基于PLC水廠自控系統(tǒng)的探究

袁洪

摘 要：文章介紹華東地區(qū)主用的航務(wù)控制語音終端設(shè)備EE300的結(jié)構(gòu)、機(jī)理、功能、相關(guān)排故技巧及狀態(tài)檢測方法，并由此提煉總結(jié)出未來中國民航業(yè)航務(wù)控制設(shè)備數(shù)字化研制列裝、分布式聯(lián)網(wǎng)部署、快速維護(hù)保障的三大趨勢走向。

關(guān)鍵詞：PLC；水廠；自控系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0019-02

隨著城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，供水問題日趨突顯。而自來水廠規(guī)模的逐步拓展，使各類控制技術(shù)與設(shè)備的應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，其中，基于PLC自控制系統(tǒng)的應(yīng)用最多。盡管基于PLC控制系統(tǒng)的廣泛運(yùn)用為自來水廠創(chuàng)造的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益比較可觀，但相關(guān)技術(shù)人員也應(yīng)意識到其缺陷，并對其優(yōu)劣勢進(jìn)行匯總分析。為此，下文將具體闡述在自來水廠中基于PLC自控系統(tǒng)的應(yīng)用。

1 某水廠供水工藝

某水廠為紹興水務(wù)集團(tuán)下屬主力水廠，設(shè)計供水能力50萬噸/天。水廠位于紹興地區(qū)，為山地高位水廠，根據(jù)凈水工藝分成38 m平臺和52 m平臺。水廠以水庫水為水源，通過9.6 km的引水隧道輸送到水廠。出廠配水全部依靠重力流方式，由2根D N2000出廠管并入城市供水環(huán)網(wǎng)。

2 水廠自控系統(tǒng)概述

水廠采用PLC+PC方式構(gòu)成集散型自控系統(tǒng)。PLC系統(tǒng)由5個主站和多個附屬子站組成。其中主站由CPU模塊、以太網(wǎng)模塊、網(wǎng)卡、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊等組成。子站通過ControlNet網(wǎng)，經(jīng)同軸電纜和主站通信。PLC主站和子站分別安裝有PANEL VIEW、PLUS1000和PANEL VIEW 550觸摸屏界面。

PC（上位機(jī)）系統(tǒng)采用服務(wù)器一客戶端的分布式系統(tǒng)。2臺冗余的服務(wù)器進(jìn)行人機(jī)界面和數(shù)據(jù)服務(wù)的互備，確?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)行的不間斷性，其中服務(wù)器操作系統(tǒng)為WindowsServer 2003；數(shù)據(jù)庫軟件采用SQL SERVE2005。上位機(jī)每分鐘自動將各字段的歷史數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并通過EXCEL編程，自動生成各類型的報表。

整個水廠自控系統(tǒng)采用光纖環(huán)網(wǎng)通信，自控系統(tǒng)與其它網(wǎng)絡(luò)邏輯隔離，生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)邊界處由防火墻控制訪問。

3 PLC系統(tǒng)各部分組成

3.1 原水提升泵房控制站

該控制站設(shè)于提升泵房，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控提升泵、變頻器、進(jìn)水閥門組、調(diào)流閥、高壓配電系統(tǒng)電氣參數(shù)檢測、低配柜等的設(shè)備和儀表，實現(xiàn)提升泵的一步化開啟、關(guān)閉，進(jìn)水閥門組開閉控制，調(diào)流閥的開度調(diào)節(jié)，高低壓配電電氣參數(shù)上傳等功能。

一旦水庫水位越過設(shè)定水位，取水則應(yīng)借助兩個調(diào)流閥的開度實施調(diào)整，從而實現(xiàn)自流進(jìn)水；一旦水位比設(shè)定水位低，則依靠多臺取水泵進(jìn)行取水，借助對水泵電機(jī)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)進(jìn)水量。

調(diào)流閥的控制方式有手動、中控兩種。提升水泵的控制方式有手動、中控和自動控制三種。中控時，通過計算機(jī)界面下達(dá)命令，可一步化開關(guān)相應(yīng)的取水泵和其進(jìn)出口閥門.或者單獨開關(guān)某個閥門或水泵。自動控制時，PLC根據(jù)上位機(jī)界面上設(shè)定的“每小時取水總量”，通過變頻，自動調(diào)節(jié)各水泵的運(yùn)行負(fù)荷。泵房采用變頻器，其附帶通信模塊，通過總線，實現(xiàn)與PLC站的數(shù)據(jù)通信。

