施耐德PLC在海宁市第二水厂的应用

施耐德PLC在海宁市第二水厂的应用 张晓东 (浙江省海宁市自来水公司，浙江 海宁  314400) 关键词：水厂工艺、加氯、过滤、控制系统、智能化、容错、Premium PLC 一、水厂工艺简介 (1)水厂工艺流程 海宁市第二水厂设计供水规模10万吨/日，一期工程5万吨/日于1999年7月投入使用。2004年4月二期工程常规处理开工建设，于2005年6月投入使用，同年10月，10万吨/日深度处理工程开工建设，于2006年8月19日正式通水。 二水厂由于源水水质较差，处理工艺相对复杂，首先是预处理、然后通过常规平流沉淀、过滤、提升、臭氧接触最后经过活性炭滤池进入清水池。 (2)自控系统介绍 一期工程整个PLC网络采用施耐德的FIPWAY网络结构，滤池部分采用UNITELWAY网络结构。从系统运行的情况来看，总体比较满意，就是滤池部分有时会出现通讯中断的现象。二期工程开始后，由于计算机软硬件技术的迅速发展，特别是网络技术的发展，工业以太网技术在控制系统中得到了广泛的应用。我们考虑对整个自控系统进行升级，厂区的主干网络采用光纤以太网，这样可以最大限度的避免干扰，而且传输速度也大大加快。然后把滤池的网络升级为FIPWAY结构，整个网络结构如图： 从图中可以看出，光纤网络上主站有加药，送水泵房，滤池反冲洗，提升泵房，新鼓风机房，污泥脱水机房。沙滤池和活性炭滤池都由反冲洗泵房的PLC通过FIPWAY通讯模块进行通讯，取水泵和老的鼓风机都由加药间通过FIPWAY通讯模块进行通讯。整个网络看上去比较简洁，可靠，安全性也不错。网络主站还安装了浪涌保护器、在线UPS等保护装置，以避免电网对PLC的冲击。上位机采用了SQL数据库，增加了数据服务器，在便于查询的同时提高了数据的可靠性。 二、关键工艺点程序设计 在确定硬件架构以后，软件的编制显的尤其重要，它在整个系统中起到的作用超过硬件，现在正在向智能化方向发展。对于水厂来说，控制的关键是加药系统和滤池反冲洗和过滤系统，在这次自控系统程序的设计过程中，这两个方面都有所变化。 (1)加药系统程序设计 对于加氯系统，我们取消了加氯机自带的调节装置，因为现在的PLC完全有能力实现这些功能，节省了硬件上的投入。但是程序的实现一方面需要有好的数学模型，也需要程序人员在使用过程中根据实际情况对参数进行反复修改，以达到比较理想的状态。在加矾程序的设计上，除了流量配比外，我们还引入了模拟斜管以及沉淀水浊度作为反馈信号，调节加矾泵的频率更好的控制矾液投加量。 (2)滤池系统程序设计 关键是滤池程序的设计，对出厂水质的影响至关重要。滤池程序设计主要是两部分，一是反冲洗，通过主PLC与滤池PLC协调工作来完成，一般情况是气水反冲洗控制包括两部分:第1部分为公共反冲洗设备控制，由公用PLC和滤池PLC子站配合实现设备的顺序启停控制。对每格滤池子PLC上送的“请求冲洗”申请的次序，组成一队列，并按次序启动各格滤池子PLC共同自动完成反冲洗过程。当有多个滤池同时发出“冲洗”请求时，公用PLC采用FIFO堆栈原则，即先进先出原则进行排队冲洗。FIFO1处理人工请求，FIF02处理自动请求，FIF01优先于FIFO2；第2部分为气水反冲程序控制，当某格滤池满足反冲洗条件时，即进入自动反冲洗程序:关闭进水闸板阀，待滤池水位下降到一定值时关闭清水出水阀，开排水阀，起动鼓风机，开气冲阀，进行气冲;约4 min后起动反冲洗泵，打开水冲洗阀，进行气水混合冲洗;约4 min后停鼓风机和气冲阀，单独进行水冲洗，约2 min后停反冲洗泵和水冲洗阀，开余气释放阀10 s，排除管道内的余气，关闭排水阀，完成一次反冲洗过程。再开进水闸板阀，待滤池水位上升至一定值时开清水出水阀，滤池进人正常过滤阶段。 滤池的控制也包括两部分。第1部分根据滤池水位，通过PLC编程模拟PID调节程序，调节清水出水阀开度以保证滤池恒水位恒速过滤，这一方面应该得到足够的重视，根据最新的理论，滤池过滤水位变化越小，对水质的稳定越有效，以前由于硬件设备的限制很难达到设计要求，现在由于硬件技术已经相当成熟，PLC的运算速度和稳定性大大提高，软件的功能也达到了一个新的水平，因此有必要对滤池恒水位采取足够的重视，经过反复调试，我们现在滤池水位控制在-5cm到+5cm之间；滤池控制的第2部分是根据水位变化的情况以及水头损失的参数确定冲洗的时间。 