由于缺乏專業的、穩定的維護隊伍，使一些小的軟硬件故障得不到及時的修復和處理，漸漸由小問題變成大問題，甚至導致自動化系統癱瘓。
關鍵詞：水廠；自動化；自控系統
收稿日期：2011-06-23
作者簡介：張思立（1982―）,男,湖南株洲人,助理工程師,主要從事水廠自動化管理的研究工作。
中圖分類號：TU991文獻標識碼：A文章編號：1674-9944（2011）07-0213-02
1引言
筆者所在的蛇口二水廠分兩期進行建設,前后相隔時間近10年之久。由于自控科技的發展日新月異,這兩期的自控系統堪稱兩個時代的產品,基本無法實現兼容。出于更加安全、便捷地生產調度、操作、維護等方面的考慮,蛇口二水廠自控系統全面升級改造勢在必行。
2水廠簡介及自控系統現狀
蛇口二水廠日供水能力為10萬t,一、二期各5萬t,原水自水庫由兩路原水管進廠,經加礬、石灰后進入管式混合器、折板反應池、平流沉淀池、V型濾池、濾后出水經加氯處理后進入接觸池、清水池、吸水井,然后經二級泵站輸送至管網。
蛇口二水廠一期于1999年投產,其自控系統采用windows NT4.0操作系統和Macam97工控軟件,濾池PLC為施耐德TSX40系列,公共沖洗控制站PLC為施耐德TSX60系列,網絡選用的是Telway。蛇口二水廠二期于2008投產,其自控系統采用的是西門子Wincc操作系統,PLC為西門子S7系列,網絡選用的是Profibus-DP網絡。系統主要存在以下問題。
（1）蛇口二水廠一期的NT4.0系統安全漏洞較多,且不完全支持新版的殺毒軟件,因此在遠程控制及通信上存在較大安全隱患,容易被病毒攻擊而造成系統崩潰,現基本處于不聯網或間斷式聯網工作方式。
（2）蛇口二水廠一期部分現場PLC及其配件因使用年限過長損壞,且施耐德公司已于2000年淘汰了TSX系列產品,不再提供備件供應。
3蛇口二水廠自動化升級改造分析
3.1改造目的
改造的最終目的是為蛇口二水廠一、二期生產線建立一個統一的、功能完善的自動化控制系統,以實現提高生產質量,減少工人勞動強度,降低生產成本,保障生產安全。具體細化如下包括合并計算機監控系統；更換一期濾池PLC；修改二期濾池PLC程序；合并一、二期公共沖洗PLC程序。
3.2改造中注意事項
原有系統的功能需實現,并保證系統的穩定性；由于水廠社會職能的特殊性,必須盡量保證不停產改造。必須停產施工的環節,應安排在深夜供水低峰時實施。
3.3改造方案
鑒于蛇口二水廠自控系統的現狀,宜分計算機監控系統與PLC系統兩塊分別進行改造。
3.3.1計算機監控系統
淘汰一期的Macam系統,在二期的Wincc系統上進行升級,將一期的監控項目合并到二期的監控系統中,形成新的合二為一的計算機監控系統。
3.3.2PLC系統
現有PLC系統存在一套監控系統中同時連接多種網絡而導致監控計算機運行不穩定的情況,因此有需要將PLC系統的網絡合并,減少計算機網絡通訊的負擔。故改造中更換了一期所有PLC硬件,硬件選型選用與二期同品牌的PLC產品,并將新的PLC與二期PLC連接在同一個網絡上。
3.4改造結論分析
如圖1所示,蛇口二水廠自控系統改造完畢后,中控室與二水廠之間采用光纖網絡互連,公司各級
管理部門均可實時掌握相關生產數據以及視頻圖像。基于Wincc的新監控系統實現了一期、二期的統一管理,其監控界面能顯示整個系統結構圖,全場建筑示意圖、工藝流程圖、高低壓配電系統圖、沉淀池、濾池、接觸池、清水池、二級泵房、污水泵房、加藥系統以及檢測儀表等畫面,并可實現動態效果；在報警功能方面實現了對生產設備的參數越限、運行狀態失控的報警,報警方式通過改變CRT畫面色彩、閃爍等來指示。在控制功能方面實現在在中控室自動控制一期、二期的任意一道工序,也可以對各設備進行一對一的遠程操控。
