V型濾池自動控制系統(tǒng)改造

陳榮標(biāo)

摘要：以V型濾池自動控制成功改造為例，從改造前系統(tǒng)存在問題、新控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、PLC選型、改造效果作詳細(xì)說明。為相同的V型濾池改造提供參考。

關(guān)鍵詞：V型濾池;PLC;改造;效果

一、V型濾池控制系統(tǒng)改造前現(xiàn)狀

茂名市水務(wù)投資集團(tuán)有限公司河?xùn)|水廠日生產(chǎn)能力20萬噸，分兩期建設(shè)，采用混合折板絮凝平流沉淀池+V型濾池為核心的常規(guī)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(tǒng)概況：二期V型濾池共有六個濾格，每個濾格設(shè)有進(jìn)水閥、出水調(diào)節(jié)閥、排污閥、反沖洗水閥、反沖洗氣閥、排氣閥6個閥門，液位計(jì)和阻塞儀各一臺，公共濾臺設(shè)3臺鼓風(fēng)機(jī)和3臺水泵，設(shè)有中控室實(shí)行遠(yuǎn)程控制。采用TE公司TSX系列的PLC，控制系統(tǒng)由八臺PLC通過雙絞線電纜互連成FIPWA、通訊網(wǎng)，濾池控制分為過濾運(yùn)行控制和反沖洗運(yùn)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(huán)進(jìn)行。

（二）控制系統(tǒng)現(xiàn)狀：因該控制系統(tǒng)已運(yùn)行十四年，PLC電源模塊、通訊模塊、XBT人機(jī)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(chǎn)。公共濾臺PLC故障，將使所有濾格不能自動反沖洗;通訊網(wǎng)絡(luò)采用雙絞線電纜互連，信號抗干擾差，不能接入過多的節(jié)點(diǎn)，防雷性能較低。由于沒有現(xiàn)場手動控制功能，嚴(yán)重影響V型濾池運(yùn)行的安全性為確保V型濾池正常運(yùn)行，必須對濾池自動控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

二、V型濾池自動控制系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)思路

（一）總體原則：保持控制架構(gòu)不變，仍然由八臺PLC組成控制系統(tǒng)，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(dú)立，其中一臺PLC故障不會影響其它濾池運(yùn)行、控制系統(tǒng)外圍設(shè)備功能不變、增加系統(tǒng)的控制方式：包括中控室自動控制、現(xiàn)場自動控制、現(xiàn)場手動控制。中控室的計(jì)算機(jī)通過組態(tài)軟件與中控PLC相連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制濾池過濾和反沖洗。

（二）PLC通訊網(wǎng)絡(luò)要求：因?yàn)橹锌厥遗c公共濾臺，公共濾臺與濾池之間距離較遠(yuǎn)，并且廠區(qū)處于雷擊地帶，為防止因雷擊感應(yīng)電引入通訊網(wǎng)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(wǎng)線連接。利用交換機(jī)將八臺PLC進(jìn)行連接組成以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)。

（三）選型：PLC選型考慮性價比，功能夠就好，適當(dāng)留有一定的余量，不追求高端產(chǎn)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(wǎng)端口，開放編程。中控控制界面采用ICONICS組態(tài)軟件。數(shù)據(jù)交換機(jī)為kyland品牌，型號是：kien200-2m-se-6tx。交換機(jī)有1個輸入端，6個輸出端。光纖轉(zhuǎn)換器為NETLINK HTB1100。

三、自動控制過程

（一）濾池運(yùn)行控制模式：

1、中控室系統(tǒng)控制分鍵控、全自動兩種方式。當(dāng)處于鍵控方式下工作人員可通過計(jì)算機(jī)啟停設(shè)備，運(yùn)行過程由系統(tǒng)自動控制，發(fā)生故障時自動執(zhí)行故障保護(hù)程序;當(dāng)處于全自動方式全程由系統(tǒng)控制。

2、濾格現(xiàn)場控制，通過選擇開關(guān)設(shè)置為現(xiàn)場控制和中控室控制。在現(xiàn)場狀態(tài)下，能控制濾格六個閥門的開和關(guān)、一鍵反沖洗、過濾。

（二）恒水位過濾程序設(shè)計(jì)

濾格水位的變化是受進(jìn)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(zhuǎn)化為各個濾格的水位保持恒定。設(shè)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(huán)控制，可以根據(jù)反饋的變化實(shí)時控制清水出水閥的開度，把所有影響水量變化的條件轉(zhuǎn)化為對濾格水位的控制。出水閥控制過程根據(jù)設(shè)定水位和實(shí)際水位之間的誤差，經(jīng)運(yùn)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(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)水位比設(shè)定水位的值越大，出水調(diào)節(jié)閥開度就越大。當(dāng)濾池選擇在自動狀態(tài)時，出水調(diào)節(jié)閥由濾池PLC程序控制。選擇在手動時，出水調(diào)節(jié)閥由外置的PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，目的是當(dāng)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(shè)計(jì)

反沖洗原理及過程：V型濾池濾料經(jīng)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(wěn)定高效運(yùn)行的關(guān)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(qiáng)了污物剝落能力。使得經(jīng)過反沖先后，濾池又能很快恢復(fù)過濾能力。具體反沖洗過程步驟如下：關(guān)閉進(jìn)水閥→關(guān)閉出水閥→開排污閥→關(guān)閉排氣閥→開反沖洗進(jìn)氣閥→啟動1臺風(fēng)機(jī)→（氣洗1分鐘）→再和啟動第2臺風(fēng)機(jī)，及1臺水泵→開反沖洗進(jìn)水閥→（氣水混合洗5分鐘）→關(guān)閉2臺風(fēng)機(jī)→關(guān)閉進(jìn)氣閥→打開排氣閥→再啟動第2臺水泵→（水洗6分鐘）→關(guān)閥反沖洗進(jìn)水閥→停2臺反沖洗水泵→關(guān)閉排污閥→開進(jìn)水閥→過。在滿足反沖洗條件后，按設(shè)定步驟執(zhí)行。

四、改造效果

通過對V型濾池自控系統(tǒng)進(jìn)行集散控制技術(shù)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(gòu)，為防止因雷擊感應(yīng)電引入通訊網(wǎng)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(wǎng)線連接。利用數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制參數(shù)自適應(yīng)，當(dāng)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(yīng)控制參數(shù)，差異化設(shè)置各濾池恒水位目標(biāo)值，可彌補(bǔ)單一PID算法在實(shí)現(xiàn)恒水位過濾時易造成濾后水質(zhì)不穩(wěn)定的缺陷，從而確保濾后水濁度穩(wěn)定而達(dá)標(biāo)，解決了因?yàn)V池結(jié)構(gòu)存在個體差異而造成各個濾池配水不均勻的問題，實(shí)現(xiàn)各個濾池負(fù)荷均衡化運(yùn)行，為安全優(yōu)質(zhì)供水提供了有力保障。V型濾池自動控制系統(tǒng)經(jīng)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(qiáng)度，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)符合要求，備件采購容易，控制過程能跟蹤查詢，故障維護(hù)降低了難度。有效提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。