施耐德PLC在海寧市第二水廠的應用
張曉東
(浙江省海寧市自來水公司，浙江 海寧 314400)
關鍵詞：水廠工藝、加氯、過濾、控制系統(tǒng)、智能化、容錯、Premium PLC
一、水廠工藝簡介 (1)水廠工藝流程
海寧市第二水廠設計供水規(guī)模10萬噸/日，一期工程5萬噸/日于1999年7月投入使用。2004年4月二期工程常規(guī)處理開工建設，于2005年6月投入使用，同年10月，10萬噸/日深度處理工程開工建設，于2006年8月19日正式通水。
二水廠由于源水水質較差，處理工藝相對復雜，首先是預處理、然后通過常規(guī)平流沉淀、過濾、提升、臭氧接觸最后經過活性炭濾池進入清水池。
(2)自控系統(tǒng)介紹
一期工程整個PLC網絡采用施耐德的FIPWAY網絡結構，濾池部分采用UNITELWAY網絡結構。從系統(tǒng)運行的情況來看，總體比較滿意，就是濾池部分有時會出現(xiàn)通訊中斷的現(xiàn)象。二期工程開始后，由于計算機軟硬件技術的迅速發(fā)展，特別是網絡技術的發(fā)展，工業(yè)以太網技術在控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。我們考慮對整個自控系統(tǒng)進行升級，廠區(qū)的主干網絡采用光纖以太網，這樣可以最大限度的避免干擾，而且傳輸速度也大大加快。然后把濾池的網絡升級為FIPWAY結構，整個網絡結構如圖：
從圖中可以看出，光纖網絡上主站有加藥，送水泵房，濾池反沖洗，提升泵房，新鼓風機房，污泥脫水機房。沙濾池和活性炭濾池都由反沖洗泵房的PLC通過FIPWAY通訊模塊進行通訊，取水泵和老的鼓風機都由加藥間通過FIPWAY通訊模塊進行通訊。整個網絡看上去比較簡潔，可靠，安全性也不錯。網絡主站還安裝了浪涌保護器、在線UPS等保護裝置，以避免電網對PLC的沖擊。上位機采用了SQL數(shù)據(jù)庫，增加了數(shù)據(jù)服務器，在便于查詢的同時提高了數(shù)據(jù)的可靠性。
二、關鍵工藝點程序設計
在確定硬件架構以后，軟件的編制顯的尤其重要，它在整個系統(tǒng)中起到的作用超過硬件，現(xiàn)在正在向智能化方向發(fā)展。對于水廠來說，控制的關鍵是加藥系統(tǒng)和濾池反沖洗和過濾系統(tǒng)，在這次自控系統(tǒng)程序的設計過程中，這兩個方面都有所變化。
(1)加藥系統(tǒng)程序設計
對于加氯系統(tǒng)，我們取消了加氯機自帶的調節(jié)裝置，因為現(xiàn)在的PLC完全有能力實現(xiàn)這些功能，節(jié)省了硬件上的投入。但是程序的實現(xiàn)一方面需要有好的數(shù)學模型，也需要程序人員在使用過程中根據(jù)實際情況對參數(shù)進行反復修改，以達到比較理想的狀態(tài)。在加礬程序的設計上，除了流量配比外，我們還引入了模擬斜管以及沉淀水濁度作為反饋信號，調節(jié)加礬泵的頻率更好的控制礬液投加量。
(2)濾池系統(tǒng)程序設計
關鍵是濾池程序的設計，對出廠水質的影響至關重要。濾池程序設計主要是兩部分，一是反沖洗，通過主PLC與濾池PLC協(xié)調工作來完成，一般情況是氣水反沖洗控制包括兩部分:第1部分為公共反沖洗設備控制，由公用PLC和濾池PLC子站配合實現(xiàn)設備的順序啟停控制。對每格濾池子PLC上送的“請求沖洗”申請的次序，組成一隊列，并按次序啟動各格濾池子PLC共同自動完成反沖洗過程。當有多個濾池同時發(fā)出“沖洗”請求時，公用PLC采用FIFO堆棧原則，即先進先出原則進行排隊沖洗。FIFO1處理人工請求，F(xiàn)IF02處理自動請求，F(xiàn)IF01優(yōu)先于FIFO2；第2部分為氣水反沖程序控制，當某格濾池滿足反沖洗條件時，即進入自動反沖洗程序:關閉進水閘板閥，待濾池水位下降到一定值時關閉清水出水閥，開排水閥，起動鼓風機，開氣沖閥，進行氣沖;約4 min后起動反沖洗泵，打開水沖洗閥，進行氣水混合沖洗;約4 min后停鼓風機和氣沖閥，單獨進行水沖洗，約2 min后停反沖洗泵和水沖洗閥，開余氣釋放閥10 s，排除管道內的余氣，關閉排水閥，完成一次反沖洗過程。再開進水閘板閥，待濾池水位上升至一定值時開清水出水閥，濾池進人正常過濾階段。
濾池的控制也包括兩部分。第1部分根據(jù)濾池水位，通過PLC編程模擬PID調節(jié)程序，調節(jié)清水出水閥開度以保證濾池恒水位恒速過濾，這一方面應該得到足夠的重視，根據(jù)最新的理論，濾池過濾水位變化越小，對水質的穩(wěn)定越有效，以前由于硬件設備的限制很難達到設計要求，現(xiàn)在由于硬件技術已經相當成熟，PLC的運算速度和穩(wěn)定性大大提高，軟件的功能也達到了一個新的水平，因此有必要對濾池恒水位采取足夠的重視，經過反復調試，我們現(xiàn)在濾池水位控制在-5cm到+5cm之間；濾池控制的第2部分是根據(jù)水位變化的情況以及水頭損失的參數(shù)確定沖洗的時間。