3.2 加氯控制站

該站設(shè)定在加氯間，多用于對有關(guān)儀表與設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控、加氯。加氯系統(tǒng)包括漏氯檢測及中和裝置、液氯投加、氯瓶自動切換三種。液氯投加時可使用真空加氯機(jī)，主要有后加氯、前加氯、出廠水補(bǔ)氯三種。其中，后加氯是指利用復(fù)合環(huán)自動加氯的手段進(jìn)行濾后加氯，也就是說在依照濾后余氯與濾后水流量的PID反饋控制方式后組成的復(fù)合環(huán)控制；加氯機(jī)依照設(shè)置的投加率與原水流量的變動對加氯量進(jìn)行自動調(diào)節(jié)；前加氯則采取原水流量配比的控制手段。出廠水補(bǔ)氯設(shè)置將出廠水補(bǔ)氯點設(shè)于清水池出水管上的方式，借助出廠水余氯反饋從而實現(xiàn)對出廠水余氯的自動控制。

3.3 加藥間控制站

該站設(shè)于加藥間，主要負(fù)責(zé)礬液、石灰的自動配置和投加，沉淀池進(jìn)水閥門開閉控制，沉淀池刮泥機(jī)運(yùn)行和反應(yīng)沉淀池自動排泥等功能。

充分發(fā)揮出PLC的自動配礬（堿）與自動切換礬（堿）池等諸多作用，同時廣泛地收集溫度、原水流量、PH值、反應(yīng)池PH值、濁度等諸多參數(shù)，站在整體的角度運(yùn)用對其適用的公式，將礬（堿）投加量求出來，并實施控制。

石灰投加系統(tǒng)選取依靠PLC系統(tǒng)控制的成套設(shè)備，加藥間控制站以DP總線與通信模塊傳輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)。石灰投加的目的有：①助凝；②對出廠水的PH值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

反應(yīng)池及沉淀池排泥子系統(tǒng)是加藥間控制站下的子站。該子站實現(xiàn)反應(yīng)池及沉淀池的定期排泥，并通過Rs-485總線監(jiān)控各沉淀池刮泥機(jī)PLC站。

3.4 沖洗泵房控制站

該站設(shè)于反沖洗泵房，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控濾池濾格、水質(zhì)間、鼓風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)、反沖洗水泵、取樣泵、自用水泵、增壓水泵等的設(shè)備和儀表，實現(xiàn)濾池濾格恒水位控制、濾格自動反沖洗操作、反沖洗泵房設(shè)備自動控制、濾池水質(zhì)間儀表參數(shù)檢測和上傳等功能。

水廠的V型濾池共有20個濾格。整個濾池系統(tǒng)由1個反沖洗公共PLC主站、20個濾格子站等來控制，其中濾格主站和子站采用CONTROLNET控制層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)通信。3臺鼓風(fēng)機(jī)、3臺反沖洗泵、2臺壓縮機(jī)由主站控制，各濾格的氣動進(jìn)水、排水閥和氣沖、水沖閥、排氣閥及清水閥、濾格液位儀、水頭損失計由各濾池對應(yīng)的子站控制。系統(tǒng)實現(xiàn)每單個濾格的恒水位自動控制，并根據(jù)各濾格運(yùn)行時間，建立沖洗等待隊列，按先進(jìn)先出的原則實現(xiàn)各濾格的按序自動反沖洗過程。

在濾格子站安裝有PANELVIEW 550人機(jī)界面?？赏ㄟ^該現(xiàn)場界面對每單個濾格的氣動進(jìn)水、排水閥和氣沖、水沖閥及排氣閥進(jìn)行開關(guān)控制，并可設(shè)定清水閥開度。

自用水子站負(fù)責(zé)廠區(qū)DN200自用水管網(wǎng)的恒壓供水，通過對3大2小共5臺自用水泵的增減及變頻控制，使自用水管網(wǎng)的壓力保持在0.3 MPa附近。

3.5 污泥脫水系統(tǒng)控制站

該站設(shè)于污泥脫水車間，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控污泥脫水系統(tǒng)及輔助設(shè)備、反沖洗廢水調(diào)節(jié)池、污泥脫水配電系統(tǒng)等的設(shè)備和儀表。其中，污泥脫水系統(tǒng)采用2臺板框式壓濾機(jī)，由自成體系獨立運(yùn)行并通過DP總線連接到水廠自控體系。