4結語
相對于蛇口二水廠的原自控系統,新系統具備了以下優點。
（1）可靠性。整個系統采用模塊化設計,使用的PLC產品均為同一品牌（西門子）,分層、分布式結構,控制、保護、測量之間既相互獨立又相互聯系,工業電視監控系統對水廠的現場情況了如指掌。
（2）先進性。以無人值守、少人值班為立足點,各工序、設備均可由中控室直接控制。
（3）經濟性。有較高的性價比,主要設備均采用較高的國際/國內知名品牌產品,其可靠性和性價比均有保障。
（4）實用性。系統設計了多了控制層面,既考慮到日常工作的全自動化,又考慮到事故狀態的應急措施。改造后的新系統滿足了蛇口二水廠的生產運營及管理需求,提高了生產安全水平和生產效率。
參考文獻：
關鍵詞：水廠自動化系統防雷瞬間過電壓
隨著計算機技術(Computer)、控制技術(Control)、通訊技術(Communication)、顯示技術(CRT)的發展和廣泛應用，目前水廠的自動化控制普遍采用由工業計算機IPC或可編程控器PLC組成的集數據采集、過程控制和信息傳送于一體的監控網絡。由于這些設備大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元，其對瞬間過電壓的承受能力大幅降低，成為水廠受雷電損害的主要設備。所以對自動化系統采取有效的保護措施是非常必要的，明析瞬間過電壓產生途徑和危害是正確采取防護措施的前提。
一、瞬間過電壓的產生
瞬間過電壓是指在微妙至毫秒之內所產生的的尖峰沖擊電壓而非一般電源上的所謂過壓(一般電源過壓可能維持數秒及以上)，瞬間過電壓有兩種產生途徑：雷擊和電氣開關動作。
1、一般構筑物避雷網只能保護其本身免受直擊雷損害，雷擊會通過以下兩種方式破壞電子設備：①直擊到電源輸入線，經電源線進入而損害設備，因電力線上安裝的各種保護間隙和電力避雷器，只可把線對地的電壓限制到小于6000伏(IEEEC62.41)，而線對線無法控制。②以感應方式(電阻性、電感性、電容性)偶合到電源、信號線上，最終損害設備。
2、當電流在導體上流動時，會產生磁場存儲能量并與電流大小和導線長度成正比，當電器設備(大負荷)開關時會便產生瞬間過電壓而損害設備。
二、瞬間過電壓對電子設備的危害
瞬間過電壓使電子設備訊號或數據的傳輸與存儲都受到干擾甚至丟失，至使電子設備產生誤動作或暫時癱瘓；重復影響而降低電子設備壽命甚至立即燒毀元器件及設備。這一切都會給生產和工作帶來較大損失。
通常水廠自動化系統的控制站都置于構筑物之中，網絡線、電源線鋪設于電纜溝中，因而遭受直接雷擊的可能性不大，其防護的主要對象是雷電波侵入(感應)。按國外資料統計雷電波侵入(感應)占計算機類設備雷擊事故原因的85%，按成都市自來水總公司資料統計占水廠自動化系統雷擊事故原因的100％。雷電波侵入(感應偶合)對自動化系統的破壞，主要是通過侵入電源線、天饋線、通訊線和信號線而分別損壞電源模板、通訊模板、I／O模板；也可能因感應從信號采集線和接地網引入有害的信號電流和接地電流，損壞自動化系統或影響其運行。
根據瞬間過電壓產生、危害途徑和自控系統大量采用高度集成化的CMOS電路和CPU單元及集控制、通訊、監測為一體且分散面廣的特點，我們認為對自控系統要盡可能降低雷電帶來的損失，就必須采取系統的、綜合的防雷措施。特別應從配電系統防雷、自控系統網絡線路防雷、構筑物防雷和合理接地等四方面著手。
