PLC在水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳智華

摘 要：濾池是水廠處理工序中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，采用自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)全水廠的生產(chǎn)成本、效能產(chǎn)生重大的影響。結(jié)合實(shí)例，介紹了水廠濾池自動(dòng)化控制系統(tǒng)和PLC控制技術(shù)，論述了PLC控制在水廠濾池自動(dòng)化控制中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虹吸濾池；自控系統(tǒng)；PLC；現(xiàn)場(chǎng)總線

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.098

文章編號(hào)：2095-6835（2016）20-0098-02

虹吸濾池具有基建少、出水水質(zhì)穩(wěn)定、可實(shí)現(xiàn)水力全自動(dòng)運(yùn)行、維修方便等特點(diǎn)，在20世紀(jì)80年代中期前建成的水廠較多采用此種池型。而吸濾池最大的缺點(diǎn)就是反沖洗時(shí)浪費(fèi)部分待濾水，水力自動(dòng)反沖洗系統(tǒng)運(yùn)行欠佳，部分配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理等，影響過(guò)濾速度及水質(zhì)處理。某主力水廠所有濾池均使用虹吸濾池，致力于研究PLC在濾池自動(dòng)控制中的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)反復(fù)摸索和運(yùn)行調(diào)試，成功地實(shí)現(xiàn)了虹吸濾池自控運(yùn)行，較好地解決了水廠虹吸濾池存在的主要問(wèn)題，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，提高了企業(yè)的整體技術(shù)和管理水平?，F(xiàn)將有關(guān)工程內(nèi)容闡述如下。

1 濾池自控系統(tǒng)組成

濾池自控系統(tǒng)采用羅克韋爾Allen-Bradley SLC5/05框架式PLC。濾池PLC站通過(guò)光纖連入全廠集散控制系統(tǒng)中，并采用以太網(wǎng)與上位機(jī)和其他站點(diǎn)通迅。濾池PLC站包括多個(gè)32位的開(kāi)關(guān)量輸入模塊和16位的開(kāi)關(guān)量輸出模塊以及4通道模似量輸入、輸出模塊。

在真空泵附近的虹吸總管道上安裝有一個(gè)磁助電接點(diǎn)真空壓力表，用于檢測(cè)真空度。每個(gè)濾格池壁內(nèi)側(cè)各安裝一個(gè)GSK型干簧式水位自動(dòng)控制器。其中，在工藝上要求沖洗的高水位位置設(shè)置一干簧管觸點(diǎn)，稱為“水位高限”，在沖洗槽上方20 cm附近設(shè)置另一觸點(diǎn)，稱為“水位低限”。對(duì)應(yīng)每個(gè)濾格、真空泵及回水泵房?jī)?nèi)的每臺(tái)回水泵、污水泵分別安裝遙控/手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)電氣轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于手動(dòng)位置時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作；處于遙控位置時(shí)，控制權(quán)交與PLC。在回水池和污水池內(nèi)分別安裝超聲波液位計(jì)。上述所有儀表輸出、各泵的運(yùn)行、故障信號(hào)及電磁閥的通電/失電信號(hào)作為PLC各輸入模塊的輸入信號(hào)。而通過(guò)PLC的輸出模塊，則可以控制每個(gè)電磁閥的通電及各臺(tái)泵的開(kāi)、停。

上位機(jī)使用Wonderware InTouch軟件包。位機(jī)界面上濾池PLC控制方式分為鍵控和自動(dòng)2種，用戶可以在界面上選擇，且每個(gè)濾格彼此獨(dú)立。鍵控方式下，在界面上操作，可分別實(shí)現(xiàn)各濾格的進(jìn)水、停水或沖洗。

2 自控程序設(shè)計(jì)

PLC采用羅克韋爾RSLogix5000為編程軟件。程序設(shè)計(jì)充分考慮了虹吸濾池的工藝要求和系統(tǒng)可靠性的要求。

濾池在自動(dòng)運(yùn)行方式時(shí)，待沖洗的濾池設(shè)立沖洗隊(duì)列，采用先進(jìn)先出的原則，確保不會(huì)有2個(gè)濾格同時(shí)沖洗。當(dāng)某個(gè)濾格累積過(guò)濾時(shí)間超過(guò)50 h或水位達(dá)到高限時(shí)，進(jìn)入沖洗隊(duì)列。當(dāng)沖洗隊(duì)列里前面排隊(duì)的所有濾格已完成沖洗，且如下外界沖洗條件成立時(shí)，該濾格開(kāi)始沖洗過(guò)程。外界沖洗條件為：①清水池水位不低于規(guī)定值，以免影響供水；②回水池水位不高于設(shè)定值，以免回水池溢出；③其他濾格正在手動(dòng)或鍵控方式下做進(jìn)水、停水等操作時(shí)，自動(dòng)不沖洗，以免相互干擾。

