水廠濾池自動控制系統的改造

袁洪

[摘 要]本文筆者結合某水廠濾池自動控制系統成功改造這一實例，分別從控制系統的基本情況、改造緣由、設計想法、施行流程這幾方面入手展開具體地闡述，給我國充分引入并借鑒國外濾池的領先技術并將其運用到具體的技術改造工作中奠定基礎。

[關鍵詞]水廠；濾池；自動控制系統

中圖分類號：TM737 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）18-0036-01

1 系統狀況

某水廠濾池自動控制系統于1998年建成投入使用，該系統采用當時較先進的PLC設備和控制軟件。該系統是一個集散控制子系統，每個濾池控制臺配置1臺PLC系統，控制對應濾池的運行，各濾池控制臺之間無任何功能聯系；公共反沖洗配置一臺PLC系統，負責全部濾池的自動反沖洗任務，并通過網絡監視和管理全部濾池的運行。

1.1 濾池控制臺PLC的主要功能

（1）控制過濾閥門的開閉，并實時調節出水閥的開度，保證恒水位過濾。（2）判斷反沖洗條件，并通過網絡2向公共反沖洗PLC提出反沖洗申請；在反沖洗過程中，控制各相關閥門的開閉。（3）監視該濾池所有設備的狀態，處理故障信息，產生相應報警。

1.2 公共反沖洗PLC主要功能

（1）通過網絡監視和管理所有濾池運行狀態。（2）對濾池反沖洗申請進行排隊，并控制所有反沖洗資源（風機、水泵等），自動完成所有濾池的反沖洗任務。（3）濾池水質數據的采集和處理。（4）通過網絡，使中控監控計算機獲取濾池運行狀態和數據，并能遙控濾池的運行。（5）通過網絡，向其它PLC站傳送生產數據。（如：向投加PLC傳送濾后流量、余氯和后加氯壓力開關信號，用于加氯自動控制。）

2 濾池自動控制系統改造原因

濾池自動控制系統在投運之初，具有結構合理，功能較完善，自動化程度高，可靠性較好等優點，為水廠安全供水提供了保障。但是，由于該系統己運行近十幾年，設備開始老化故障率增加，己不能保證濾池的正常安全運行。濾池自動控制系統主要隱患如下。

2.1 設備老化、可靠性低

濾池自動控制系統運行至2010年已經近十幾年，設備開始老化，故障率增加。近二、三年來，濾池各PLC的模塊，特別是電源模塊、模擬量模塊、人機界面等的故障率明顯增加，嚴重影響濾池運行的安全性、可靠性。

2.2 技術更新快、核心模塊無備件

濾池自動控制系統采用的是九十年代的產品，目前隨著技術進步而被淘汰，已全部停止施耐德系列備件的供應。我們庫存備件也難以為繼，而且，PLC的核心模塊—CPU模塊，我們沒有任何備件。

2.3 無手動功能、不能滿足工藝新要求

濾池自動控制系統的故障對安全供水的影響嚴重。由于濾池沒有手動控制功能，一旦控制臺PLC故障，將使該個濾池停止工作。在水廠滿負荷甚至超負荷運行的情況下，一個濾池停止工作，即造成待濾水溢流，產能下降。公共反沖洗PLC故障，將使所有濾池不能自動反沖洗，只能手工反沖洗，增加了很大的工作量。另外，公共反沖洗PLC故障，還會造成中控室不能監控濾池的運行狀態和數據。

綜上所述，為消除濾池安全生產的隱患，確保水廠的安全可靠供水，應對濾池自控系統進行升級改造。

3 控制系統改造的總體設計思路

3.1 改造的總體原則

（1）濾池自動控制系統的結構必須合理，有較高的安全性和可靠性，既能滿足濾池自動控制的需要，又要兼顧與未改造PLC站和中控室的組網和數據交換。并要有一定的先進性，待水廠自控系統全面改造后，能融入全廠自控網絡中。（2）濾池自動控制系統軟硬件設備的選擇必須考慮先進性、通用性、網絡兼容性和易用性。要選擇目前較主流設備，備件供應充足；要能兼容目前水廠工控網絡，并預留光纖以太網能力；要易于維護，技術開放。（3）設備選型是考慮性價比，夠用就好，技術可行，經濟合理，安全可靠、不選擇過于高端的產品。（4）自動控制系統的功能必須達到現有控制和通訊能力，并對原有系統的一些不足進行修改和優化。

