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（浙江省海寧市自來水公司，浙江 海寧 314400）
關(guān)鍵詞：水廠工藝、加氯、過濾、控制系統(tǒng)、智能化、容錯(cuò)、Premium PLC
一、水廠工藝簡(jiǎn)介 （1）水廠工藝流程
海寧市第二水廠設(shè)計(jì)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(shè)，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(shè)，于2006年8月19日正式通水。
二水廠由于源水水質(zhì)較差，處理工藝相對(duì)復(fù)雜，首先是預(yù)處理、然后通過常規(guī)平流沉淀、過濾、提升、臭氧接觸zui后經(jīng)過活性炭濾池進(jìn)入清水池。
（2）自控系統(tǒng)介紹
一期工程整個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)采用施耐德的FIPWAY網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，濾池部分采用UNIWAY網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)運(yùn)行的情況來看，總體比較滿意，就是濾池部分有時(shí)會(huì)出現(xiàn)通訊中斷的現(xiàn)象。二期工程開始后，由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。我們考慮對(duì)整個(gè)自控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，廠區(qū)的主干網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)，這樣可以zui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(wǎng)絡(luò)升級(jí)為FIPWAY結(jié)構(gòu)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖：
從圖中可以看出，光纖網(wǎng)絡(luò)上主站有加藥，送水泵房，濾池反沖洗，提升泵房，新鼓風(fēng)機(jī)房，污泥脫水機(jī)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(jìn)行通訊，取水泵和老的鼓風(fēng)機(jī)都由加藥間通過FIPWAY通訊模塊進(jìn)行通訊。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看上去比較簡(jiǎn)潔，可靠，安全性也不錯(cuò)。網(wǎng)絡(luò)主站還安裝了浪涌保護(hù)器、在線UPS等保護(hù)裝置，以避免電網(wǎng)對(duì)PLC的沖擊。上位機(jī)采用了SQL數(shù)據(jù)庫，增加了數(shù)據(jù)服務(wù)器，在便于查詢的同時(shí)提高了數(shù)據(jù)的可靠性。
二、關(guān)鍵工藝點(diǎn)程序設(shè)計(jì)
在確定硬件架構(gòu)以后，軟件的編制顯的尤其重要，它在整個(gè)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(duì)于水廠來說，控制的關(guān)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(shè)計(jì)過程中，這兩個(gè)方面都有所變化。
（1）加藥系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
對(duì)于加氯系統(tǒng)，我們?nèi)∠思勇葯C(jī)自帶的調(diào)節(jié)裝置，因?yàn)楝F(xiàn)在的PLC*有能力實(shí)現(xiàn)這些功能，節(jié)省了硬件上的投入。但是程序的實(shí)現(xiàn)一方面需要有好的數(shù)學(xué)模型，也需要程序人員在使用過程中根據(jù)實(shí)際情況對(duì)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)修改，以達(dá)到比較理想的狀態(tài)。在加礬程序的設(shè)計(jì)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(hào)，調(diào)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(shè)計(jì)
關(guān)鍵是濾池程序的設(shè)計(jì)，對(duì)出廠水質(zhì)的影響至關(guān)重要。濾池程序設(shè)計(jì)主要是兩部分，一是反沖洗，通過主PLC與濾池PLC協(xié)調(diào)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(shè)備控制，由公用PLC和濾池PLC子站配合實(shí)現(xiàn)設(shè)備的順序啟?？刂?。對(duì)每格濾池子PLC上送的“請(qǐng)求沖洗”申請(qǐng)的次序，組成一隊(duì)列，并按次序啟動(dòng)各格濾池子PLC共同自動(dòng)完成反沖洗過程。當(dāng)有多個(gè)濾池同時(shí)發(fā)出“沖洗”請(qǐng)求時(shí)，公用PLC采用FIFO堆棧原則，即*先出原則進(jìn)行排隊(duì)沖洗。FIFO1處理人工請(qǐng)求，F(xiàn)IF02處理自動(dòng)請(qǐng)求，F(xiàn)IF01優(yōu)先于FIFO2；第2部分為氣水反沖程序控制，當(dāng)某格濾池滿足反沖洗條件時(shí)，即進(jìn)入自動(dòng)反沖洗程序:關(guān)閉進(jìn)水閘板閥，待濾池水位下降到一定值時(shí)關(guān)閉清水出水閥，開排水閥，起動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，開氣沖閥，進(jìn)行氣沖;約4 min后起動(dòng)反沖洗泵，打開水沖洗閥，進(jìn)行氣水混合沖洗;約4 min后停鼓風(fēng)機(jī)和氣沖閥，單獨(dú)進(jìn)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(nèi)的余氣，關(guān)閉排水閥，完成一次反沖洗過程。再開進(jìn)水閘板閥，待濾池水位上升至一定值時(shí)開清水出水閥，濾池進(jìn)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(diào)節(jié)程序，調(diào)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(yīng)該得到足夠的重視，根據(jù)的理論，濾池過濾水位變化越小，對(duì)水質(zhì)的穩(wěn)定越有效，以前由于硬件設(shè)備的限制很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)在由于硬件技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，PLC的運(yùn)算速度和穩(wěn)定性大大提高，軟件的功能也達(dá)到了一個(gè)新的水平，因此有必要對(duì)濾池恒水位采取足夠的重視，經(jīng)過反復(fù)調(diào)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(shí)間。
