北京第九水厂自控系统介绍
0引言
北京第九水厂采用日本oecf贷款，经过招投标、分三期建设。1988年一期工程投产，1994 年二期工程投产，2000年三期工程投产运行，现日供水能力150万m3，占北京市总供水量的6 0%，是亚洲最大的水厂之一。
由于运行设备、仪器仪表复杂多样，给自控系统的正常运行和稳定控制提出了很多题目，在解决这些问题的过程中，我们有收获、有教训。在此，对第九水厂现已全面稳定运行的自控系统作较完整的介绍，经便同行对此有更新的了解。
1 供水工艺及运行方式
北京第九水厂包括一座净配水厂(位于清河)、一座污泥处理厂(位于清河)、两座取水厂( 怀柔取水厂、密云取水厂)。水源取自密云水库和怀柔水库，经3条dn2 200的管线输送到净配水厂。
(1)密云取水厂工艺：密云水库调流阀调节流量加氯送水至清河净配水厂。其中主要设备为dn1 600调流阀和电动蝶阀各2台，加氯机3套等。
(2)怀柔取水厂工艺：怀柔水库隔网隔栅拦污加氯取水泵送水至清河净配水厂。其中主要设备为两种调速取水机组共3套，取水机组3套，液压球阀6台，两种加氯机共6套。
(3)一期净水主要工艺：配水井加药反应、沉演(机械加速澄清池)砂滤(虹吸)炭滤( 虹吸)加氯清水池出水泵房。其中主要设备为排泥阀60个，气动隔膜阀192个，(一、二期共用一个加药加氯间和一个配水泵房)。
(4)二期净水主要工艺：配水井加药反应、沉演煤滤炭滤加氯清水池出水泵房。其中主要设备为炭电动调节进水堰14台，刮泥机4台，搅拌机8台，煤、炭滤池各24个( 采用电动执行装置)，反冲风机3套，反冲泵3套；一、二期共用一个加药加氯间和一个配尿泵房，采用加氯机13台，两种加药泵共14套，调速配水机组4套，定速配水机组2套，液压转芯阀5台，加氨机6套等。
(5)三期净水主要工艺：配水井加药反应、沉演煤滤炭滤加氯清水池出水泵房。其中主要设备为电动调节堰8台，电动进水堰8台，吸泥机8魇，搅拌机10台，煤、炭滤池各24个(采用气动执行装置)，反冲风机3套，反冲泵3套，加药泵6套，加氯机7套，调速配水机组2套。定速配水机组3套，液压转心阀5台，加氨机5套等。
第九水厂运行人员根据供水集团公司中心调度室下发的调度指令，通过设置在各控制室的自控装置，控制有关设备，进行取水、配水、净水等一系列的自动控制、调节、监视操作。
2 自控系统构成及控制原则
北京第九水厂自动控制系统采用日本横河cenrum、μ xl和cs3000系统；二、三期滤池控制部分采用modicon plc控制。整个自动控制系统的监控量为：di4 300点、do1 500点、ai1 2 12点、ao210点、pi30点。本着第九水厂是一个整体的原则，一、二、三期只有一个中心调度室，集中管理、控制全厂的生产运行。
所有运行设备的控制层次分为两级：现场电器控制盘操作(现场级)、远方计算机监控(中央级)。控制原则为：现场级优先、电器设备的继电保护由现场电器盘自行完成。
2.1密云取水厂
密云取水厂采用日本横河μ xl系统，由一个操作站和两个控制单元构成，监控数据通过通讯管理机、电台与净配水厂中心控制室进行双向传输。
运行人员根据净配水厂中心控制室的水量要求，通过调节2台调流阀控制取水量。夏季进行加氯，以防输水管道内的藻类滋生。同时监测原水水质，并与密云水局进行数据传输。
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图1 净配水厂监控系统结构示意
2.2怀柔取水厂
怀柔取水厂采用日本横河cs3000系统，由一个工程师操作站、一个现场控制站和4个ri/o 组成，监控数据通过通讯管理机、电台与净配水厂中心控制室进行双向传输。
运行人员根据净配水厂中心控制室的水量要求，通过启/停取水泵(3调3定)控制取水量。夏季进行加氯，以防输水管道内的藻类滋生。同时监测原水水质，并与怀柔水利局进行数据传输。