三、控制系统特点： (1) 技术先进。 控制系统主要选用法国施耐德（Schneider）公司最新研制的Modicon Premium 系列PLC作为主要的控制器。该系列PLC是施耐德公司近年主推的中档PLC产品，采用成熟、先进的技术。价格适中，非常适合于10万吨左右的水厂使用，该系列PLC已经成熟地应用到国内外许多领域。 (2) 操作简便、可靠。 全厂的设备可以方便、灵活地在现场手动操作、PLC自动操作和集中程控操作。与同类PLC相比，外壳坚固，做工精致。 (3) 易于维护。 控制系统采用模块化结构。当某个模块故障时，可以方便地带电拔出模块，然后用新模块替换，所以，整个系统的硬件维护非常容易。 (4 )便于扩展。 系统的组态是一个开放型的结构，不管是模块，还是网络均可以方便地进行扩展。从主控制器的性能来看，也还有很大的扩展余地。在上位机网络上，采用了标准的以太网，为以后设备的扩展和管理网络的建立留有广泛的扩展空间。 (5) PLC 处理能力。 所选 P LC 控制和数据处理系统接收过程变量的输入信号，然后按照组态数据的要求，对输人信号进行处理，存放到相应的数据库中显示或计算，传送输出信 号至最终控制元件。在 U0 信 号处理方面，系统对模拟量提供线性化、补偿、累积、开方和报警功能;系统对开关量提供报警和状态变化的检测。系统具有调节控制、联锁逻辑、手动操作以及由标准算法或用户程序组合而成的自动顺序控制功能。调节控制功能包括各种PID算法(反馈、前馈、开关、比率、超前/滞后等)、标准计算(加、减、乘、除、复合运算等)、基本的控制功能(开关、限幅、高/低选择等)、自适应控制功能。联锁控制功能包括用于调节控制的布尔逻辑和用于开关控制的梯形逻辑;顺序控制功能可以执行启停顺序、批量处理或任何预先定义的程序步骤。现场控制站可以支持来自现场设备的各种输人和输出信号，所有的输人和输出电路都能防止信号过载、瞬变和浪涌冲击。 (6 )通信能力。 通信系统能完成整个控制系统各站之间信息交换，将控制站采集的过程信号送往操作站显示、存储，将操作站的控制指令送往控制站，将控制站的输出信号送往各终端设备。 (7) 自诊断及容错。 控制系统具有完整的自诊断系统，在上位机操作站上显示自诊断状态和结果。自诊断系统包括全面的离线和在线诊断软件，诊断程序能对系统设备故障进行检查。控制系统具有一定的容错能力，即当某些模块发生故障后，不影响整个系统的有效工作，具体表现在: ①     所选PLC产品能够带电热插拔，模块故障时，可以任意在线更换而不影响系统工作。 ②     主控制器出现故障时，系统输出也能保持在最后时刻的输出数值，或是预先设定的故障安全状态而不影响系统工作。 ③ 由软件设计对各个模块完好状态监视，通过上位机操作站就可以看到模块的工作状态是否正常，如果出现模块故障及时报警。 四、运行效果 通过一段时间的使用，系统运行稳定、可靠，尤其是程序中充分考虑了实际的经验数据，具有智能化的效果，即融入了通常所说的专家系统。从造价来看，性价比最优，在满足使用的同时成本最低。                                          作者：张晓东（1970－），2003年毕业于浙江大学，1993年起接触PLC，现主要工作是水厂进口自动化系统建设和维护。 联系地址：浙江省海宁市公园路14号浙江省海宁市自来水公司生计科 邮  编  ：314400 电话：0573－7042515（公司）         （小灵通）：0573-7311180                                        参考文献： [1] 施耐德电气公司.  Modicon Premium系列用户手册 [2] 江圣辉．中小型PLC在大型自来水厂的应用．自动化仪表2005 [3] 郭凤文. 水工业自动化控制技术的发展趋势. 中国给水排水 [4] 曹利人．供水工程自动化控制系统设计．测控技术