三、控制系統(tǒng)特點(diǎn)：
（1） 精良*。
控制系統(tǒng)主要選用法國(guó)施耐德（Schneider）公司研制的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(chǎn)品，采用成熟、精良的技術(shù)。價(jià)格適中，非常適合于10萬噸左右的水廠使用，該系列PLC已經(jīng)成熟地應(yīng)用到國(guó)內(nèi)外許多領(lǐng)域。
（2） 操作簡(jiǎn)便、可靠。
全廠的設(shè)備可以方便、靈活地在現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作、PLC自動(dòng)操作和集中程控操作。與同類PLC相比，外殼堅(jiān)固，做工精致。
（3） 易于維護(hù)。
控制系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)。當(dāng)某個(gè)模塊故障時(shí)，可以方便地帶電拔出模塊，然后用新模塊替換，所以，整個(gè)系統(tǒng)的硬件維護(hù)非常容易。
（4 ）便于擴(kuò)展。
系統(tǒng)的組態(tài)是一個(gè)開放型的結(jié)構(gòu)，不管是模塊，還是網(wǎng)絡(luò)均可以方便地進(jìn)行擴(kuò)展。從主控制器的性能來看，也還有很大的擴(kuò)展余地。在上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，采用了標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，為以后設(shè)備的擴(kuò)展和管理網(wǎng)絡(luò)的建立留有廣泛的擴(kuò)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)接過程變量的輸入信號(hào)，然后按照組態(tài)數(shù)據(jù)的要求，對(duì)輸人信號(hào)進(jìn)行處理，存放到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中顯示或計(jì)算，傳送輸出信
號(hào)至zui終控制元件。在 U0 信 號(hào)處理方面，系統(tǒng)對(duì)模擬量提供線性化、補(bǔ)償、累積、開方和報(bào)警功能;系統(tǒng)對(duì)開關(guān)量提供報(bào)警和狀態(tài)變化的檢測(cè)。系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)控制、聯(lián)鎖邏輯、手動(dòng)操作以及由標(biāo)準(zhǔn)算法或用戶程序組合而成的自動(dòng)順序控制功能。調(diào)節(jié)控制功能包括各種PID算法（反饋、前饋、開關(guān)、比率、超前/滯后等）、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算（加、減、乘、除、復(fù)合運(yùn)算等）、基本的控制功能（開關(guān)、限幅、高/低選擇等）、自適應(yīng)控制功能。聯(lián)鎖控制功能包括用于調(diào)節(jié)控制的布爾邏輯和用于開關(guān)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(yù)先定義的程序步驟?，F(xiàn)場(chǎng)控制站可以支持來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種輸人和輸出信號(hào)，所有的輸人和輸出電路都能防止信號(hào)過載、瞬變和浪涌沖擊。
（6 ）通信能力。
通信系統(tǒng)能完成整個(gè)控制系統(tǒng)各站之間信息交換，將控制站采集的過程信號(hào)送往操作站顯示、存儲(chǔ)，將操作站的控制指令送往控制站，將控制站的輸出信號(hào)送往各終端設(shè)備。
（7） 自診斷及容錯(cuò)。
控制系統(tǒng)具有完整的自診斷系統(tǒng)，在上位機(jī)操作站上顯示自診斷狀態(tài)和結(jié)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(duì)系統(tǒng)設(shè)備故障進(jìn)行檢查。控制系統(tǒng)具有一定的容錯(cuò)能力，即當(dāng)某些模塊發(fā)生故障后，不影響整個(gè)系統(tǒng)的有效工作，具體表現(xiàn)在:
① 所選PLC產(chǎn)品能夠帶電熱插拔，模塊故障時(shí)，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(shí)，系統(tǒng)輸出也能保持在zui后時(shí)刻的輸出數(shù)值，或是預(yù)先設(shè)定的故障安全狀態(tài)而不影響系統(tǒng)工作。
③ 由軟件設(shè)計(jì)對(duì)各個(gè)模塊完好狀態(tài)監(jiān)視，通過上位機(jī)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(shí)報(bào)警。
四、運(yùn)行效果
通過一段時(shí)間的使用，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，尤其是程序中充分考慮了實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)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(jià)來看，性價(jià)比*，在滿足使用的同時(shí)成本zui低。

參考文獻(xiàn)：
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