2.3净配水厂
整个净配水厂有操作监视站21个、控制站18个、远程i/o(ri/o)10个，通过hf总线、v net 、 e net网连接在一起，各监控站均可互相监视、互相控制(由于运行的安全可靠要求，采用分组方式进行监控限制)。净配水厂监控系统结构见图1。
2.3.1预处理
净配水厂预处理设备基本采用crt手动控制方式，运行人员根据运行要求在监控站处对调节堰、进水堰、搅拌机、刮泥机等进行调控，同时监视原水水质参数和设备运行状态。
2.3.2加氯和加药
加氯控制采用按水量比例投加，人工设定加氯率，计算机控制加氯机自动调节，随时监视各处余氯值，以判定加氯量是否合适。
根据加药池状态自动进行输、配药控制，加药量采用比例投加方式，通过调整加药计量泵的转速、冲程实现。监视有关浊度参数，以确定加药量是否合适。
2.3.3滤池
二、三期滤池为均质滤料微膨胀气水反冲滤池，采用modicon plc控制，通过modbus总线接口与横河空制系统相连，进行数据传输。
二、三期滤池各有24个煤滤池、24个炭滤池，第个煤滤池有6个闸、阀(进水闸、出水阀、进气阀、排气阀、反冲进水阀、排水闸)，每个炭滤池有4个闸、阀(进水闸、出水阀、反冲进水阀、排水闸)；二期滤池闸阀使用linitoq电动执行装置，三期滤池闸阀使用keystone气动执行装置；煤滤池、炭滤池均为恒水位运行，煤滤池滤程为48小时，炭滤池滤程为6天。
滤池控制系统所控设备有闸阀的电动(气动)执行装置、反冲风机、反冲泵及相关仪表(液位、水头损失、浊度、余氯、水量等)，二期、三期滤池监控点数各1600点左右；滤池控制方式采用现场手动和中央自动控制。
modicon plc模块安装于现场控制柜中，柜面上装有现场显示控制器；每个现场控制柜负责2个滤池的控制；plc模块采用modicon120系列。
滤池控制室内设有2套modicon800系列plc，以双机热备方式工作，800系列ri/o负责滤池运行公共设施(风机、水泵)的控制及单个滤池么冲排队、数据传输、运行参数的调整等。
二期滤池plc编程软件使用美国taylor,三期滤池plc编程软件使用modsoft,人机接口软件使用fix。
2.3.4回流设备
回流设备运行采用crt手动控制方式，根据均匀回流的原则，监视回流池液位，人工控制定速、调速回流泵的运行。
2.3.5配水泵
配水泵的控制听从中心调度室的命令。中心调度室根据集团公司中调的水量要求，下达定速、调速配水泵的组合指令，以调速泵运行为主。配水泵的启/停一步化过程由自控系统完成，也右用crt手动操作。
2.4污泥处理厂
污泥处理厂采用日本横河μ xl系统，由一个操作站和三个控制单元构成，通过门电路单元与横河hf总线连接。
板框压滤机采用plc控制，自成系统，其运行状态通过上位处理机送μ xl系统。排泥池、提升泵房、浓缩池、脱水机房设备、仪表状态均由操作站crt手动操作、监视。
3 自控系统运行维护的一些体会
十几年来，北京第九水厂的自控系统在建设、运行、改造、管理的过程中，有收获、有教训，体会很多。
(1)在招投标过程中，要有自控系统人员参与，着重注意招标的设备要求和投标的设备提交是否能满足工艺对自控功能的要求，及时修正那些不能提供控制功能的设备及电器盘柜，避免造成与自控系统衔接不上的问题。在九厂工程中，我们曾在这方面进行了大量的工作，包括修改远方/现场无扰动切换、控制保持等等。
(2)在自控系统建立的过程中，要有自控维护人员参与，着重注意系统的构成及软、硬件配置，在配合承包商按设计要求进行软件编程的同时，深入了解控制系统，以便进行投运后的维护管理。事实证明，再完备的系统调试也有遗漏的地方，甚至在运行了几年以后不会发现系统程序中的错误之处，更别提由于合同规定的现场工作时间的限制，一些外商根本来不及将程序一一测试。为了自控系统的及时、正常运行，很多调试工作就由我们来完成。
