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、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。從系統運行的情況來看，總體比較滿意，就是濾池部分有時會出現通訊中斷的現象。二期工程開始后，由于計算機軟硬件技術的迅速發展，特別是網絡技術的發展，工業以太網技術在控制系統中得到了廣泛的應用。我們考慮對整個自控系統進行升級，廠區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數據庫，增加了數據服務器，在便于查詢的同時提高了數據的可靠性。
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，它在整個系統中起到的作用超過硬件，現在正在向智能化方向發展。對于水廠來說，控制的關鍵是加藥系統和濾池反沖洗和過濾系統，在這次自控系統程序的設計過程中，這兩個方面都有所變化。
(1)加藥系統程序設計
對于加氯系統，我們取消了加氯機自帶的調節裝置，因為現在的PLC完全有能力實現這些功能，節省了硬件上的投入。但是程序的實現一方面需要有好的數學模型，也需要程序人員在使用過程中根據實際情況對參數進行反復修改，以達到比較理想的狀態。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，調節加礬泵的頻率更好的控制礬液投加量。
(2)濾池系統程序設計
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，FIF02處理自動請求，FIF01優先于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部分根據濾池水位，通過PLC編程模擬PID調節程序，調節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，根據最新的理論，濾池過濾水位變化越小，對水質的穩定越有效，以前由于硬件設備的限制很難達到設計要求，現在由于硬件技術已經相當成熟，PLC的運算速度和穩定性大大提高，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部分是根據水位變化的情況以及水頭損失的參數確定沖洗的時間。
三、控制系統特點：
(1) 技術先進。
控制系統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，整個系統的硬件維護非常容易。
(4 )便于擴展。
系統的組態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 控制和數據處理系統接收過程變量的輸入信號，然后按照組態數據的要求，對輸人信號進行處理，存放到相應的數據庫中顯示或計算，傳送輸出信
號至最終控制元件。在 U0 信 號處理方面，系統對模擬量提供線性化、補償、累積、開方和報警功能;系統對開關量提供報警和狀態變化的檢測。系統具有調節控制、聯鎖邏輯、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。聯鎖控制功能包括用于調節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行啟停順序、批量處理或任何預先定義的程序步驟。現場控制站可以支持來自現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。
通信系統能完成整個控制系統各站之間信息交換，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。
控制系統具有完整的自診斷系統，在上位機操作站上顯示自診斷狀態和結果。自診斷系統包括全面的離線和在線診斷軟件，診斷程序能對系統設備故障進行檢查。控制系統具有一定的容錯能力，即當某些模塊發生故障后，不影響整個系統的有效工作，具體表現在:
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工作。
② 主控制器出現故障時，系統輸出也能保持在最后時刻的輸出數值，或是預先設定的故障安全狀態而不影響系統工作。
③ 由軟件設計對各個模塊完好狀態監視，通過上位機操作站就可以看到模塊的工作狀態是否正常，如果出現模塊故障及時報警。
四、運行效果
通過一段時間的使用，系統運行穩定、可靠，尤其是程序中充分考慮了實際的經驗數據，具有智能化的效果，即融入了通常所說的專家系統。從造價來看，性價比最優，在滿足使用的同時成本最低。
作者：張曉東（1970－），2003年畢業于浙江大學，1993年起接觸PLC，現主要工作是水廠進口自動化系統建設和維護。
聯系地址：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
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電話：0573－7042515（公司） （小靈通）：0573-7311180
參考文獻：
[1] 施耐德電氣公司. Modicon Premium系列用戶手冊
[2] 江圣輝．中小型PLC在大型自來水廠的應用．自動化儀表2005
[3] 郭鳳文. 水工業自動化控制技術的發展趨勢. 中國給水排水
[4] 曹利人．供水工程自動化控制系統設計．測控技術
