基于施耐德M580的河?xùn)|水廠控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

寧康杰 趙光輝 李劍飛 陳霄

摘 要：PLC系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，能適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，可以有效地實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化控制。該文從水廠水處理流程、自動控制系統(tǒng)的模型以及控制實現(xiàn)等方面，介紹了一種基于施耐德M580的水廠控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：PLC自動化控制 水廠自動化 M580

中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（b）-00-02

PLC具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活，易于擴(kuò)展，使用方便，編程簡單的特點，可以有效實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全面自動控制。施耐德電氣（中國）有限公司旗下可編程邏輯控制器（PLC）產(chǎn)品是針對面向過程控制而產(chǎn)生的通用自動化系統(tǒng)平臺。強(qiáng)大的處理能力，適用于離散，模擬和過程回路控制，以及開放、靈活、耐用和可持續(xù)。該項目采用施耐德M580系列PLC，它配備了強(qiáng)大的處理器，高級網(wǎng)絡(luò)通信計算功能，顯示功能和自動控制應(yīng)用。通訊處理器采用BMENOC0301以太網(wǎng)卡，支持Ether Net/IP、Modbus TCP/IP網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)。

1 水廠水處理流程

水廠自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用的根本目的是實現(xiàn)水廠水處理過程的自動控制。雖然不同的水廠工藝有很大差異，設(shè)備也不同。但是，基本的處理流程并沒有太大的不同。河?xùn)|凈水廠采用的主工藝為折板絮凝斜管沉淀池+翻板濾池+次氯酸鈉消毒常規(guī)處理工藝，如圖1所示。

（1）水處理部分。

根據(jù)建設(shè)單位提供的水質(zhì)監(jiān)測報告，判斷源水水質(zhì)較好，有機(jī)物污染程度較低，該項目對源水的處理要求仍然是傳統(tǒng)的積淀，過濾和消毒過程。通常，進(jìn)行添加和添加聚氯化鋁和聚丙烯酰胺（PAM）化學(xué)品的操作，并且當(dāng)原水水質(zhì)劣化時分別添加高錳酸鉀。采用折板式絮凝斜管沉淀池，襟翼式過濾器，次氯酸鈉消毒等處理工藝。

（2）污泥處理部分。

污泥的自然干燥具有投資少，工藝簡單的優(yōu)點。考慮植物區(qū)附近的土地存在大量荒漠化，考慮廠區(qū)附近存在大量荒漠化的土地，且附近沒有居民，該工程擬將折板絮凝斜管沉淀池的污泥直接通過管道排往廠區(qū)東北側(cè)沉泥塘進(jìn)行自然干化，既營造了廠區(qū)景觀水池的作用，又達(dá)到表層上清液自然蒸發(fā)干化目的。通過定期對沉泥塘進(jìn)行清理，沉淀的污泥進(jìn)行自然干化后，外運往附近荒漠化土地，以改造土壤性質(zhì)，提高植被的成長率。

（3）主要生產(chǎn)設(shè)施組成。

機(jī)械混合罐—折板絮凝斜管沉淀池—翻板過濾池—清水池—送水泵房、加藥加氯室、反沖洗廢水調(diào)節(jié)池等。

2 水廠自動控制系統(tǒng)的模型

從水廠水處理過程的特點可以看出，水廠整個過程的過程單元和環(huán)節(jié)相對獨立，關(guān)系密切。因此，水廠自動化系統(tǒng)可以依照其工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行劃分，可以分為原泵房控制主站（11PLC）、折疊絮凝平流沉淀池控制主站（1個PLC）、濾池控制主站（3個PLC）、單個單元濾池制站（3CD1A～3CD1D）、鍋爐房控制主站（7PLC）、加藥間控制主站（2PLC）、加藥間次氯酸納制備系統(tǒng)（2套）、加藥間PAM投加系統(tǒng)、加藥室中的高錳酸鉀加藥系統(tǒng)和泵站控制主站（5PLC）。

PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計基于安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、實用的準(zhǔn)則。系統(tǒng)采用相對開放和可拓展功能，以滿足工程后期的升級以及擴(kuò)建。PLC控制系統(tǒng)旨在打造整個水廠運行現(xiàn)場的無人值守。

3 控制實現(xiàn)