1、自控配電系統的防雷
當雷擊輸電線或雷閃放電在輸電線附近時，都將在輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量主要集中在工頻至幾百赫的低端，容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進入自控設備的電源模塊以及從配電線路感應到同一電纜溝內的自控網絡線上進入自控設備的通訊模塊的幾率比從天饋和信號線路進入的要高得多。因此配電線路的防雷是自控系統防雷的重要部份。
水廠的配電系統在高、低壓進線都已安裝有閥型避雷器、氧化鋅避雷器等避雷裝置，但自控設備的電源機盤仍會遭受雷擊而損壞。這是因為這些措施的保護對象是電氣設備，而自控設備耐過壓能力低，同時，這些避雷器啟動電壓高而且有些有較大的分散電容，與設備負載之間成為分流的關系，如《圖一》，從而加在自控設備上的殘壓高，至少高于避雷裝置的啟動電壓，一般為峰峰值2-2.5倍(單相殘壓不低于800V)，極易造成自控設備損壞。同時大型設備啟停產生的操作過電壓也是危害自控系統的重要原因之一。
由上述，用單一的器件或單級保護很難滿足要求自控設備對電源的要求，所以對電源防雷應采取多級保護措施。具體級數根據各自實際情況而定，《圖二》為自來水司水廠采用的三級保護方案。(原有的高壓避雷器保留)
第一級在變壓器二次側，主要泄放外線等產生的過電壓，其雷通量大，啟動電壓高(920-1800V)。第二級在各控制站PLC專用隔離變壓器前，主要泄放第一級殘壓、配電線路上感應出的過電壓和其它用電設備的操作過電壓、其電流通量居中，啟動電壓居中(470-1800V)。隔離變壓器的安裝非常重要，它能有效抑制各種電磁干擾，對雷電波同樣有效。末級在PLC專用電源模板前，主要泄放前面的殘壓，完全可達到箝位輸出，其殘壓低，響應時間快。
有條件盡可能以從總配電柜開始將自控系統的電源線單獨布排。各級避雷器應盡量靠近被保護設備以免雷電侵入波發生正的全反射。各級啟動電壓可據系統而定，但末級應盡量達到箝位輸出。國內和國外的各系列電子避雷器均有較好的性能，其原理圖如圖三。有些還增加了放電管、雷擊計數器、避雷器漏電流檢測電路，其使用、檢測很方便。自來水司水廠采用電子避雷器后其自控系統一般不會在再遭受過電壓損壞。
2、通訊線、天饋線避雷
自控系統通訊線一般都采用特制屏蔽雙絞線(如DH+、MB+)，并且一般在安裝時都是穿管直埋(或電纜溝)鋪設，所以雷電在此處的感應電壓不高(1KV-2KV)。但由于其直接進入PLC或計算機通訊口這一薄弱環節(正常電壓一般為正負5V、12V、24V、48V等)，故損害也很大。計算機數據交換或通訊頻率是從直流到幾十兆赫茲(據系統而定)，在選用避雷器件時一般都不采用氧化物避雷器，因為它的分布電容大、對高頻損耗大，除非對之進行特殊處理。通常避雷器原理如《圖四》，其中箝位二極管殘壓很低，若額定電壓為24V，則殘壓在于24-30V之間。選用此類避雷器時應以通訊電平和頻率或速率來確定，對于比較高頻的訊號便需要特殊設計的防雷器以確保其阻抗與該系統對應，否則會有信號反射的現象。避雷器應靠近通訊接口處安裝(減小反射損耗)。網絡通訊線路避雷的最好方法當然是采用光纖網絡。
水廠與上級部門及水廠之間的無線電通訊一般距離近，功率低，其連接線都采用同軸電纜。所以對天饋的防雷主要是選用同軸電纜避雷器(直擊雷防護見后)。我們知道，雷電波能量主要集中在工頻和幾百赫的低端，與有用通訊信號頻段相距很遠。把這兩種信號分開的有效手段就是采用高通濾波器，在選用這類產品時，應據通訊頻率和傳輸功率而定(天線應置于構筑物避雷網45°角內，否則須有相應接地措施)。目前國內市場上的同軸電纜避雷器就是利用這一原理。
