二次供水已经成为我国城市中饮用水和海上作业船舶饮用水主要的，甚至是最重要的来源。如果二次供水受到污染，微生物引起的疾病便可以通过水传播[1]。码头补充优质淡水是保障船舶饮用水安全的源头。码头集装箱船补充淡水多采用“海上加水船给集装箱船加水”和“码头岸供淡水”2种模式，“码头岸供淡水”比“海上加水船给集装箱船加水”效率更高，水质更优，价格更低，能实现24h不间断供水。“码头岸供淡水”模式正逐渐成为码头集装箱船供水的首选方案。

 

1生产工艺及参数

        厦门码头集装箱船岸供二次供水生产工艺主要包括恒压变频供水、管道水自循环、供水加氯、水质检测、码头加水口等，具体如图1所示。

 

        恒压变频供水水泵为3台单级立式离心泵BD1～BD3，Q＝65m3/h，H＝34m，N＝11kW（2用1备）。水箱尺寸为L×B×H＝16000mm×4000mm×2500mm，容积V＝160m3，有效容积V＝128m3。不锈钢水箱Ⅰ设置投入式液位计LET01和进水电动蝶阀DF2～DF3，不锈钢水箱Ⅱ设置投入式液位计SC500系列和进水电动蝶阀DF5～DF6。管道水自循环水泵为2台单级立式离心泵BD4～BD5，Q＝13m3/h，H＝10m，N＝1.5kW（1用1备）。管道自循环水进水箱Ⅰ设置电动蝶阀DF1，管道自循环水进水箱Ⅱ设置电动蝶阀DF4。

 

        供水加氯为1台次氯酸钠一体机，一次投加量50g，单独布置在加氯间。水质检测采用1台多参数水质检测仪SZY，它主要检测余氯值、浊度值、pH值和电导率。

 

        在码头加水口Ⅰ，设置电磁流量计FET01和出水电动蝶阀MDF1；在码头加水口Ⅱ，设置仕乐克电磁流量计FET02和出水电动蝶阀MDF2。

2仪表、自控系统设计

        要想满足工艺的控制要求，应设置相应的检测仪表检测水位和水质，对各设备状态进行监测，并配置高效智能的自控设备。基于PLC设计的码头集装箱船岸供二次供水自动控制系统如图2所示。

2.1 仪表设置及主要自控检测项目

        根据工艺流程和计算机测控管理系统的要求配置检测仪表，仪表的选型要满足被测对象的性质和环境条件、测量范围及精度、防护等级等要求，还要适合当地码头的气候特点。根据现场的实际情况，设置如下检测仪表：水箱Ⅰ液位检测（投入式液位计 LET01），水箱Ⅱ液位检测（投入式液位计 LET02），加压泵出水压力检测（远传压力表 PET01），码头加水口Ⅰ加水量检测（电磁流量计 FET01），码头加水口Ⅱ加水量检测（SCLDE电磁流量计 FET02），水箱出水浊度、余氯、pH、电导率检测（在线水质分析仪 SZY）。

 

        在实际工作中，除了设置适当的在线检测仪表检测相应的工艺参数外，还要对水泵、阀门、加氯等电气设备进行监测、控制，这样才能实现对整个船舶岸供淡水的自动控制。自控主要接口如下：

        水箱Ⅰ进水电动蝶阀（DF2～DF3）：开/关控制及位置状态。

        水箱Ⅱ进水电动蝶阀（DF5～DF6）：开/关控制及位置状态。

        水箱Ⅰ循环进水电动蝶阀（DF1）：开/关控制以及位置状态。

        水箱Ⅱ循环进水电动蝶阀（DF4）：开/关控制以及位置状态。

 

        1～3#加压水泵（BD1～BD3）：开/停控制，运行状态监控，频率调节。

        1～2#循环水泵（BD4～BD5）：开/停控制，运行状态监控，频率调节。

        码头 1～2#加水口阀门（MDF1～MDF2）：开/关控制及位置状态。

 

2.2 自控系统设计

        生产管理设置于控制室内，由上位机操作员站、打印机等组成，它以轮船加水的操作监控为主要内容，兼有部分管理功能。操作员可以通过界面及时了解现场运行情况，各种运行参数的当前值、是否有异常发生等，并通过键盘、鼠标等输入设备对工艺过程进行控制和调节，以保证生产过程的安全、可靠、有效、高质。另外，打印机能打印各种生产报表、趋势图等。PLC 网络控制系统由 2 台西门子 S7-200 构成，所有 PLC 通过 MODBUS 连接，每台 PLC 的基本配置有电源模块、CPU 模块、数字量 I/O 模块、A/D 和 D/A 模块以及通讯模块等。

 

2.2.1 功能要求

        在控制室设有 PLC1 控制主站，加压泵、自循环泵、电动阀门等由 PLC1 主站控制开停，实时接受设备的状态信号和请求自动运行信号，并完成船舶自动加水。加氯间设置PLC2 子站，在 PLC1 控制主站的协调下，根据在线水质仪信号完成供水加氯。