4 水廠上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

各PLC主站與中央控制室的各服務(wù)器、工作站、交換機(jī)通過光纖環(huán)網(wǎng)通信。上位機(jī)采用服務(wù)器一客戶端方式.包活2臺互為冗余的服務(wù)器和4臺客戶端工作站，采用FACTORY TALK VIEW SE作為編程軟件，構(gòu)建基于以太網(wǎng)的中央監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)全廠的生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)視、生產(chǎn)調(diào)度、水質(zhì)監(jiān)控和數(shù)據(jù)服務(wù)等功能。通過中央控制室的工作站主機(jī)，可以實現(xiàn)全廠工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工藝過程參數(shù)的采集和監(jiān)視；通過遠(yuǎn)程控制相關(guān)設(shè)備、設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，配合工藝運(yùn)行過程可實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)制水。

5 PLC技術(shù)在水廠各分站中的應(yīng)用

5.1 取水泵站的PLC技術(shù)應(yīng)用

①檢測參數(shù)包括：可對溫度、原水PH值、原水進(jìn)水閥超限位報警、原水進(jìn)水閥限位開關(guān)、流量、濁度、原水進(jìn)水閥開度以及原水進(jìn)水閥故障報警進(jìn)行檢測。

②主要功能有：向監(jiān)控計算機(jī)傳輸運(yùn)行參數(shù)與吸水井、原水泵的運(yùn)行狀態(tài)；可接收監(jiān)控計算機(jī)的命令，并付諸實踐。

5.2 加藥的PLC技術(shù)

①檢測參數(shù)有：計量泵與計量泵變頻裝置手/自動；計量泵沖程、計量泵變頻裝置及其故障檢測；溶液池以及溶解池液位的超高位報警以及連續(xù)檢測；計量泵、攪拌器開停；攪拌器開停等等。

②主要功能有：向監(jiān)控計算機(jī)傳輸加氯設(shè)備、加藥泵、藥池等的運(yùn)行參數(shù)與運(yùn)行狀態(tài)；可接收監(jiān)控計算機(jī)的命令，并付諸實踐。

5.3 公共沖洗的PLC技術(shù)

①檢測參數(shù)有：出口旁路的閥的手/自動、故障、開關(guān)；反沖洗鼓風(fēng)機(jī)的故障、開停、手動/自動；出口閥的故障及開關(guān)狀態(tài)、手/自動；反沖洗水泵故障、開停、手/自動等。

②主要功能有：利用FIPW AI'實現(xiàn)子站和主站間網(wǎng)絡(luò)連接，確保子站和主站在系統(tǒng)上互為后備，在子站被編寫濾池的反沖和運(yùn)行程序。如此即可有效保證系統(tǒng)的安全性，再加上濾池的控制系統(tǒng)的電纜線數(shù)量不多，因此更便于檢修。

5.4 沉淀池PLC技術(shù)

①檢測參數(shù)有：沉淀池分管進(jìn)水閥開關(guān)位置限位、沉淀池分管進(jìn)水閥故障狀態(tài)、SCD、沉淀池分管進(jìn)水閥開關(guān)狀態(tài)、沉淀池分管進(jìn)水閥（手/自動狀態(tài)）、沉淀后濁度、沉淀池水位；排泥機(jī)手/自動；排泥機(jī)運(yùn)行/停止?fàn)顟B(tài)、排泥機(jī)故障、排泥機(jī)前進(jìn)/后退等。

②主要功能有：依照污泥的時間周期或者濃度的開關(guān)作出是否要排泥的決策；結(jié)合生產(chǎn)的實際需求決定停用或者啟動沉淀池；接收并實施監(jiān)控計算機(jī)的命令。

6 結(jié) 語

伴隨PLC技術(shù)在水廠自控系統(tǒng)內(nèi)的普及與運(yùn)用，水廠自控系統(tǒng)正在朝著生產(chǎn)信息集成、信息采集、信息傳遞、企業(yè)的生產(chǎn)工藝調(diào)度、生產(chǎn)水質(zhì)監(jiān)控、自動投加藥的方向發(fā)展。

在此大環(huán)境下，應(yīng)積極地將計算機(jī)軟件技術(shù)廣泛地運(yùn)用到水廠的營銷、生產(chǎn)、辦公等上，針對企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行全方位地優(yōu)化升級，建立起現(xiàn)代的、相對規(guī)范的信息化管理系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳紅蘭，紀(jì)濤.基于PLC控制技術(shù)實現(xiàn)水廠自控系統(tǒng)的設(shè)計 [J].測控技 術(shù)，2006（25（7）.