V型濾池自動控制系統改造

陳榮標

摘要：以V型濾池自動控制成功改造為例，從改造前系統存在問題、新控制系統設計、PLC選型、改造效果作詳細說明。為相同的V型濾池改造提供參考。

關鍵詞：V型濾池;PLC;改造;效果

一、V型濾池控制系統改造前現狀

茂名市水務投資集團有限公司河東水廠日生產能力20萬噸，分兩期建設，采用混合折板絮凝平流沉淀池+V型濾池為核心的常規處理工藝，二期于2000年5月投入使用。以下是對二期V型濾池改造過程。

（一）控制系統概況：二期V型濾池共有六個濾格，每個濾格設有進水閥、出水調節閥、排污閥、反沖洗水閥、反沖洗氣閥、排氣閥6個閥門，液位計和阻塞儀各一臺，公共濾臺設3臺鼓風機和3臺水泵，設有中控室實行遠程控制。采用TE公司TSX系列的PLC，控制系統由八臺PLC通過雙絞線電纜互連成FIPWA、通訊網，濾池控制分為過濾運行控制和反沖洗運行控制兩個部分。濾池工作過程是在過濾—反沖洗—過濾中循環進行。

（二）控制系統現狀：因該控制系統已運行十四年，PLC電源模塊、通訊模塊、XBT人機界面等的故障率明顯增加;同時因TETSX系列PLC備件已停止生產。公共濾臺PLC故障，將使所有濾格不能自動反沖洗;通訊網絡采用雙絞線電纜互連，信號抗干擾差，不能接入過多的節點，防雷性能較低。由于沒有現場手動控制功能，嚴重影響V型濾池運行的安全性為確保V型濾池正常運行，必須對濾池自動控制系統進行升級改造。

二、V型濾池自動控制系統改造設計思路

（一）總體原則：保持控制架構不變，仍然由八臺PLC組成控制系統，要求每個濾池一臺PLC，公共濾臺一個PLC，中控室一臺PLC，各PLC功能彼此獨立，其中一臺PLC故障不會影響其它濾池運行、控制系統外圍設備功能不變、增加系統的控制方式：包括中控室自動控制、現場自動控制、現場手動控制。中控室的計算機通過組態軟件與中控PLC相連接，實現遠程控制濾池過濾和反沖洗。

（二）PLC通訊網絡要求：因為中控室與公共濾臺，公共濾臺與濾池之間距離較遠，并且廠區處于雷擊地帶，為防止因雷擊感應電引入通訊網而損壞PLC，在中控室與公共濾臺，公共濾臺與濾池之間采用光纖連接，其余的采用帶屏蔽層的網線連接。利用交換機將八臺PLC進行連接組成以太網控制網絡。

（三）選型：PLC選型考慮性價比，功能夠就好，適當留有一定的余量，不追求高端產品。從性能兼容性上考慮，選擇采用法國schneider公司的M340（中控室）、Twido（濾池）、Premium（}共濾臺）系列的可編程控制器，中控室PLC型號為BMXP342020，濾池PLC型號為TWDLCAE40DRF，公共濾臺PLC號為TSXP573634M。這三個型號的PLC都有以太網端口，開放編程。中控控制界面采用ICONICS組態軟件。數據交換機為kyland品牌，型號是：kien200-2m-se-6tx。交換機有1個輸入端，6個輸出端。光纖轉換器為NETLINK HTB1100。

三、自動控制過程

（一）濾池運行控制模式：

1、中控室系統控制分鍵控、全自動兩種方式。當處于鍵控方式下工作人員可通過計算機啟停設備，運行過程由系統自動控制，發生故障時自動執行故障保護程序;當處于全自動方式全程由系統控制。

2、濾格現場控制，通過選擇開關設置為現場控制和中控室控制。在現場狀態下，能控制濾格六個閥門的開和關、一鍵反沖洗、過濾。

（二）恒水位過濾程序設計

濾格水位的變化是受進水量的變化、待濾水濁度等因素影響的。濾格恒水位的過濾是保證待濾水流量與濾后水流量基本恒定，因此轉化為各個濾格的水位保持恒定。設定水位為前饋，濾池水位、閥門開度、阻塞值為反饋組成個閉環控制，可以根據反饋的變化實時控制清水出水閥的開度，把所有影響水量變化的條件轉化為對濾格水位的控制。出水閥控制過程根據設定水位和實際水位之間的誤差，經運算后把輸出信號傳送給輸出附加處理程序，再輸出給出水調節閥，實現水位比設定水位的值越大，出水調節閥開度就越大。當濾池選擇在自動狀態時，出水調節閥由濾池PLC程序控制。選擇在手動時，出水調節閥由外置的PID調節器進行控制，目的是當PLC故障時，濾池仍然可以通過手動控制過濾，確保安全性。

（三）自動反沖洗程序設計

反沖洗原理及過程：V型濾池濾料經過一段時間過濾后，過濾能力逐漸下降。而濾池過濾能力的再生，是濾池穩定高效運行的關鍵。而V型濾池過濾能力的再生，就是采用了高壓的氣、水反沖洗濾料表面污物。由于氣泡的相互激烈碰撞，大大加強了污物剝落能力。使得經過反沖先后，濾池又能很快恢復過濾能力。具體反沖洗過程步驟如下：關閉進水閥→關閉出水閥→開排污閥→關閉排氣閥→開反沖洗進氣閥→啟動1臺風機→（氣洗1分鐘）→再和啟動第2臺風機，及1臺水泵→開反沖洗進水閥→（氣水混合洗5分鐘）→關閉2臺風機→關閉進氣閥→打開排氣閥→再啟動第2臺水泵→（水洗6分鐘）→關閥反沖洗進水閥→停2臺反沖洗水泵→關閉排污閥→開進水閥→過。在滿足反沖洗條件后，按設定步驟執行。

四、改造效果

通過對V型濾池自控系統進行集散控制技術升級改造，搭建出“一主多從，一個濾池配一臺PLC”的集中操作、分散控制架構，為防止因雷擊感應電引入通訊網而損壞PLC，在中控室與公共濾臺，公共濾臺與濾池之間采用光纖連接，其余的采用帶屏蔽層的網線連接。利用數據庫實現系統控制參數自適應，當各個濾池分水位差異和濾池的工況不同時、能智能切換對應控制參數，差異化設置各濾池恒水位目標值，可彌補單一PID算法在實現恒水位過濾時易造成濾后水質不穩定的缺陷，從而確保濾后水濁度穩定而達標，解決了因濾池結構存在個體差異而造成各個濾池配水不均勻的問題，實現各個濾池負荷均衡化運行，為安全優質供水提供了有力保障。V型濾池自動控制系統經過改造后，控制方式較改造前靈活，降低了崗位工作人員的勞動強度，生產過程數據符合要求，備件采購容易，控制過程能跟蹤查詢，故障維護降低了難度。有效提高了生產效率，節約了生產成本。