3、控制站構筑物的防雷
總控站是控制和信息中心，集中了很多位重值高的計算機設備、通訊設備、儀器儀表，大多數還有電臺和天饋線，是全廠生產監控、調度中心，在裝修中大量采用了鋁、鐵等金屬材料，所以在防雷上的要求就更高一些，其目的是要形成均壓等電位屏蔽措施。
控制站所在構筑物應安裝避雷帶、避雷網，只安裝避雷針效果不好，因為水廠構筑物高度雖低，但地勢空曠，臨近水源，所以極易遭受各方向的各種形式的雷擊。控制站所在構筑物的接地電阻須小于10歐。
有天饋線或通訊鐵塔的應安裝避雷針，并置于構筑物避雷網45°角內，避雷針以及通訊鐵塔的接地除用建筑物內鋼筋結構接地以外，還應單獨鋪設引下線引至構筑物接地網。如只采用構筑物鋼筋結構接地，因為在構筑物修建時其鋼筋焊接質量不一定能得到保證，雷擊時其均壓要求不能保證而易在構筑物內出現強磁場。構筑物外墻上的所有金屬門窗應接入構筑物的接地網。
前面已述，雷電的危害途徑主要通過感應而進入自控系統，所以避雷針、帶、網的引下線應盡量多設幾條，使雷電電流有更多的分流途徑，以減小每條線上的泄放電流量從而降低感應能量。室內計算機、自控設備要盡量置于遠離避雷網導地金屬體。
4、合理接地
防雷的最終措施是"泄放"，因而對"接地"切不可輕心。一般廠內的接地主要有構筑物接地、配電系統及強電設備接地、計算機自控系統接地。如這三種接地配置不合理，極易在雷擊時通過接地網對自控系統造成反擊。
計算機自控系統是一個特殊用電系統，它包括以下幾種接地：系統工作地(小于4歐)，直流工作地(信號屏蔽地、邏輯地等小2歐)，安全保護地(小于4歐)。在安裝時難以分開(特別是對PLC系統)，對這一系統采用聯合接地較好。接地電阻取最小值，至少小于2歐。
目前水廠的三大接地網一般是分開設置的。雖然也有采用部分聯合接地的，但我們認為，在水廠還是分開設置較好，原因有以下幾點：
l、水廠構筑物大多數在修建時未考慮計算機等弱電設備，且其接閃地和設備地本身已分開設置。
2、一個水廠內，為普通用電設備供電的高、低壓配電系統中，都采用一個接地系統，由于用電的復雜性，在運行和雷擊時常常使零線(地線)電流不為零(Id)。如采用聯合接地時(Rd)，必然使計算機接地電位抬高到IdRd，從而可能造成反擊。
3、新增計算機、PLC系統時，若要與構筑物接地、配電系統及強電設備接地聯合接地，其接地電阻小于0．5歐較安全，這樣一方面造價太高，在某些地質條件下很能難做到，另一方面對舊地網(特別是老水廠)處理時比較困難。
地網分開設置時應注意避免地網之間的閃絡。雷擊時，會在地網及附近導體中產生很高電位，地網分開，則可能造成接閃接地體向其它接地體閃絡。所以，地網之間的距離SK當涉及自控系統接地時應大于10M。在接地線引入室內時，若與其它地網距離太近，可局部采取既絕緣又屏蔽的措施。
5、避雷器的選型及安裝布線
要發揮良好避雷功能，防雷器應不會對保護的設備或線路造成任何干擾和中斷現象；具有低"通過"電壓(將瞬間過電壓降到設備能承受的范圍)；能承受高電流(二次感應電流一般不會超過10000A)；反復使用壽命長且具有狀態顯示。電源避雷須提供相對地、中對地及相對中的全面保護作如《圖5》。
摘要：下文主要針對水廠自動化設計，做出簡要分析，做出探討，從設計方案逐步入手。
關鍵詞：水廠；自動化；設計理念
一、系統總體方案