3.2 硬件的選型

改造后的PLC要與未改造的其它工控站組網，從性能兼容性考慮，仍然選擇施耐德公司生產的PLC軟硬件產品。施耐德的PLC產品由高端至低端依次是：Puantium系列、Premium系列、Micro系列和Neza系列，結合濾池和公共反沖洗自控的功能需求，考慮性價比，選擇Premium系列產品用于公共反沖洗站，Micro系列產品用于各濾池控制站。

3.3 控制系統實現的新功能

（1）濾池控制臺的新功能。①實現原有濾池自動控制及通訊功能；②在濾池控制臺上增加手動控制濾池過濾的功能，使濾池在PLC出現故障時仍能進行過濾工作；③將原來的沖洗第一步排水改為過濾，將濾砂以上70cm的水過濾到清水池；④與公共反沖洗PLC組成通訊網，代替原來的網絡。（2）公共反沖洗的新功能。①實現原有公共反沖洗自動控制及通訊功能；②通過新建的網絡監控濾池運行狀態；③原有網絡己淘汰，與投加等的數據交換需通過MODBUS網絡由二級PLC轉發。

4 自動控制系統改造的技術保障措施

本次改造，必須在保證該水廠正常供水的情況下，要安全、可靠、有序地進行。

（1）改造時機的選擇。改造期間，至少會有一個濾池停止運行，減少濾池的產能，因此，我們選擇在供水低峰的秋冬季節進行。（2）改造期間，中控室將部分或全部不能監控濾池的運行狀態，運行人員改為到現場監控濾池的運行。（3）在濾池停運前，所有PLC等自控設備的配置必須完成，程序的編寫必須完成且己寫入到PLC內。PLC必須己經進行離線模擬調試，并符合功能要求。（4）為減少停濾池時間，將不再使用控制臺內的底板及安裝在上面的繼電器等電氣元件，而是另外制作底板，安裝好上面的電氣元件（包括PLC），并經過離線調試基本符合功能要求。（5）濾池停池改造遵循逐個改造的原則，每次只停止一個濾池，其它9個濾池仍能正常過濾和反沖洗，而不能進行同時整體改造。濾池改造后即能投入正常自動過濾，并能在簡化模式下自動反沖洗。（6）反沖洗PLC改造時，將造成網絡和MODBUS網絡中斷，其它車間（如投加）自動運行所需的一些數據（如后加氯壓力開關信號）將不能傳送到對應的PLC。因此反沖洗PLC改造前，對其它車間PLC程序進行一些修改，使反沖洗PLC能在整個工控網絡中隔離出來。

5 控制系統改造的實施步驟

（1）停止1#濾池的運行，進行現場施工（此時2一10#池能正常工作）。（2） 1#濾池調試：調試濾池進水閥和濾后出水閥的手動控制回路；調試濾池自動過濾程序；調試濾池在簡化模式（Reduce mode）下自動反沖洗程序。（3） 1#濾池調試成功后即可進入自動過濾，并能在簡化模式（Reduce mode）下自動反沖洗，但此時中控不能監控1#濾池的運行。觀察1#濾池的運行一段時間，確保其運行可靠性和穩定性；進行必要的優化修改，并根據1#濾池的調試結果對其它9臺PLC進行離線修改。（4）按上述步驟改造2 -5#濾池控制臺。至此6一10#濾池仍維持原來的工作狀態，1 -5#濾池可進入自動過濾，并能在簡化模式（Reducemode下自動反沖洗，但此時中控不能監控它們的運行狀態。（5）進行公共反沖洗PLC的改造調試，并與1一5#濾池組成網絡，與二級PLC（CP10）組成MODBUS網絡，適當修改CP10的程序，激活通訊。此時，公共反沖洗PLC能監控1 -5#濾池并完成自動反沖洗，中控室也能監控1 -5#濾池的運行狀態；；6一10#濾池仍能自動過濾，但須在簡化模式（Reduce mode）下反沖洗，中控室也不能監控它們運行狀態。（6）對6 -10#濾池逐個進行改造，每完成一個則立即接入新組建的網絡，即可進行全自動反沖洗和被中控室監控。10#池改造成功后，整個濾池中控系統的改造即告完成。

6 結語

水廠濾池控制系統改造后運行安全可靠，運行更加靈活，將沖洗的首要環節改成過濾后，可成功過濾掉濾砂以上70cm的水，大大減少了制水成本，也為我國引入改造技術領先的整套的水廠自動控制系統奠定基礎。對水廠工程技術而言，其目前面臨著消化吸收國外領先技術的問題。為此，相關人員應不斷地促進經驗交流，積極學習拓展自身的思路，從實踐中找到啟發。隨著自動控制技術的不斷發展，相信人類勢必可建設好、管理好、運用好濾池自動控制系統。