目前，我国北方大部分中小型水厂均采用两级泵站的管理模式，即：由深井泵组成一级泵站采取地下水至水厂蓄水池进行水处理；而后，由二级加压泵站向用户管网供水。控制方式一般为人工控制的继接方式，自动化水平低，水、电资源浪费严重，设备事故隐患多、管理困难。我们为某县自来水厂开发了一套由上位机、可编程控制器(PLC)、变频器、相应传感器及执行机构组成的水厂微机集散控制系统，该系统已连续运转三年，性能稳定可靠，提供了一种针对中小型水厂的，以节能降耗、提高自动化水平为主要目的的技术改造方案。
1 系统的主要功能
该水厂的基本情况为：一级泵站包括5口深井，每口深井配备22kW多级潜水泵1台，共同向一蓄水能力为2 000m3的蓄水池蓄水；加压泵组为5台45kW DL型立式泵，向管网加压供水。对控制系统的设计要求是：对水厂的设备运行及生产状况进行自动化控制和管理。该控制系统的基本功能如下：
(1)保证用户管网供水压力恒定。操作人员设定管网压力后，系统根据设定值和压力传感器采取的管网实际压力信号，采用1台调速泵配合1～4台恒速泵的运行模式，自动调整加压泵站中恒速泵的启动台数和调速泵的转速，在较高的精度范围内保证管网的压力恒定。无论用水高、低峰均可在保证供水压力的前提下最大限度地节省电能。同时，减少了由于无谓磨损、频繁启停等原因对水泵造成的损害；以及用水低峰时，由于管网压力过高造成跑、冒事故，浪费宝贵的水资源。
(2)蓄水池水位自动控制。由于用户用水量的变化较大且具有随机性，而水厂对蓄水池内水位控制的精度要求较高。故在水位控制系统的设计中，采用模糊算法在保证蓄水池水位维持在标准范围内的前提下，合理安排潜水泵的启动台数，避免潜水泵的频繁启停及无效运转。
(3)自动倒泵功能。为防止某台水泵长期不运转发生锈蚀，由PLC控制4台水泵定期轮换作为变量泵运转，即自动倒泵功能。
(4)防水锤电器互锁功能。由于管网压力较高，为防止水锤对水泵的冲击，在每台加压泵的出水口处安装电动蝶阀，由PLC按照先开泵后开阀、先关阀后关泵的模式进行控制，有效地防止了水锤的危害。
(5)直观的图形显示及寻检功能。上位机采用14寸彩显，以动画图形及中文方式显示水池液位、管网压力、水泵及阀门运行状态、生产状况、耗电量、产水量、设备状况等信息。
(6)生产管理功能。上位机随时检测并记录水厂各台水泵的出水量及运转状态，以班次为单位生成生产报表，自动统计出水量及耗电量，并存入指定单元。
(7)报警及保护功能。当发生电气、液位、机械等故障时系统进行声、光报警，并采取相应措施。上位机故障时，PLC及变频器可以组成独立控制系统进行工作；若整个上、下位自动系统均发生故障，现场控制柜具有手动功能，以保证向用户供水的不间断。
2 控制系统硬件结构(见图1)
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图1 系统硬件结构 (1)上位机：水厂需24h连续运转，现场干扰源多、环境恶劣。因此，上位机选用了具有较高可靠性、较强抗干扰能力的研华(ADVANTECH)IPC-610/486型工业用微机。上位机与PLC之间采用RS232标准串行口进行通讯，传输速率9 600b/s，11位数据格式，数据长度7位，1位校验位，启动1位，停止2位。另选研华10位A/D采集卡，采集蓄水池水位信号和加压泵组出水流量信号，对水位信号运用模糊算法进行计算后，给出控制信息由PLC控制潜水泵的启动台数。当水位过低时，认为发生故障，停止一、二次泵组的运行并声光报警。上位机为720M硬盘、8M内存，可以同时处理大量数据且历史记录较长。 3 系统的软件 系统软件主要包括上位机管理程序、PLC控制与监测程序以及它们之间的通讯程序。 |
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图2 电路原理图 (4)上位机与PLC之间的通讯借助标准RS-232口来完成。可以由上位机完成给定倒泵的间隔时间、设定管网的压力等工作。同时，下位系统定时将恒速泵的开启台数、调速泵的运行状态(频率、转速、消耗功率等)、管网压力等信息报上位机进行处理和显示。 4 结束语 中小型自来水厂的自动化技术改造有着广泛的前景。依靠现代化技术手段对生产过程进行控制和管理，提高设备运行效率和可靠性，节省宝贵的水、电资源，是技术发展的必然趋势。本控制系统将上位机、PLC、变频器、相应传感器和执行机构有机地结合起来，发挥各自优势，软件设计合理，系统调试较方便；且系统各级之间可独立运行，保证了水厂的不间断生产。实践证明，本系统不仅满足了生产的需要，提高了整个水厂的整体管理水平，而且仅节电一项就为水厂创造了巨大的经济效益。 |
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