北京第九水廠自控系統介紹
0引言
北京第九水廠采用日本oecf貸款，經過招投標、分三期建設。1988年一期工程投產，1994 年二期工程投產，2000年三期工程投產運行，現日供水能力150萬m3，占北京市總供水量的6 0%，是亞洲最大的水廠之一。
由于運行設備、儀器儀表復雜多樣，給自控系統的正常運行和穩定控制提出了很多題目，在解決這些問題的過程中，我們有收獲、有教訓。在此，對第九水廠現已全面穩定運行的自控系統作較完整的介紹，經便同行對此有更新的了解。
1 供水工藝及運行方式
北京第九水廠包括一座凈配水廠(位于清河)、一座污泥處理廠(位于清河)、兩座取水廠( 懷柔取水廠、密云取水廠)。水源取自密云水庫和懷柔水庫，經3條dn2 200的管線輸送到凈配水廠。
(1)密云取水廠工藝：密云水庫調流閥調節流量加氯送水至清河凈配水廠。其中主要設備為dn1 600調流閥和電動蝶閥各2臺，加氯機3套等。
(2)懷柔取水廠工藝：懷柔水庫隔網隔柵攔污加氯取水泵送水至清河凈配水廠。其中主要設備為兩種調速取水機組共3套，取水機組3套，液壓球閥6臺，兩種加氯機共6套。
(3)一期凈水主要工藝：配水井加藥反應、沉演(機械加速澄清池)砂濾(虹吸)炭濾( 虹吸)加氯清水池出水泵房。其中主要設備為排泥閥60個，氣動隔膜閥192個，(一、二期共用一個加藥加氯間和一個配水泵房)。
(4)二期凈水主要工藝：配水井加藥反應、沉演煤濾炭濾加氯清水池出水泵房。其中主要設備為炭電動調節進水堰14臺，刮泥機4臺，攪拌機8臺，煤、炭濾池各24個( 采用電動執行裝置)，反沖風機3套，反沖泵3套；一、二期共用一個加藥加氯間和一個配尿泵房，采用加氯機13臺，兩種加藥泵共14套，調速配水機組4套，定速配水機組2套，液壓轉芯閥5臺，加氨機6套等。
(5)三期凈水主要工藝：配水井加藥反應、沉演煤濾炭濾加氯清水池出水泵房。其中主要設備為電動調節堰8臺，電動進水堰8臺，吸泥機8魘，攪拌機10臺，煤、炭濾池各24個(采用氣動執行裝置)，反沖風機3套，反沖泵3套，加藥泵6套，加氯機7套，調速配水機組2套。定速配水機組3套，液壓轉心閥5臺，加氨機5套等。
第九水廠運行人員根據供水集團公司中心調度室下發的調度指令，通過設置在各控制室的自控裝置，控制有關設備，進行取水、配水、凈水等一系列的自動控制、調節、監視操作。
2 自控系統構成及控制原則
北京第九水廠自動控制系統采用日本橫河cenrum、μ xl和cs3000系統；二、三期濾池控制部分采用modicon plc控制。整個自動控制系統的監控量為：di4 300點、do1 500點、ai1 2 12點、ao210點、pi30點。本著第九水廠是一個整體的原則，一、二、三期只有一個中心調度室，集中管理、控制全廠的生產運行。
所有運行設備的控制層次分為兩級：現場電器控制盤操作(現場級)、遠方計算機監控(中央級)。控制原則為：現場級優先、電器設備的繼電保護由現場電器盤自行完成。
2.1密云取水廠
密云取水廠采用日本橫河μ xl系統，由一個操作站和兩個控制單元構成，監控數據通過通訊管理機、電臺與凈配水廠中心控制室進行雙向傳輸。
運行人員根據凈配水廠中心控制室的水量要求，通過調節2臺調流閥控制取水量。夏季進行加氯，以防輸水管道內的藻類滋生。同時監測原水水質，并與密云水局進行數據傳輸。
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圖1 凈配水廠監控系統結構示意
2.2懷柔取水廠
懷柔取水廠采用日本橫河cs3000系統，由一個工程師操作站、一個現場控制站和4個ri/o 組成，監控數據通過通訊管理機、電臺與凈配水廠中心控制室進行雙向傳輸。
運行人員根據凈配水廠中心控制室的水量要求，通過啟/停取水泵(3調3定)控制取水量。夏季進行加氯，以防輸水管道內的藻類滋生。同時監測原水水質，并與懷柔水利局進行數據傳輸。
2.3凈配水廠
