LW水廠自控系統的安全聯鎖設計

摘要：為實現LW水廠的全自動化安全生產目標，本文從自控系統的角度，針對LW水廠反沖洗、砂濾池、炭濾池等關鍵部位的自動控制要求，分別設計了有針對性的安全技術處理方案，并應用到實際編程中。生產運行結果表明該處理方案，較好的實現了水廠的安全運行，對其他水廠的安全聯鎖要求有一定的參考價值。

關鍵詞：自動化，自來水廠，安全設計

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2018）07-0056-01

Abstract： in order to realize the fully automatic safety production target of LW water plant， this paper， from the angle of automatic control system， designed the targeted safety technology treatment scheme for the key parts of LW water plant backwashing， sand filter and carbon filter， and applied it to the real programming. Production and operation results show that the treatment scheme can better realize the safe operation of the water plant， and has certain reference value for the safety interlock requirements of other waterworks.

Key words： automation， waterworks， safety design

1 概述

鄭州市LW水廠工程設計日供水能力為40萬立方米，處理工藝包括常規水處理工藝、臭氧-生物活性炭工藝、二級泵房自動供水、污泥脫水工藝等部分。該項目自動控制系統由加藥間PLC1，反沖洗泵房PLC2，二級泵房PLC3，脫水間PLC4等四站組成。下位機采用AB 1769-L71 PLC，上位機采用Intouch。自動化控制的目標是實現整個水廠設備的監控和生產的全自動化，實現無人或少人值守。為了確保供水生產的安全，需要針對不同的控制需要，設計相應的安全聯鎖條件。

2 反沖洗車間概況

反沖洗車間主要有反沖洗相關的公共設備，主要包括2臺炭池反沖洗鼓風機及閥門；2臺砂濾池反沖洗鼓風機及閥門，3臺反沖洗水泵及閥門等。設置PLC2主站，負責公共設備的開停及20格活性炭濾池、24格V型濾池的全自動化反沖洗過程，需要確保反沖洗流程的穩定運行。

3 反沖洗泵房公共設備的安全

3.1主要控制功能

配合炭濾池、砂濾池氣洗過程，實現風機與反沖洗過程聯動；實現風機的自動切換；配合砂濾池的混合洗、水洗過程，實現反沖洗泵與反沖洗過程聯動；實現反沖洗泵的自動切換；綜合處理各炭濾池、砂濾池的反沖洗等請求，協調各濾池的工作；各種綜合故障的處理。

3.2安全保護措施

風機與旁通閥、反沖泵與出口閥聯動，防止風機帶壓啟動，防止水泵空載運行；砂池風機與砂濾池反沖洗進氣閥聯動、水泵與砂濾池反沖洗進水閥聯動，防止過載；炭洗風機與炭池反沖洗進氣閥聯動，防止過載運行；炭池、砂濾池緊急停止之后，風機、水泵自動停機；水泵、風機有故障時自動切換到另一臺，如果都不可控則報警；風機、水泵自動輪流開停，防止同一臺設備一直運行，各設備運行機會均等；風機、水泵停機后時間保護，在30s內不會再次啟動；各濾池通訊故障時的報警，10s沒有讀取到濾池子站數據自動報警；各設備開、停機超時報警；設備過載停機保護；裁決濾池的反洗請求，任何時候保證只有一個濾池沖洗；其他需要沖洗濾池進入等待；炭濾池跨越管液位保護、流量保護，液位、流量報警等；砂濾池自動沖洗濾池超標報警等。

3.3連鎖條件

風機與旁通閥、反沖洗泵與出口閥聯動；反沖洗風機、水泵與濾池反洗進氣、反洗進水閥聯動。

4 活性炭濾池的安全

4.1每格濾池的功能

過濾時，開關閥門到要求的狀態，遇到故障時發出警報；執行反沖洗流程，并與反沖洗泵房協調開關風機，實現反沖洗流程的自動化；定時反沖洗或者手動啟動反沖洗。停運時，主動關閉相關閥門；故障狀態上報到主PLC。

4.2安全保護措施

濾池反沖洗條件與回用池液位、手動進水閘閥有連鎖關系，防止漫水；反沖洗全過程的時間限制在60分鐘，超出后進入過濾，防止出現設備異常時影響后續濾池的沖洗；反沖洗過程中的每一個步驟都有設備狀態的檢測，不滿足時不會進入下一步，防止出現意外情況；同時每一步都有時間限制，超出相應的時間自動報警；每個閥門的開、關狀態，風機的啟停狀態都有時間限制，超出時間自動報警；沖洗流程的第一步會對閥門、風機的當前狀態進行檢測，不滿足條件會報警，且不會進入下一步，盡可能將故障消滅在“萌芽”之時；沖洗過程中的每一步都會執行相關的閥門、設備開停動作，保證在沖洗過程中人工干預之后，設備切為自動后系統自動處理。