 

2.2.1.1 PLC1 主站控制装置

        PLC1 主站控制装置的主要任务是：①按次序启停码头各加水口申请的加水量；②监控加压泵、阀门、循环泵、码头加水口阀门的运行状态；③变频器运行状态监控；④对加压泵、阀门、循环泵、码头加水口阀门进行故障检测和保护控制；⑤接受控制室下达的控制指令，包括强制启动循环泵的指令，判断其正确性、可执行性后加以执行；⑥采集相关工艺仪表检测信号。

 

2.2.1.2 加氯间次氯酸钠发生器一体机 PLC2 子站控制装置

        次氯酸钠发生器一体机系统是由电解槽、电解电源、智能控制中心 PLC2、流量开关、盐度监测、液晶显示屏、电解电压/电流显示、易燃易爆气体监测传感器等组成。加氯间次氯酸钠发生器一体机PLC2子站控制装置采用西门子 S7-200 系列 PLC 作为控制器单元，用于监控整套发生器系统的安全、可靠运行，以及在发生故障的情况下的自检测、报警和自停机状态。

 

        触摸液晶显示与控制采用西门子 SIEMENS SMART1000IE 10 吋触摸液晶屏，以实时显示溶盐单元、稀释配比单元、电解单元、投加单元等分部系统的运行状态，同时，还可以使用触摸功能调整和设置参数。

 

        对于流量开关，当机器开始运行时，控制中心开始检测电解液的流量开关。当流量开关的设定值出错时，机器停止运行，发出报警信号。在线盐度监测仪用于对稀释配比的稀盐水进行在线监测和显示，仪表可设定浓度高限和低限，当超过该设定范围，系统发出报警，并停止机器运行。氢气气体浓度监测传感器用于监测发生器房间内的氢气含量，当气体浓度达到设定值时，仪表发出报警信号，机器停止运行。

 

2.2.2 自动控制要求

2.2.2.1 水箱液位

        当水箱液位下降到最低液位（相对水箱底标高）时，对应的进水电动蝶阀开启；当水箱液位上升到最高液位（相对水箱底标高）时，对应的进水电动蝶阀关闭。

 

2.2.2.2 轮船加水

        有一艘轮船补水时，接通加水口Ⅰ，选择就地控制箱（MDFX1）的面板自动模式，控制室上位机设定好 1#加水口需要加水流量 Q1，上位机等待加水指令。加水前，需要确认循环水系统的运行状态。如果循环水系统正在运行，要先关闭循环系统，即关闭循环泵组以及循环进水电动蝶阀，确认循环水系统为关闭状态后，上位机接收到加水指令后，PLC1 为加水口Ⅰ连接的船舶供水，开启加压泵组，待出水管至加水口段的压力达到开阀压力值 P1 时，开启出水电动蝶阀 MDF1。当系统检测电磁流量计 FET01 累计加水量达到设定值 Q1 后，系统自动关闭 MDF1、加压泵组，对加水口Ⅰ连接的船舶供水关闭，打印加水报告单。

 

        第一艘轮船补水时，第二艘轮船也需要补水。这时，接通加水口Ⅱ，选择就地控制箱（MDFX2）的面板自动模式，控制室上位机设定好 2#加水口需要加水的流量 Q2，上位机等待加水指令。上位机接收到加水指令后，PLC1 开启出水电动蝶阀 MDF2，向加水口Ⅱ连接的船舶供水。当管道中的压力降至启泵压力值 P2 时，开启第二台水泵。系统检测电磁流量计 FET01 累计加水量达到设定值 Q1 后，第一艘船完成补水作业，系统自动关闭 MDF1、第一台泵，对加水口Ⅰ连接的船舶供水关闭，打印加水报告单 1。系统检测仕乐克电磁流量计 FET02 累计加水量达到设定值 Q2 后，第二艘船完成补水作业，系统自动关闭 MDF2、第二台泵，对加水口Ⅱ连接的船舶供水关闭，打印加水报告单 2。

 

        当水箱内的余氯不足时（余氯值≤0.1 mg/L），水质在线监测仪发送信号至 PLC2，PLC2 开启次氯酸钠发生器一体机工作，向水箱内加药，同时，PLC1 陆续开启循环泵、循环进水电动蝶阀进行余氯扩散，直至余氯值大于等于 0.2 mg/L，PLC1 关闭循环泵、循环进水电动蝶阀。

 

        当水箱静至 24 h 以上没有出水时，启动循环系统进行回水循环，循环时间控制为 5 h，满足循环完半个水箱的水量后，关闭循环系统。

 

3 现场运行情况

        厦门码头船舶加水系统如图 3 所示。上位机根据工艺流程的要求进行系统组态，可以通过人机界面及时了解整个工艺的运行情况，各种运行参数的当前值，是否有报警信号等。

        表 1 所示为码头船舶加水单。船舶加水完成后，自动打印加水报告单，船舶加水的水质指标值（浊度、余氯、pH、电导率）均能显示在加水报告单上。