整個凈配水廠有操作監視站21個、控制站18個、遠程i/o(ri/o)10個，通過hf總線、v net 、 e net網連接在一起，各監控站均可互相監視、互相控制(由于運行的安全可靠要求，采用分組方式進行監控限制)。凈配水廠監控系統結構見圖1。
2.3.1預處理
凈配水廠預處理設備基本采用crt手動控制方式，運行人員根據運行要求在監控站處對調節堰、進水堰、攪拌機、刮泥機等進行調控，同時監視原水水質參數和設備運行狀態。
2.3.2加氯和加藥
加氯控制采用按水量比例投加，人工設定加氯率，計算機控制加氯機自動調節，隨時監視各處余氯值，以判定加氯量是否合適。
根據加藥池狀態自動進行輸、配藥控制，加藥量采用比例投加方式，通過調整加藥計量泵的轉速、沖程實現。監視有關濁度參數，以確定加藥量是否合適。
2.3.3濾池
二、三期濾池為均質濾料微膨脹氣水反沖濾池，采用modicon plc控制，通過modbus總線接口與橫河空制系統相連，進行數據傳輸。
二、三期濾池各有24個煤濾池、24個炭濾池，第個煤濾池有6個閘、閥(進水閘、出水閥、進氣閥、排氣閥、反沖進水閥、排水閘)，每個炭濾池有4個閘、閥(進水閘、出水閥、反沖進水閥、排水閘)；二期濾池閘閥使用linitoq電動執行裝置，三期濾池閘閥使用keystone氣動執行裝置；煤濾池、炭濾池均為恒水位運行，煤濾池濾程為48小時，炭濾池濾程為6天。
濾池控制系統所控設備有閘閥的電動(氣動)執行裝置、反沖風機、反沖泵及相關儀表(液位、水頭損失、濁度、余氯、水量等)，二期、三期濾池監控點數各1600點左右；濾池控制方式采用現場手動和中央自動控制。
modicon plc模塊安裝于現場控制柜中，柜面上裝有現場顯示控制器；每個現場控制柜負責2個濾池的控制；plc模塊采用modicon120系列。
濾池控制室內設有2套modicon800系列plc，以雙機熱備方式工作，800系列ri/o負責濾池運行公共設施(風機、水泵)的控制及單個濾池么沖排隊、數據傳輸、運行參數的調整等。
二期濾池plc編程軟件使用美國taylor,三期濾池plc編程軟件使用modsoft,人機接口軟件使用fix。
2.3.4回流設備
回流設備運行采用crt手動控制方式，根據均勻回流的原則，監視回流池液位，人工控制定速、調速回流泵的運行。
2.3.5配水泵
配水泵的控制聽從中心調度室的命令。中心調度室根據集團公司中調的水量要求，下達定速、調速配水泵的組合指令，以調速泵運行為主。配水泵的啟/停一步化過程由自控系統完成，也右用crt手動操作。
2.4污泥處理廠
污泥處理廠采用日本橫河μ xl系統，由一個操作站和三個控制單元構成，通過門電路單元與橫河hf總線連接。
板框壓濾機采用plc控制，自成系統，其運行狀態通過上位處理機送μ xl系統。排泥池、提升泵房、濃縮池、脫水機房設備、儀表狀態均由操作站crt手動操作、監視。
3 自控系統運行維護的一些體會
十幾年來，北京第九水廠的自控系統在建設、運行、改造、管理的過程中，有收獲、有教訓，體會很多。
(1)在招投標過程中，要有自控系統人員參與，著重注意招標的設備要求和投標的設備提交是否能滿足工藝對自控功能的要求，及時修正那些不能提供控制功能的設備及電器盤柜，避免造成與自控系統銜接不上的問題。在九廠工程中，我們曾在這方面進行了大量的工作，包括修改遠方/現場無擾動切換、控制保持等等。
(2)在自控系統建立的過程中，要有自控維護人員參與，著重注意系統的構成及軟、硬件配置，在配合承包商按設計要求進行軟件編程的同時，深入了解控制系統，以便進行投運后的維護管理。事實證明，再完備的系統調試也有遺漏的地方，甚至在運行了幾年以后不會發現系統程序中的錯誤之處，更別提由于合同規定的現場工作時間的限制，一些外商根本來不及將程序一一測試。為了自控系統的及時、正常運行，很多調試工作就由我們來完成。