濾池通訊故障報警：當超過10s沒有與主機通訊時提示報警；緊急停運時風機聯動停機；閥門開、關超時報警；濾池可以獨立設定為投入自動或者禁用自動沖洗，部分設備故障時不會影響生產；每個設備都可以獨立操作，可以在自動過程中介入人工操作，方便運行。

4.3跨越管的安全要求

由于1#～2#沉淀池之間聯通，南北側進水量差很多，因此單組自動控制時多余的水會自動分配到另一組池，可能導致漫水，因此必須兩組同時投入自動。由于兩組池配水差別很大，會出現南北側池只能有一組池子到達設定流量的情況。南側進水不能小于北側，北側也難以達到2000m3/h的量。可能出現的問題是，跨越管閥門有電，且處于遠程模擬量控制時，如果此時炭濾池PLC沒有電，會出現PLC沒有開度輸出，閥門會自動關閉！

4.4連鎖條件

反沖洗條件與回用池進水板閥、回用池高高液位連鎖；跨越管閥門與炭濾池的每組進水流量連鎖（目標值的1.3倍或者單個池子最大800m3/h）；跨越管閥門與每組炭濾池進水液位連鎖；反沖洗進氣閥與反沖洗風機聯動（不可設定解鎖）。

5 砂濾池的安全

5.1每格濾池的功能

過濾時，開關閥門到要求的狀態，遇到故障時發出警報；恒水位過濾過程，根據設定液位自動PID計算，控制調節閥；執行反沖洗流程，并與反沖洗泵房協調開關水泵、風機，實現反沖洗流程的自動化；反沖洗條件3個，定時時間到、濁度超過設定值、濾阻超過設定值；停運時，主動關閉相關閥門；故障狀態上報到主PLC。

5.2安全保護措施

濾池反沖洗條件與回用池液位、手動進水閘閥有連鎖關系，防止漫水；反沖洗全過程的時間限制在60分鐘，超出后進入過濾，防止出現設備異常時影響后續濾池的沖洗；反沖洗過程中的每一個步驟都有設備狀態的檢測，不滿足時不會進入下一步，防止出現意外情況；同時每一步都有時間限制，超出相應的時間自動報警；每個閥門的開、關狀態，水泵、風機的啟停狀態都有時間限制，超出時間自動報警；沖洗流程的第一步會對閥門、水泵、風機的當前狀態進行檢測，不滿足條件會報警，且不會進入下一步，盡可能將故障消滅在“萌芽”之時；沖洗過程中的每一步都會執行相關的閥門、設備開停動作，保證在沖洗過程中人工干預之后，設備切為自動后系統自動處理；

濾池通訊故障報警：當超過10s沒有與主機通訊時提示報警；閥門開、關超時報警；濾池可以獨立設定為投入自動或者禁用自動沖洗，部分設備故障時不會影響生產；每個設備都可以獨立操作，可以在自動過程中介入人工操作，方便運行；當發生濾池設備發生故障時，自動關閉進水閥門，停止該格濾池的運行；如果清水閥處于正常狀態，優先進入過濾狀態；緊急停運時與風機、水泵聯動停機；每組濾池參數獨立，過濾液位獨立設置，不會因為池子標高、鋪沙量少而影響過濾；反沖洗周期統一設置，自動情況下不會出現“扎堆”沖洗，由于濾阻、濁度而自動洗池超過數量時會報警；

5.3連鎖條件

反沖洗條件與回用池進水板閥、回用池液位連鎖；反沖洗進水閥與反沖洗泵聯動，反沖洗進氣閥與反沖洗風機聯動（不可設定解鎖）。

6 結論

本文對LW水廠炭濾池、砂濾池、反沖洗泵等主要工藝控制功能設計了相應的安全聯鎖條件，目前已經應用到水廠自控系統的編程過程中。該項目已穩定運行1年多，很好的實現了水廠的無人或少人值守目標，取得了較好的運行效果。

參考文獻

[1]王鼎順.現代自來水廠自動化控制系統的研究與實現[D].湖南大學，2007

[2]安群香，王鼎順.自來水廠自動加藥系統的設計[J].大眾科技.2014（4）

[3]王鼎順，安群香.運城某污水處理廠自動控制系統的設計[J].工業控制計算機.2015，28（8）