三、控制系統(tǒng)特點：
(1) 技術先進。
控制系統(tǒng)主要選用法國施耐德（Schneider）公司最新研制的Modicon Premium 系列PLC作為主要的控制器。該系列PLC是施耐德公司近年主推的中檔PLC產品，采用成熟、先進的技術。價格適中，非常適合于10萬噸左右的水廠使用，該系列PLC已經成熟地應用到國內外許多領域。
(2) 操作簡便、可靠。
全廠的設備可以方便、靈活地在現(xiàn)場手動操作、PLC自動操作和集中程控操作。與同類PLC相比，外殼堅固，做工精致。
(3) 易于維護。
控制系統(tǒng)采用模塊化結構。當某個模塊故障時，可以方便地帶電拔出模塊，然后用新模塊替換，所以，整個系統(tǒng)的硬件維護非常容易。
(4 )便于擴展。
系統(tǒng)的組態(tài)是一個開放型的結構，不管是模塊，還是網絡均可以方便地進行擴展。從主控制器的性能來看，也還有很大的擴展余地。在上位機網絡上，采用了標準的以太網，為以后設備的擴展和管理網絡的建立留有廣泛的擴展空間。
(5) PLC 處理能力。
所選 P LC 控制和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收過程變量的輸入信號，然后按照組態(tài)數(shù)據(jù)的要求，對輸人信號進行處理，存放到相應的數(shù)據(jù)庫中顯示或計算，傳送輸出信
號至最終控制元件。在 U0 信 號處理方面，系統(tǒng)對模擬量提供線性化、補償、累積、開方和報警功能;系統(tǒng)對開關量提供報警和狀態(tài)變化的檢測。系統(tǒng)具有調節(jié)控制、聯(lián)鎖邏輯、手動操作以及由標準算法或用戶程序組合而成的自動順序控制功能。調節(jié)控制功能包括各種PID算法(反饋、前饋、開關、比率、超前/滯后等)、標準計算(加、減、乘、除、復合運算等)、基本的控制功能(開關、限幅、高/低選擇等)、自適應控制功能。聯(lián)鎖控制功能包括用于調節(jié)控制的布爾邏輯和用于開關控制的梯形邏輯;順序控制功能可以執(zhí)行啟停順序、批量處理或任何預先定義的程序步驟。現(xiàn)場控制站可以支持來自現(xiàn)場設備的各種輸人和輸出信號，所有的輸人和輸出電路都能防止信號過載、瞬變和浪涌沖擊。
(6 )通信能力。
通信系統(tǒng)能完成整個控制系統(tǒng)各站之間信息交換，將控制站采集的過程信號送往操作站顯示、存儲，將操作站的控制指令送往控制站，將控制站的輸出信號送往各終端設備。
(7) 自診斷及容錯。
控制系統(tǒng)具有完整的自診斷系統(tǒng)，在上位機操作站上顯示自診斷狀態(tài)和結果。自診斷系統(tǒng)包括全面的離線和在線診斷軟件，診斷程序能對系統(tǒng)設備故障進行檢查。控制系統(tǒng)具有一定的容錯能力，即當某些模塊發(fā)生故障后，不影響整個系統(tǒng)的有效工作，具體表現(xiàn)在:
① 所選PLC產品能夠帶電熱插拔，模塊故障時，可以任意在線更換而不影響系統(tǒng)工作。
② 主控制器出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)輸出也能保持在最后時刻的輸出數(shù)值，或是預先設定的故障安全狀態(tài)而不影響系統(tǒng)工作。
③ 由軟件設計對各個模塊完好狀態(tài)監(jiān)視，通過上位機操作站就可以看到模塊的工作狀態(tài)是否正常，如果出現(xiàn)模塊故障及時報警。
四、運行效果
通過一段時間的使用，系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，尤其是程序中充分考慮了實際的經驗數(shù)據(jù)，具有智能化的效果，即融入了通常所說的專家系統(tǒng)。從造價來看，性價比最優(yōu)，在滿足使用的同時成本最低。
作者：張曉東（1970－），2003年畢業(yè)于浙江大學，1993年起接觸PLC，現(xiàn)主要工作是水廠進口自動化系統(tǒng)建設和維護。
聯(lián)系地址：浙江省海寧市公園路14號浙江省海寧市自來水公司生計科
郵 編 ：314400
電話：0573－7042515（公司） （小靈通）：0573-7311180
參考文獻：
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