(3)不能盲目追求系統的完美、設備控制上的萬一，而應根據工藝運行的特點進行自控系統構建。從供水集團公司對第九水廠一、二、三期工程自控系統構建要求的變化，就可看到這個棄繁從簡的過程。一期控制系統的控制層次有：現場設備、現場電器控制盤、綜合盤、自控系統控制柜，運行人員在設備處、現場電器盤、綜合盤、計算機等處均可操作，實際運行中有些地方的操作基本不用，而無形中卻增加了許多故障點，造成許多不必要的問題。二期控制系統就減少了控制層次，只有二級：現場設備(或現場電器盤)、計算機，系統明顯簡化，維護量明顯減少。三期控制系統吸收了二期的優點，進一步提出簡單、實用、安全、可靠的指導思想，減少了費用，滿足了運行要求，利于系統的維護和完全善。以前為了一個萬一，要從工藝管道、系統軟件等各方面做大量的設置更改，造成工藝控制系統的繁雜；現在我們對于這樣的情況均退到計算機手動狀態，由運行人員進處理，待正常后再投入自動運行，一切清晰明了，反而提高了運行效率。
(4)不能盲目追求儀表的精度、產地和種類。要根據本廠所處理原水的特點，定出所需儀表類型和精度。對于關鍵性的監控設備和儀表，必須采用穩定可靠的監控設備，例如進、出水流量計等，而對一般監測儀表則不必強求精度或進口。二期工程中，我廠也購置了美國chem trac公司的流動電流儀，準備用于加藥控制，但實際應用效果卻不理想。經過分析測試發現，我廠水源屬于低溫低濁，且一年中溫度、濁度變化不大。經過加藥處理后，繁花形成不大，游動電荷的形成也很小，因此使得流動電流儀。的監測誤差較大，不易據此對加藥量進行穩定控制調節，而采用流量比例投加即可由到預期的效果。如果將流動電流儀用于高溫高濁，且水質變化較大的水處理廠，可能會取得理想的效果。另外，在一、二期工程時，我廠均采用德國e+h的流量計，三期工程時，通過調研發現開封儀表廠的e-mag流量計性能已有很大改進，質量也很穩定，就全部采用了開封流量計，經過兩年來的運行，效果不錯。
(5)建設部頒布的《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》主要指導思想就是：促進供水事業，縮短與國內外的差距，確保安全優質供水，努力降低成本。但技術進步絕不是以購置了多少先進技術設備、儀表為標準的，應主要看其是否發揮了先進的作用，是否促進了供水運行，是否降低了成本，是否提高了經濟效益。為此必須加強對進口設備、儀表的消化吸收工作，重視進口設備關鍵部件的國產化問題，完善文檔資料，規范維修過程，以減少故障時間，保證安全運行。
(6)加強對運行人員和系統維護人員的培訓，這是保證系統運行的關鍵。九廠的設備來自各個國家，設備、儀表種類繁多，各有特點。對于自控系統維護人員來講，決不能只關心軟件，各種設備的狀態直接影響自控系統的運行。在運行中，軟件程序一般是穩定的，而造成不可控的原因多數據是受控設備的問題，例如狀態信號沒反饋回來、設備控制回路故障等。所以我們要求自控系統的維護人員掌握所控設備的原理、性能、與控制系統的連接關系，以便及時、準確地判斷故障點。而加強對運行人員的培訓，既提高運行水平和巡視觀察的準確性，也提高了處理意外事故的能力。
(7)不斷注意對軟件的后期維護工作。由于最初的軟件制作只是對自控設計的基本滿足，在運行中肯定會有工藝行方式的改動，自控維護人員必須按新的需求作相應的修改，以保證運行。尤其在貫徹建設部《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》提出的二提高三降低 (即提高供水水質、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低藥耗)，優化運行的過程中，更會遇到凈水工藝的調整、運行設備的改造、運行程序的修改。
4 結束語
北京第九水廠自控系統在運行過程中克服了各種各樣的問題，現已達到穩定運行狀態，實現了設計和運行要求，在供水生產中發揮了重要作用。
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