PLC在農(nóng)村飲水工程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊德勝 崔 杰 于丙焱

1.煙臺(tái)開(kāi)發(fā)區(qū)自來(lái)水有限公司 山東 煙臺(tái) 264006

2.煙臺(tái)市福山自來(lái)水有限公司 山東 煙臺(tái) 265500

1 引言

近年來(lái)，隨著國(guó)家推進(jìn)城鄉(xiāng)供水一體化建設(shè)步伐的加快，占地小、投資少、建設(shè)周期短的鋼制一體化凈水設(shè)備在農(nóng)村飲水工程中得到廣泛使用，考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、人員素質(zhì)和管理水平等因素，可靠的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就顯得尤為重要，如何充分發(fā)揮PLC強(qiáng)大的邏輯控制功能[1]，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村飲水工程高效穩(wěn)定運(yùn)行是擺在我們面前的問(wèn)題。

2 工藝流程

鋼制一體化凈水設(shè)備大多采用集成式模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)原水水質(zhì)和出水要求進(jìn)行模塊組合集成。目前農(nóng)村飲水工程中使用最多是常規(guī)結(jié)構(gòu)型式，主要包括絮凝、沉淀、過(guò)濾三個(gè)工藝單元。從圖一農(nóng)村飲水工程典型工藝流程可以看出，除了一體化凈水設(shè)備外，還包括加藥、加氯消毒設(shè)備、濾池反沖洗設(shè)備等。

圖一 農(nóng)村飲水工程典型工藝流程

3 監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

農(nóng)村飲水工程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖二所示。按照集中管理、分散控制的原則，設(shè)監(jiān)控主站一個(gè)，每組濾池和每組沉淀池均設(shè)監(jiān)控從站一個(gè)，加氯加藥共用一個(gè)監(jiān)控從站。中控室可視化監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)光纖工業(yè)以太網(wǎng)與監(jiān)控主站進(jìn)行通訊，主站與各從站采用Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，系統(tǒng)最底層是設(shè)備控制層，主要完成設(shè)備的控制與監(jiān)測(cè)。

圖二 農(nóng)村飲水工程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 監(jiān)控從站 根據(jù)功能和設(shè)備分布情況設(shè)就地分控柜，PLC一般選用模塊化的西門子SIMATICS7-200系列產(chǎn)品，以完成對(duì)本地儀表、設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制輸出。例如，濾池監(jiān)控從站會(huì)保持對(duì)該濾池運(yùn)行液位、閥門狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，PLC獨(dú)立完成大部分的邏輯控制，并向主站上傳濾池狀態(tài)和反沖洗工況信號(hào)。

3.2 監(jiān)控主站 監(jiān)控主站是全廠集中管理的神經(jīng)中樞，通過(guò)程序來(lái)完成對(duì)從站采集數(shù)據(jù)的分析、運(yùn)算并相應(yīng)輸出結(jié)果，特別是對(duì)于從站PLC不能獨(dú)立完成的復(fù)雜邏輯控制，主站發(fā)揮指揮和協(xié)調(diào)作用。例如，濾池反沖洗是多組濾池共用一套沖洗水泵和風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，所以這些設(shè)備只能與監(jiān)控主站進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)主站監(jiān)控所有濾池的工況并進(jìn)行沖洗排序協(xié)調(diào)。主站PLC一般選用西門子SIMATICS7-300系列產(chǎn)品。

3.3 監(jiān)控平臺(tái) 中控室一般設(shè)置兩臺(tái)互為冗余的上位機(jī)，配備大屏幕顯示系統(tǒng)，便于工藝畫面顯示及值班人員遠(yuǎn)程操作，平臺(tái)采用西門子的組態(tài)軟件WinCC，完成全部工藝畫面的整合。

4 監(jiān)控系統(tǒng)功能

4.1 基本功能 在中控室集中監(jiān)控全廠生產(chǎn)情況，動(dòng)態(tài)顯示參數(shù)及設(shè)備設(shè)施工況，并能自動(dòng)進(jìn)行藥劑投加調(diào)整，保證水廠出水濁度、余氯等指標(biāo)符合要求；能對(duì)設(shè)備故障、生產(chǎn)異常等進(jìn)行報(bào)警和緊急處理，確保安全生產(chǎn)。

4.2 濾池自動(dòng)化運(yùn)行 濾池是農(nóng)村飲水工程制水生產(chǎn)中最關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)，恒液位自動(dòng)過(guò)濾和自動(dòng)反沖洗，就是監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)所在。

4.2.1 恒液位自動(dòng)過(guò)濾 這是濾池的正常工作狀態(tài)，PLC通過(guò)感知液位變化，以進(jìn)水流量作前饋、濾池液位作反饋，用PID調(diào)節(jié)控制濾池出水閥門的開(kāi)啟度，來(lái)保持濾池液位恒定。隨著濾料逐步堵塞，直到出水閥門全開(kāi)液位無(wú)法保持時(shí)該過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入濾池反沖洗過(guò)程。西門子S7系列PLC有專門的PID指令集，對(duì)于這種線性度比較好的系統(tǒng)控制效果十分理想，實(shí)際應(yīng)用中誤差控制在了1.5%之內(nèi)。

4.2.2 自動(dòng)反沖洗 通常根據(jù)濾池過(guò)濾周期或堵塞值進(jìn)行反沖洗條件判斷，兼顧沖洗設(shè)備狀態(tài)，條件滿足后，主站PLC將根據(jù)先進(jìn)先出隊(duì)列方式邏輯控制反沖洗，濾池由恒液位自動(dòng)過(guò)濾轉(zhuǎn)入自動(dòng)反沖洗過(guò)程。按既定順序?qū)V池相關(guān)閥門以及風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備進(jìn)行操作，以完成對(duì)濾池砂層的清洗。反沖洗結(jié)束后，濾池進(jìn)入恒液位自動(dòng)過(guò)濾狀態(tài)。

4.3 管理功能 監(jiān)控系統(tǒng)在滿足生產(chǎn)自動(dòng)化前提下，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化，按工藝流程分畫面、分系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行工況。對(duì)關(guān)鍵操作事件設(shè)有記錄功能，能自動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)并生成打印報(bào)表。安全方面，監(jiān)控系統(tǒng)具有賬戶權(quán)限保護(hù)功能，并有多重措施防止誤操作，管理員可以方便的對(duì)基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和調(diào)整。

5 結(jié)束語(yǔ)

我們?cè)谵r(nóng)村飲水工程中引入西門子系列PLC，建立高效的監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一年多檢驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、操作維護(hù)方便，取到了較好的效果。