可以根據水廠各生產環節，按工藝及地理位置布局要求，水廠控制系統一般采用分布式控制方案，在每一生產區域設立現場控制站，完成對本區域內設備和過程的監視，操作和控制，區域則按工藝及設備分布劃分，各站之間通過可靠性高和實時性強的工業局域網絡相連，實現N:N對等通信，達到管理集中和控制分散的目的。因此需要采取分層結構模型，設立公司級，工廠級，區域級，單元級，設備級及裝置級，據此，系統設置現場監控站和一個中央控制管理站。
現場監控站由現場控制單元和現場操作站組成，現場控制單元負責區域內所有設備和過程的數據采集，順序控制和參數調節，由PLC或PLC網絡組成，現場操作站承擔CRT顯示，故障報警，參數設置，現場操作和數據存儲等工作由于控機和工控組態軟件構成。現場控制單元和現場操作站均作為獨立的節點。掛于局域網上，且均可視為局域網上的一個節點站。現場操作站的另一種設置方法為通過串行口直接連于現場控制單元PLC的串口上，此時，操作站則被視為控制單元的操作終端。中央控制管理站負責對全廠工藝流程及重要設備的工作狀況進行監視、控制。通常由數臺工控機組成，除含有各操作站各項功能外，還負責數據處理報表打印等功能。
二、系統構成及主要控制設備
1.系統功能:
根據地理位置及功能劃分，由中控室主站及設在現場的三個子站和與公司供水調節SCADA系統互聯通訊子站構成。
(l)中控室主站中控室主站設置三臺工控機，一臺作實時顯示，對各分站監控管理;一臺作數據處理;還有一臺供維護、調試、管理使用。配一臺數字式投影儀，大屏幕動態顯示全廠工藝流程及設備運行狀況。
(2)現場子站按照工藝流程及平面布局設置，設泵站、投加、濾池三個現場子站.各子站設操作員終端，方便現場監控、維護、管理。
①泵站子站
1#PLC子站負責監控及管理取水泵站、送水泵站、回收水泵站及配電系統。主控處理器設在送水泵站PLC機柜內。PLC監控7臺送水機泵及閘閥工況，機泵啟停操作及運行、保護等，采集出廠水流量、壓力、濁度、pH、余抓以及清水池水位等參數.采用1400系列電量監測儀檢測并顯示各臺機泵以及饋電、進線、母聯回路的電量參數，并通過遠程I/0鏈與主控處理器通訊.取水泵站采用適配器通過遠程I/O鏈與主控處理器進行通訊”PLC監控5臺機泵及閘閥工況及運行、保護等，采集吸水井水位、上水管壓力及流量、原水pH、濁度、水溫等參數，對機泵及清垃機啟停操作控制。
回收水泵站采用適配器模塊與主控處理器通訊，PLC監控回收水泵站機泵的啟停。PLC還監控沉泥池2臺排泥車的啟停操作控制及故障檢測，并在每臺排泥車的電氣控制柜內設置小型邏輯控制器(SLC)，對排泥車進行過程控制。
②投加子站2#PLc子站負責監測及管理投礬、加灰、加抓、加氨工藝及設備.主控處理器設在投加中央控制室PLC機柜內.因加灰點距此較遠，故在那兒放置PLC機柜，設適配器模塊經遠程I/O鏈與主控處理器通訊.由于礬、灰、抓、氨投加均引進國外自動化設備，所以PLC僅用于投加設備的狀態參數檢測、越限事故報替及后加抓系統控制，并采集水質參數及藥劑的稱重量、投加量，送主站監視及處理。
③濾池3#PLC子站包括濾池和沉淀池.主控處理器設在濾池PLC機柜內.PLC對24格V型濾池出水氣動蝶閥分別進行等速調節控制，保持過濾時砂面以上水位穩定。當過濾周期、水頭損失、清水池出水濁度中任一個達到設定值時，濾池自動反沖洗。按工藝要求進行掃洗、氣水反沖洗、漂洗的順序控制，也可以人工請求手動強制沖洗。
④與SCADA系統聯網采用MOTOROLA公司的MOSCAD系統設備與PLC互連.由MOSCADRTU收集調度所需的全廠必要數據，利用公司現有的800MH:集群系統，實現實時查詢水廠及管網生產參數.