以控制站——濾池的控制為例說明。從濾池運行的流程的來看，它可分為正常過濾和停止過濾反沖洗兩個方面。此外還涉及到幾個濾池沖洗排隊問題。

（1）濾池過濾。系統(tǒng)啟動，開進(jìn)水閥進(jìn)水；濾池水位上升到工作位置后，根據(jù)水位的上升下降情況，調(diào)節(jié)水氣動控制閥的開度；啟動水過濾過程，根據(jù)液位高度和液位變化速度調(diào)節(jié)水氣動控制閥的開度，使液位保持在正常工作范圍內(nèi)；當(dāng)液位超過報警上限時，出口氣動閥完全打開，進(jìn)氣閥關(guān)閉。在濾池過濾過程中，PLC采用PID算法用于控制過濾池的水位。在系統(tǒng)的實際調(diào)試中，不斷設(shè)置PID參數(shù)，盡可能降低系統(tǒng)的超調(diào)量，提高響應(yīng)速度，找到最佳組合點。同時，調(diào)節(jié)死區(qū)以最小化水-氣動調(diào)節(jié)閥的運動次數(shù)，并在控制水位時延長閥的使用壽命。

（2）濾池反沖洗。判斷濾池是否堵塞或到達(dá)濾池設(shè)定過濾時間，如果符合其中任何一個條件，則發(fā)送單格濾池請求反沖洗指令至濾池主站，并進(jìn)入反洗隊列排序。此時，如果反沖洗系統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)和反沖洗泵滿足沖洗準(zhǔn)備要求，準(zhǔn)備反沖洗，否則過濾過程將繼續(xù)；首先關(guān)閉本池進(jìn)水氣動閘板并開啟氣動出水閥放水。待單格濾池內(nèi)液位低于30cm時，該子站向翻板濾池3#PLC控制單元發(fā)出低速氣沖請求，收到此請求后，3#PLC控制單元自動啟動1臺反沖洗變頻鼓風(fēng)機(jī)運行到設(shè)定頻率。當(dāng)?shù)退贇鉀_至設(shè)定時間后，該子站向翻板濾池3#PLC控制單元發(fā)出氣水聯(lián)合沖請求，收到此請求后，3#PLC控制單元自動啟動1臺反沖洗變頻水泵運行到設(shè)定頻率。當(dāng)氣水聯(lián)合沖至設(shè)定時間后，該子站向翻板濾池3#PLC控制單元發(fā)出第一次高速水沖請求，收到此請求后，3#PLC控制單元自動增開1臺反沖洗水泵并停止已運行的反沖洗變頻鼓風(fēng)機(jī)。當(dāng)高速水沖至設(shè)定液位后，該子站向翻板濾池3#PLC控制單元發(fā)出停止第一次高速水沖請求，收到此請求后，3#PLC控制單元自動停止所有運行中的2臺反沖洗水泵，進(jìn)入污水靜置階段，當(dāng)污水靜置至設(shè)定時間后，該子站自動分兩段開啟本池的氣動翻板閥進(jìn)行排污。當(dāng)該池氣動翻板閥全開后，開進(jìn)水閘板閥，該子站延時60s發(fā)出結(jié)束排污指令，關(guān)閉氣動翻板閥，關(guān)進(jìn)水閘板閥。當(dāng)氣動翻板閥關(guān)閉到位后，該子站向翻板濾池3#PLC控制單元發(fā)出第二次高速水沖請求，收到此請求后，3#PLC控制單元自動啟動3臺反沖洗水泵并使其運行到設(shè)定頻率。當(dāng)高速水沖至設(shè)定液位后，該子站向翻板濾池3#PLC控制單元發(fā)出停止第二次高速水沖請求，收到此請求后，3#PLC控制單元自動停止所有運行中的3臺反沖洗水泵，進(jìn)入污水靜置階段，當(dāng)污水靜置至設(shè)定時間后，該子站自動分兩段開啟本池的氣動翻板閥進(jìn)行排污。需要說明的是，由于反沖洗效果會影響水廠濾池的凈化效果和水位的控制，因此應(yīng)根據(jù)水質(zhì)和季節(jié)隨時調(diào)整沖洗周期和沖洗時間。

4 結(jié)語

實現(xiàn)水廠的自動化運行不僅降低了工人的勞動強(qiáng)度，而且提高了企業(yè)的效率，減少企業(yè)的生產(chǎn)運行成本，使自動化水廠的生產(chǎn)管理更加科學(xué)有效。其中，M580 PLC起到了非常重要的作用。投運至今，系統(tǒng)穩(wěn)定，一方面解決了工業(yè)園區(qū)供水緊張的問題，另一方面改善了當(dāng)?shù)氐耐顿Y環(huán)境，實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的共同進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)

[1] 耿光楠.基于PLC的大連莊河凈水廠自控系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].自動化與儀表，2004（6）：52-53，62.

[2] 郭俊杰，吉有勝.PID控制在凈水處理中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師，2011（12）：104-105.

[3] 李二恩.超濾膜凈水工藝中自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D].太原理工大學(xué)，2013.