水廠濾池自動控制系統(tǒng)的改造

袁洪

[摘 要]本文筆者結(jié)合某水廠濾池自動控制系統(tǒng)成功改造這一實(shí)例，分別從控制系統(tǒng)的基本情況、改造緣由、設(shè)計(jì)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(lǐng)先技術(shù)并將其運(yùn)用到具體的技術(shù)改造工作中奠定基礎(chǔ)。

[關(guān)鍵詞]水廠；濾池；自動控制系統(tǒng)

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

1 系統(tǒng)狀況

某水廠濾池自動控制系統(tǒng)于1998年建成投入使用，該系統(tǒng)采用當(dāng)時(shí)較先進(jìn)的PLC設(shè)備和控制軟件。該系統(tǒng)是一個(gè)集散控制子系統(tǒng)，每個(gè)濾池控制臺配置1臺PLC系統(tǒng)，控制對應(yīng)濾池的運(yùn)行，各濾池控制臺之間無任何功能聯(lián)系；公共反沖洗配置一臺PLC系統(tǒng)，負(fù)責(zé)全部濾池的自動反沖洗任務(wù)，并通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和管理全部濾池的運(yùn)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(shí)時(shí)調(diào)節(jié)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(wǎng)絡(luò)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(guān)閥門的開閉。（3）監(jiān)視該濾池所有設(shè)備的狀態(tài)，處理故障信息，產(chǎn)生相應(yīng)報(bào)警。

1.2 公共反沖洗PLC主要功能

（1）通過網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視和管理所有濾池運(yùn)行狀態(tài)。（2）對濾池反沖洗申請進(jìn)行排隊(duì)，并控制所有反沖洗資源（風(fēng)機(jī)、水泵等），自動完成所有濾池的反沖洗任務(wù)。（3）濾池水質(zhì)數(shù)據(jù)的采集和處理。（4）通過網(wǎng)絡(luò)，使中控監(jiān)控計(jì)算機(jī)獲取濾池運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并能遙控濾池的運(yùn)行。（5）通過網(wǎng)絡(luò)，向其它PLC站傳送生產(chǎn)數(shù)據(jù)。（如：向投加PLC傳送濾后流量、余氯和后加氯壓力開關(guān)信號，用于加氯自動控制。）

2 濾池自動控制系統(tǒng)改造原因

濾池自動控制系統(tǒng)在投運(yùn)之初，具有結(jié)構(gòu)合理，功能較完善，自動化程度高，可靠性較好等優(yōu)點(diǎn)，為水廠安全供水提供了保障。但是，由于該系統(tǒng)己運(yùn)行近十幾年，設(shè)備開始老化故障率增加，己不能保證濾池的正常安全運(yùn)行。濾池自動控制系統(tǒng)主要隱患如下。

2.1 設(shè)備老化、可靠性低

濾池自動控制系統(tǒng)運(yùn)行至2010年已經(jīng)近十幾年，設(shè)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(jī)界面等的故障率明顯增加，嚴(yán)重影響濾池運(yùn)行的安全性、可靠性。

2.2 技術(shù)更新快、核心模塊無備件

濾池自動控制系統(tǒng)采用的是九十年代的產(chǎn)品，目前隨著技術(shù)進(jìn)步而被淘汰，已全部停止施耐德系列備件的供應(yīng)。我們庫存?zhèn)浼搽y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(tǒng)的故障對安全供水的影響嚴(yán)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(gè)濾池停止工作。在水廠滿負(fù)荷甚至超負(fù)荷運(yùn)行的情況下，一個(gè)濾池停止工作，即造成待濾水溢流，產(chǎn)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(jiān)控濾池的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)。

綜上所述，為消除濾池安全生產(chǎn)的隱患，確保水廠的安全可靠供水，應(yīng)對濾池自控系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

3 控制系統(tǒng)改造的總體設(shè)計(jì)思路

3.1 改造的總體原則

（1）濾池自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(wǎng)和數(shù)據(jù)交換。并要有一定的先進(jìn)性，待水廠自控系統(tǒng)全面改造后，能融入全廠自控網(wǎng)絡(luò)中。（2）濾池自動控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)備的選擇必須考慮先進(jìn)性、通用性、網(wǎng)絡(luò)兼容性和易用性。要選擇目前較主流設(shè)備，備件供應(yīng)充足；要能兼容目前水廠工控網(wǎng)絡(luò)，并預(yù)留光纖以太網(wǎng)能力；要易于維護(hù)，技術(shù)開放。（3）設(shè)備選型是考慮性價(jià)比，夠用就好，技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠、不選擇過于高端的產(chǎn)品。（4）自動控制系統(tǒng)的功能必須達(dá)到現(xiàn)有控制和通訊能力，并對原有系統(tǒng)的一些不足進(jìn)行修改和優(yōu)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(wǎng)，從性能兼容性考慮，仍然選擇施耐德公司生產(chǎn)的PLC軟硬件產(chǎn)品。施耐德的PLC產(chǎn)品由高端至低端依次是：Puantium系列、Premium系列、Micro系列和Neza系列，結(jié)合濾池和公共反沖洗自控的功能需求，考慮性價(jià)比，選擇Premium系列產(chǎn)品用于公共反沖洗站，Micro系列產(chǎn)品用于各濾池控制站。