當(dāng)某一濾格等待沖洗30 min后，而仍未允許進(jìn)入沖洗時(shí)，

該濾格自動(dòng)停水，以防該濾格溢出。因水位過(guò)高而必須先停水的濾格也采用隊(duì)列方式進(jìn)行，且設(shè)定停水優(yōu)先級(jí)高于沖洗。在沖洗結(jié)束后，濾格重新進(jìn)水之前，設(shè)定3 min的進(jìn)水等待時(shí)間，以使濾格中的砂層穩(wěn)定。因用于沖洗的清水的積累需要一定時(shí)間，否則會(huì)影響沖洗效果，所以必須有沖洗間隔。考慮到濾池分為2組，每組12個(gè)濾格，每組較小負(fù)荷約1 500 t/h、沖洗需用水量約200 t，則沖洗間隔至少為200/（1 500/60）=8 min，而間隔過(guò)大將增加待沖洗濾格等待時(shí)間，因此實(shí)際設(shè)定沖洗間隔為10 min。

回水泵和污水泵同樣采用鍵控和自動(dòng)2種方式。自動(dòng)方式下，PLC根據(jù)液位計(jì)信號(hào)，比較預(yù)先設(shè)定的高限水位和低限水位，實(shí)現(xiàn)各臺(tái)泵開(kāi)停的自動(dòng)控制。

上位機(jī)界面上可以清楚地了解到各濾格和各泵的運(yùn)行狀態(tài)，以及是否存在故障，且所有故障均有提示和報(bào)警。可以在上位機(jī)界面對(duì)濾格沖洗設(shè)定時(shí)間等重要參數(shù)作修改，重要的數(shù)據(jù)制作歷史曲線和報(bào)警記錄，可以選取任意時(shí)間段的記錄查詢。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)和Excel編程，自動(dòng)生成濾池報(bào)表。

3 濾池控制流程

虹吸濾池自動(dòng)控制流程圖見(jiàn)圖1。其中，A為進(jìn)水虹吸形成電碰閥，B為進(jìn)水虹吸破壞電磁閥，C為沖洗虹吸形成電磁閥，D為沖洗虹吸破壞電磁閥。

濾格沖洗從真空壓力表顯示真空信號(hào)且濾格水位已下降至低限后開(kāi)始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)至設(shè)定沖洗時(shí)間為止，沖洗分過(guò)程結(jié)束。沖洗時(shí)，如果真空泵運(yùn)行3 min后仍未檢測(cè)到真空壓力表接點(diǎn)動(dòng)作，系統(tǒng)程序判斷為真空泵或儀表故障。壓力表動(dòng)作或真空泵運(yùn)行3 min后，水位未在90 s內(nèi)下降至低限以下時(shí)，判斷為沖洗虹吸未形成。而如果沖洗結(jié)束后，水位未在90 s內(nèi)上升至低限以上，系統(tǒng)判斷為沖洗虹吸未正常破壞。

4 系統(tǒng)穩(wěn)定性及安全性

穩(wěn)定性和安全性是自控系統(tǒng)的首要因素。系統(tǒng)從以下幾點(diǎn)作了考慮：①防止人為誤操作。如果操作人員違反規(guī)程進(jìn)行了誤操作，可能使系統(tǒng)內(nèi)部控制出現(xiàn)混亂。為此，界面上某一濾格處于動(dòng)作狀態(tài)時(shí)，相關(guān)的不允許操作的按鈕全部失效而無(wú)法動(dòng)作，待重新進(jìn)入允許時(shí)間段后才有效。PLC程序也對(duì)可能的最不利因素作了考慮，防止因個(gè)別轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)狀態(tài)不當(dāng)或人為誤操作致中間變量被鎖住而使程序無(wú)法正確運(yùn)行。②界面上設(shè)置操作權(quán)限，不允許無(wú)關(guān)人員進(jìn)行操作，并且對(duì)重要參數(shù)的修改采用較高權(quán)限密碼。③當(dāng)儀表等設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，提供準(zhǔn)確及時(shí)的報(bào)警，例如液位計(jì)輸出在正常范圍以外時(shí)，判斷為液位計(jì)損壞，界面上提示回水泵等無(wú)法以自動(dòng)方式運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)某一濾格進(jìn)入沖洗或等待沖洗等重要狀態(tài)信息在上位機(jī)界面作出提示。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在本工程案例中，PLC的應(yīng)用很好地解決了水廠運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，使水廠濾池運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定，滿足了水廠濾池全自動(dòng)控制的目標(biāo)要求，并且實(shí)現(xiàn)了管理和控制一體的供水信息智能化，保證系統(tǒng)效益的同時(shí)便于上級(jí)部門(mén)的監(jiān)控和管理。隨著供水事業(yè)的快速發(fā)展，PLC在水廠自控技術(shù)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。筆者認(rèn)為，每個(gè)水廠都應(yīng)根據(jù)自己的實(shí)際情況，制訂符合生產(chǎn)需求的控制方案，但方案設(shè)計(jì)工作不是科學(xué)研究，設(shè)計(jì)就是要把成熟的、經(jīng)受過(guò)考驗(yàn)的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際工作中去。因此，在實(shí)際工作中，還要善于總結(jié)、善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)解決問(wèn)題，這樣才能不斷提高運(yùn)行效率。

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