PLC在水廠濾池自動控制系統(tǒng)中的應用

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，采用自動控制技術(shù)對全水廠的生產(chǎn)成本、效能產(chǎn)生重大的影響。結(jié)合實例，介紹了水廠濾池自動化控制系統(tǒng)和PLC控制技術(shù)，論述了PLC控制在水廠濾池自動化控制中的應用。

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

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.098

文章編號：2095-6835（2016）20-0098-02

虹吸濾池具有基建少、出水水質(zhì)穩(wěn)定、可實現(xiàn)水力全自動運行、維修方便等特點，在20世紀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就是反沖洗時浪費部分待濾水，水力自動反沖洗系統(tǒng)運行欠佳，部分配水系統(tǒng)設計不合理等，影響過濾速度及水質(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在濾池自動控制中的應用，經(jīng)過反復摸索和運行調(diào)試，成功地實現(xiàn)了虹吸濾池自控運行，較好地解決了水廠虹吸濾池存在的主要問題，降低了勞動強度，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定，提高了企業(yè)的整體技術(shù)和管理水平。現(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)與上位機和其他站點通迅。濾池PLC站包括多個32位的開關(guān)量輸入模塊和16位的開關(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磁助電接點真空壓力表，用于檢測真空度。每個濾格池壁內(nèi)側(cè)各安裝一個GSK型干簧式水位自動控制器。其中，在工藝上要求沖洗的高水位位置設置一干簧管觸點，稱為“水位高限”，在沖洗槽上方20 cm附近設置另一觸點，稱為“水位低限”。對應每個濾格、真空泵及回水泵房內(nèi)的每臺回水泵、污水泵分別安裝遙控/手動現(xiàn)場電氣轉(zhuǎn)換開關(guān)。當轉(zhuǎn)換開關(guān)處于手動位置時，采用現(xiàn)場手動操作；處于遙控位置時，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。上述所有儀表輸出、各泵的運行、故障信號及電磁閥的通電/失電信號作為PLC各輸入模塊的輸入信號。而通過PLC的輸出模塊，則可以控制每個電磁閥的通電及各臺泵的開、停。

上位機使用Wonderware InTouch軟件包。位機界面上濾池PLC控制方式分為鍵控和自動2種，用戶可以在界面上選擇，且每個濾格彼此獨立。鍵控方式下，在界面上操作，可分別實現(xiàn)各濾格的進水、停水或沖洗。

2 自控程序設計

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

濾池在自動運行方式時，待沖洗的濾池設立沖洗隊列，采用先進先出的原則，確保不會有2個濾格同時沖洗。當某個濾格累積過濾時間超過50 h或水位達到高限時，進入沖洗隊列。當沖洗隊列里前面排隊的所有濾格已完成沖洗，且如下外界沖洗條件成立時，該濾格開始沖洗過程。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定值，以免回水池溢出；③其他濾格正在手動或鍵控方式下做進水、停水等操作時，自動不沖洗，以免相互干擾。

當某一濾格等待沖洗30 min后，而仍未允許進入沖洗時，

該濾格自動停水，以防該濾格溢出。因水位過高而必須先停水的濾格也采用隊列方式進行，且設定停水優(yōu)先級高于沖洗。在沖洗結(jié)束后，濾格重新進水之前，設定3 min的進水等待時間，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間，否則會影響沖洗效果，所以必須有沖洗間隔。考慮到濾池分為2組，每組12個濾格，每組較小負荷約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，而間隔過大將增加待沖洗濾格等待時間，因此實際設定沖洗間隔為10 min。

回水泵和污水泵同樣采用鍵控和自動2種方式。自動方式下，PLC根據(jù)液位計信號，比較預先設定的高限水位和低限水位，實現(xiàn)各臺泵開停的自動控制。

上位機界面上可以清楚地了解到各濾格和各泵的運行狀態(tài)，以及是否存在故障，且所有故障均有提示和報警。可以在上位機界面對濾格沖洗設定時間等重要參數(shù)作修改，重要的數(shù)據(jù)制作歷史曲線和報警記錄，可以選取任意時間段的記錄查詢。同時，通過數(shù)據(jù)庫和Excel編程，自動生成濾池報表。

3 濾池控制流程

虹吸濾池自動控制流程圖見圖1。其中，A為進水虹吸形成電碰閥，B為進水虹吸破壞電磁閥，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且濾格水位已下降至低限后開始計時，計時至設定沖洗時間為止，沖洗分過程結(jié)束。沖洗時，如果真空泵運行3 min后仍未檢測到真空壓力表接點動作，系統(tǒng)程序判斷為真空泵或儀表故障。壓力表動作或真空泵運行3 min后，水位未在90 s內(nèi)下降至低限以下時，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)從以下幾點作了考慮：①防止人為誤操作。如果操作人員違反規(guī)程進行了誤操作，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作狀態(tài)時，相關(guān)的不允許操作的按鈕全部失效而無法動作，待重新進入允許時間段后才有效。PLC程序也對可能的最不利因素作了考慮，防止因個別轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)狀態(tài)不當或人為誤操作致中間變量被鎖住而使程序無法正確運行。②界面上設置操作權(quán)限，不允許無關(guān)人員進行操作，并且對重要參數(shù)的修改采用較高權(quán)限密碼。③當儀表等設備出現(xiàn)故障時，提供準確及時的報警，例如液位計輸出在正常范圍以外時，判斷為液位計損壞，界面上提示回水泵等無法以自動方式運行。同時，對某一濾格進入沖洗或等待沖洗等重要狀態(tài)信息在上位機界面作出提示。

5 結(jié)束語

綜上所述，在本工程案例中，PLC的應用很好地解決了水廠運行中出現(xiàn)的問題，使水廠濾池運行更加可靠、穩(wěn)定，滿足了水廠濾池全自動控制的目標要求，并且實現(xiàn)了管理和控制一體的供水信息智能化，保證系統(tǒng)效益的同時便于上級部門的監(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)中的應用會越來越廣泛。筆者認為，每個水廠都應根據(jù)自己的實際情況，制訂符合生產(chǎn)需求的控制方案，但方案設計工作不是科學研究，設計就是要把成熟的、經(jīng)受過考驗的先進技術(shù)應用到實際工作中去。因此，在實際工作中，還要善于總結(jié)、善于發(fā)現(xiàn)問題并及時解決問題，這樣才能不斷提高運行效率。

參考文獻

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