3.3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的新功能

（1）濾池控制臺的新功能。①實(shí)現(xiàn)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(xiàn)故障時(shí)仍能進(jìn)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(wǎng)，代替原來的網(wǎng)絡(luò)。（2）公共反沖洗的新功能。①實(shí)現(xiàn)原有公共反沖洗自動控制及通訊功能；②通過新建的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控濾池運(yùn)行狀態(tài)；③原有網(wǎng)絡(luò)己淘汰，與投加等的數(shù)據(jù)交換需通過MODBUS網(wǎng)絡(luò)由二級PLC轉(zhuǎn)發(fā)。

4 自動控制系統(tǒng)改造的技術(shù)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(jìn)行。

（1）改造時(shí)機(jī)的選擇。改造期間，至少會有一個(gè)濾池停止運(yùn)行，減少濾池的產(chǎn)能，因此，我們選擇在供水低峰的秋冬季節(jié)進(jìn)行。（2）改造期間，中控室將部分或全部不能監(jiān)控濾池的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行人員改為到現(xiàn)場監(jiān)控濾池的運(yùn)行。（3）在濾池停運(yùn)前，所有PLC等自控設(shè)備的配置必須完成，程序的編寫必須完成且己寫入到PLC內(nèi)。PLC必須己經(jīng)進(jìn)行離線模擬調(diào)試，并符合功能要求。（4）為減少停濾池時(shí)間，將不再使用控制臺內(nèi)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(jīng)過離線調(diào)試基本符合功能要求。（5）濾池停池改造遵循逐個(gè)改造的原則，每次只停止一個(gè)濾池，其它9個(gè)濾池仍能正常過濾和反沖洗，而不能進(jìn)行同時(shí)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(shí)，將造成網(wǎng)絡(luò)和MODBUS網(wǎng)絡(luò)中斷，其它車間（如投加）自動運(yùn)行所需的一些數(shù)據(jù)（如后加氯壓力開關(guān)信號）將不能傳送到對應(yīng)的PLC。因此反沖洗PLC改造前，對其它車間PLC程序進(jìn)行一些修改，使反沖洗PLC能在整個(gè)工控網(wǎng)絡(luò)中隔離出來。

5 控制系統(tǒng)改造的實(shí)施步驟

（1）停止1#濾池的運(yùn)行，進(jìn)行現(xiàn)場施工（此時(shí)2一10#池能正常工作）。（2） 1#濾池調(diào)試：調(diào)試濾池進(jìn)水閥和濾后出水閥的手動控制回路；調(diào)試濾池自動過濾程序；調(diào)試濾池在簡化模式（Reduce mode）下自動反沖洗程序。（3） 1#濾池調(diào)試成功后即可進(jìn)入自動過濾，并能在簡化模式（Reduce mode）下自動反沖洗，但此時(shí)中控不能監(jiān)控1#濾池的運(yùn)行。觀察1#濾池的運(yùn)行一段時(shí)間，確保其運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性；進(jìn)行必要的優(yōu)化修改，并根據(jù)1#濾池的調(diào)試結(jié)果對其它9臺PLC進(jìn)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(tài)，1 -5#濾池可進(jìn)入自動過濾，并能在簡化模式（Reducemode下自動反沖洗，但此時(shí)中控不能監(jiān)控它們的運(yùn)行狀態(tài)。（5）進(jìn)行公共反沖洗PLC的改造調(diào)試，并與1一5#濾池組成網(wǎng)絡(luò)，與二級PLC（CP10）組成MODBUS網(wǎng)絡(luò)，適當(dāng)修改CP10的程序，激活通訊。此時(shí)，公共反沖洗PLC能監(jiān)控1 -5#濾池并完成自動反沖洗，中控室也能監(jiān)控1 -5#濾池的運(yùn)行狀態(tài)；；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(jiān)控它們運(yùn)行狀態(tài)。（6）對6 -10#濾池逐個(gè)進(jìn)行改造，每完成一個(gè)則立即接入新組建的網(wǎng)絡(luò)，即可進(jìn)行全自動反沖洗和被中控室監(jiān)控。10#池改造成功后，整個(gè)濾池中控系統(tǒng)的改造即告完成。

6 結(jié)語

水廠濾池控制系統(tǒng)改造后運(yùn)行安全可靠，運(yùn)行更加靈活，將沖洗的首要環(huán)節(jié)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(shù)領(lǐng)先的整套的水廠自動控制系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。對水廠工程技術(shù)而言，其目前面臨著消化吸收國外領(lǐng)先技術(shù)的問題。為此，相關(guān)人員應(yīng)不斷地促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)交流，積極學(xué)習(xí)拓展自身的思路，從實(shí)踐中找到啟發(fā)。隨著自動控制技術(shù)的不斷發(fā)展，相信人類勢必可建設(shè)好、管理好、運(yùn)用好濾池自動控制系統(tǒng)。