2.系統組態軟件設計
a.全廠平面布置圖
b.全廠凈水工藝流程圖
c.全廠電氣主結線圖
d.取水泵站監視圖及參數圖
e.送水泵站監視圖及參數圖
f.全廠配電系統參考圖
g.單臺水泵電機監控圖
h.出廠水24小時壓力流量、水質參數圖i，濾池總監視圖1.單個濾池監控圖及參數趨勢圖k.沉淀池監控圖1.加氨工藝流程圖m.加氯工藝流程圖11.加礬工藝流程圖0.加灰工藝流程圖p.各類報警圖考慮到儀表、設備更換等因素引起參數采集值變化，在畫面上設計“參數設定”畫面，必要時在鍵盤輸入修正值即可。
另外，還設置事故報警提示畫面，便于值班人員判斷原因，迅速處理。在全自動方式下，一、二級泵站機組開停可由以下因素決定:一級泵站控制:
1.清水池水位低于下限時，必須有一臺泵組運行;
2.清水池水位下降速率超過警戒限及清水池水位未達到上限替戒水位時，至少保持一臺泵組運行;
3.泵組運行臺數所進的水量與二級泵站出廠水量相對應;根據比值及清水池水位高低，水位上升或下降速率等因素決定泵組開停，盡可能保持清水池經常處于高水位，同時又要保證泵組不能頻繁動作，每啟動一臺泵，運行時間不能少于1小時。
配電站控制:所有進線柜、母聯柜、饋電柜均可通過計算機PLC自動合分閘，所有電氣故障均立即在屏幕上顯示，并發出聲光報警信號，部分影響正常運行的故障則自動跳閘保護或切換開關，違反電氣操作規程的操作，均被鎖定，不予執行。在手動方式”LC自動跟蹤手動調節器的運作及收集資料，自動調整模型參數，另一方面，又用來設置設定值，使其具有自學習功能，成為一模糊控制器。
與SCADA系統聯網:公司中心調度室與水廠距離較遠，為實現兩者之間的通訊，系統采用MOTOROLA公司的MOSCAD系統設備與PLC互連。由MOSCADRTU收集調度所需的全廠必要數據，利用公司現有的800MHz集群系統，實現實時查詢水廠及管網生產參數。
三、問題討論
1.水廠自動化是一項綜合課題，在系統總體設計時，除考慮實現安全供水和水質質量的主要目的外，還必須考慮到操作者的需要和供水服務的連續性要求，以及系統持久性與公司未來發展規劃一致性間題。現場一級部分設備的手動控制機構仍有必要保留，以防PLC工作站萬一出現較嚴重故障而不能迅速修復時，造成失控現象，從而提高整體全性。同時必須保證精確的檢測儀表和動作可靠的執行機構。
2.部分水廠自控系統由公司科研室會同設計室、水廠共同設計、開發、安裝、調試，這樣有利于自己的技術人員掌握這套系統和日后的運行管理及維護，而且完全符合水廠實際運行情況，降低建設成本。而且由于統一選型，避免某些新建水廠由于各子站分別采用不同控制系統所產生的系統矛盾及缺陷。水人員直接參與系統安裝和調試是保證系統正常發揮作用的重要條件之一。
3.冗員問題，是阻礙自來水行業實現自動化的障礙之一，自動化程度提高，必然導致出現富余人員，因此必須處理好安置間題，否則達不到自動化的目的，但自控系統需要增加一些專業找術人員來進行維護管理。
4.必須設立相應的維護班組，值班維護組可以處理任何操作間題.這個班組應具有系統所有設備的軟件維修和硬件服務所需的技術知識。齊全的設備配件，可使維修組盡快地完成維修工作，使故障設備的停機時間縮至最短。必須認真對待信息處理，在對其進行后期處理時，不應破壞控制系統的實時性。
本文結合某凈水廠的工藝流程，分析了自動化控制系統的軟件及硬件設計選型。
關鍵詞：
工藝流程；計算機管理系統；硬件設計；軟件設計；PLC
1凈水廠概況
浙江某凈水廠設計規模為10萬m3/d，供水水源為水庫水，原水經7kmDN800引水管道進入凈水廠，供水系統為全程重力自流供水，出廠水經消毒后重力自流至城區配水管網。
2工藝流程
本工程凈水處理系統工藝流程為：源水來自水庫，依次進入綜合池、V型濾池、清水池，經處理后，輸送至城市管網。本工程污水處理系統工藝流程為：綜合池產生的污泥排入排泥水調節池、提升至濃縮池濃縮后，進入污泥脫水機房，脫水后污泥外運。濾池的反沖洗水經回用水池提升至綜合池回用。本工程各類藥劑投加點：礬投加至管道混合器，石灰和高錳酸鉀投加至管道混合器前，粉末活性炭投加至折板反應池中部，氯氣投加至管道混合器前、清水池進水管和清水池出水管。