(3)不能盲目追求系统的完美、设备控制上的万一，而应根据工艺运行的特点进行自控系统构建。从供水集团公司对第九水厂一、二、三期工程自控系统构建要求的变化，就可看到这个弃繁从简的过程。一期控制系统的控制层次有：现场设备、现场电器控制盘、综合盘、自控系统控制柜，运行人员在设备处、现场电器盘、综合盘、计算机等处均可操作，实际运行中有些地方的操作基本不用，而无形中却增加了许多故障点，造成许多不必要的问题。二期控制系统就减少了控制层次，只有二级：现场设备(或现场电器盘)、计算机，系统明显简化，维护量明显减少。三期控制系统吸收了二期的优点，进一步提出简单、实用、安全、可靠的指导思想，减少了费用，满足了运行要求，利于系统的维护和完全善。以前为了一个万一，要从工艺管道、系统软件等各方面做大量的设置更改，造成工艺控制系统的繁杂；现在我们对于这样的情况均退到计算机手动状态，由运行人员进处理，待正常后再投入自动运行，一切清晰明了，反而提高了运行效率。
(4)不能盲目追求仪表的精度、产地和种类。要根据本厂所处理原水的特点，定出所需仪表类型和精度。对于关键性的监控设备和仪表，必须采用稳定可靠的监控设备，例如进、出水流量计等，而对一般监测仪表则不必强求精度或进口。二期工程中，我厂也购置了美国chem trac公司的流动电流仪，准备用于加药控制，但实际应用效果却不理想。经过分析测试发现，我厂水源属于低温低浊，且一年中温度、浊度变化不大。经过加药处理后，繁花形成不大，游动电荷的形成也很小，因此使得流动电流仪。的监测误差较大，不易据此对加药量进行稳定控制调节，而采用流量比例投加即可由到预期的效果。如果将流动电流仪用于高温高浊，且水质变化较大的水处理厂，可能会取得理想的效果。另外，在一、二期工程时，我厂均采用德国e+h的流量计，三期工程时，通过调研发现开封仪表厂的e-mag流量计性能已有很大改进，质量也很稳定，就全部采用了开封流量计，经过两年来的运行，效果不错。
(5)建设部颁布的《城市供水行业2000年技术进步发展规划》主要指导思想就是：促进供水事业，缩短与国内外的差距，确保安全优质供水，努力降低成本。但技术进步绝不是以购置了多少先进技术设备、仪表为标准的，应主要看其是否发挥了先进的作用，是否促进了供水运行，是否降低了成本，是否提高了经济效益。为此必须加强对进口设备、仪表的消化吸收工作，重视进口设备关键部件的国产化问题，完善文档资料，规范维修过程，以减少故障时间，保证安全运行。
(6)加强对运行人员和系统维护人员的培训，这是保证系统运行的关键。九厂的设备来自各个国家，设备、仪表种类繁多，各有特点。对于自控系统维护人员来讲，决不能只关心软件，各种设备的状态直接影响自控系统的运行。在运行中，软件程序一般是稳定的，而造成不可控的原因多数据是受控设备的问题，例如状态信号没反馈回来、设备控制回路故障等。所以我们要求自控系统的维护人员掌握所控设备的原理、性能、与控制系统的连接关系，以便及时、准确地判断故障点。而加强对运行人员的培训，既提高运行水平和巡视观察的准确性，也提高了处理意外事故的能力。
(7)不断注意对软件的后期维护工作。由于最初的软件制作只是对自控设计的基本满足，在运行中肯定会有工艺行方式的改动，自控维护人员必须按新的需求作相应的修改，以保证运行。尤其在贯彻建设部《城市供水行业2000年技术进步发展规划》提出的二提高三降低 (即提高供水水质、提高供水安全可靠性，降低能耗、降低漏耗、降低药耗)，优化运行的过程中，更会遇到净水工艺的调整、运行设备的改造、运行程序的修改。
4 结束语
北京第九水厂自控系统在运行过程中克服了各种各样的问题，现已达到稳定运行状态，实现了设计和运行要求，在供水生产中发挥了重要作用。
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