3中央控制室計算機管理系統
中央控制室計算機管理系統設于生產調度大樓的中控室，采用具有C/S（客戶機/服務器）結構形式的計算機網絡，同時可支持B/S（瀏覽器/服務器）結構形式，并可以與上級系統和周邊系統鏈接，現場站與中央控制室之間通過工業以太網光纖環網進行數據通信。中央控制站主要完成全廠的數據通信和調度管理。計算機系統建立在開放的、可靠的網絡環境中，系統中的硬件和軟件都具有可靠性、開放性和先進性。操作員站采用基于客戶機/服務器結構的Windows7操作系統，服務器操作系統采用WindowsServer2008操作系統。
3.1計算機管理系統設計
全廠控制網絡分三層。第一層為信息層：由2臺監控計算機、2臺數據服務器、1臺WEB服務器、1臺工程師站、網絡打印機等的基于IEEC802.3標準的以太網組成，在中央控制室設置1套100/10Mbps24口工業以太網交換器，用超五類網線相連，形成星形拓撲結構。第二層為控制層：由中控室監控計算機至廠內現場主站基于IEE802.3標準的工業以太網光纖環網組成。第三層為設備層：由現場控制主站至設備控制箱、現場儀表基于IEC61158標準的現場總線或常規I/O組成。
3.2計算機管理系統硬件設計
服務器及控制計算機選用DELL產品。工業以太網交換機采用MOXA品牌，PLC和觸摸屏均采用施耐德公司的產品。不間斷電源選用APC產品。
1）計算機技術性能
（1）CPU：酷睿i5-4570（四核，3.20GHzTurbo，6MB）。
（2）內存：DDR34GB。
（3）硬盤：SATA串行硬盤500G。
（4）光驅：光驅DVD±RW。（5）顯示器：24寸寬屏液晶顯示器。
2）數據服務器技術性能
（1）CPU：英特爾至強六核E5-2630。
（2）內存：4GBRDIMM，1600MT/s，低電壓，單列，x4帶寬。
（3）硬盤：300GB15KRPM6Gbps近線SAS熱插拔硬盤*4。
（4）光驅：DVD。
3）工業以太網交換機技術性能
（1）工業級以太網產品，符合標準的IEE802.3以太網標準，支持STP/RSTP協議，可構建快速冗余以太環網，單臺自愈時間≤30ms。
（2）帶有SNMP管理單元。
（3）支持Port-basedVLAN協議，可以對網絡進行靈活的子網劃分。
（4）支持QoS，對信息設定不同的優先權。
4）UPS不間斷電源技術參數
（1）雙變換在線式。
（2）具有較強的抗過載能力，至少要能夠達到125%的過載。
（3）具有人性化觸控式按鍵，清晰易懂的LED界面，可完整顯示UPS狀態、負載、電池容量、電池更換指示等詳細信息。
（4）能夠在130V~275V輸入電壓范圍內正常使用。
（5）具備短路保護裝置，發生故障時自動停機，故障消除后自動恢復。
（6）具備防雷擊保護裝置。
3.3計算機管理系統軟件設計
工業監控軟件采用亞控公司的KingSCADA開發平臺，在此平臺上設計開發用戶所需的生產管理系統。根據生產過程工藝儀表采集到的數據，生產設備運行中狀態信號和電氣數據以及化驗數據和其他信息等，協調和管理全廠的生產調度，打印生產報表、繪制趨勢曲線圖，報警及事件記錄。生成凈水廠的生產工藝流程、變配電系統實時動態圖，反映生產工藝流程的實時數據、完成報警、歷史數據、歷史趨勢曲線的存儲、顯示和查詢。生成各類生產運行管理的班報、日報、月報和年報表。在線生產成本分析系統具有對任意一個或多個時間段的生產成本進行統計、查詢、比較、分析等功能，為生產決策提供可靠依據。
4自動化控制系統
自動化控制系統采用PLC控制器，通過采集現場儀表的生產實時數據和控制設備的狀態信息，根據現場工藝的要求，實現凈水廠的過程控制、順序控制、連鎖控制、設備的開機、停機等各種操作，完成凈水廠的自動控制。自動化控制系統集成了計算機技術、通信技術、高性能PLC及智能化儀表。集中管理生產過程中的信息，以實現整體操作、維護、管理和優化；同時，也使得控制風險分散，提高系統可靠性。
4.1控制系統站點分布
本工程在廠區設置5個PLC主站和11個PLC濾池子站。5個PLC主站分別為：綜合池PLC主站、反沖洗泵房PLC主站、脫水機房PLC主站、加藥間PLC主站、加氯間PLC主站，每個濾格設置一個濾池子站，共11個濾池子站。PLC主站與SCADA服務器組成100M工業以太網光纖環網。所有PLC主站按無人值守的運行管理方式。
4.2控制系統硬件設計
根據生產設備、生產管理、工藝流程、構筑物位置分布相對分散的特點，系統選用施耐德電氣基于可編程序控制器（PLC）的控制系統。每個控制主站采用施耐德電氣的ModiconQuantum熱備系統（CPU67160系列）。11個濾格子站，采用施耐德電氣的ModiconM340（BMXP342020系列）控制系統。140CPU67160是ModiconQuantum系列最高端控制器，專用于雙機熱備冗余系統。CPU采用Pentium型芯片，主頻266MHz，內置RAM，并提供兩個PCMCIA擴展插槽，能夠很容易地滿足最大限度要求的程序擴展和數據保存。存儲器容量可以用PCMCIA卡（存儲程序、常數、變量名和注釋，備份文件等）進行擴展。集成Modbus、ModbusPlus、TCP/IP（熱備端口）、USB等多種通信端口，便于與其他設備實現數據交換。CPU上集成液晶顯示屏幕，用于顯示系統的運行、故障、通信等狀態信息和設置系統的相關參數。帶有后備電池的SRAM，可以在控制器斷電的情況下保存應用程序和數據。140CPU67160集成了100M的光纖通信端口，完成主備CPU模塊的數據同步。QuantumCPU使用可擦寫存儲器技術，支持控制器的執行存儲和指令集。這一最新的非易失存儲器技術，在不更換存儲器卡的情況下只需通過Modbus或ModbusPlus即可實現操作系統更新。
4.3控制系統功能設計
各PLC現場控制站設計具有下列功能：
（1）具有實時監測所屬監控工藝流程范圍內的生產過程參數（壓力、流量、液位）、水質參數（溫度、濁度、PH值、余氯等），并對采集的上述參數進行處理同時供上位機儲存、顯示。
（2）具有實時監測所屬監控工藝流程范圍內主要設備的運行狀態，并對其進行采集、處理同時供上位機儲存、顯示。
（3）具有全自動控制或調節計量泵、水泵、鼓風機、閥門等設備。
（4）具有自動進行越限保護處理和設備故障自動進行保護。
（5）具有可靠的安全措施，具有保護口令，防止越權修改程序。
（6）系統具有較強的自檢功能和故障自恢復功能。能夠承受運行中的各種干擾。
4.4控制系統開放性和可擴展性
開放性的系統整體結構可以保證系統具有較長的生命周期，系統在投入運行以后可能會有一些變化調整，因此系統必須具有靈活的結構，具有良好的開放性，在軟件和硬件的配置上能靈活增減。具有強大的系統維護和診斷功能，保證系統安全、可靠的運行。自動化控制系統的可靠性是整個系統長期穩定運行的關鍵因素。PLC、網絡設備、監控軟件等系統核心部件以及斷路器、開關電源、繼電器、接線端子等易損件均選用工業級、抗干擾能力強，在凈水廠自動化系統領域有長期運行經驗的國內外知名品牌。整個自動化系統能夠在嚴格的工業環境下長期、穩定地運行。系統組件的設計滿足國內、國際的安全標準，并且易配置、易接線、易維護、隔離性好，結構堅固，抗腐蝕，適應較寬的溫度變化范圍，能夠承受工業環境的苛刻條件。系統提供高度的在線維護性能。任何節點故障、離線或從系統中移去不會影響其他節點正常運行，具有標準的對外通信接口，便于與其他控制系統通信。選用高質量的設備搭建的系統架構，不僅可以保證系統穩定、可靠的運行，也將大大減少投運后的維護工作量、并節約二次投入的資金，同時避免因系統故障導致的損失。
作者：斯東浩 單位：浙江浙大中控信息技術有限公司
參考文獻
