基于可編程控制器的自來水廠濾池自控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
| 1 引言 茂名市第二自來水廠的日產(chǎn)量為2×105立方米，提供茂名市區(qū)70%以上的日常用水。為緩解該市的供水緊張狀況，市政府加大投資力度，對該水廠進行擴建。該水廠設(shè)備自動化程度較高，整個自控系統(tǒng)采用（PC+PLC）的組成形式。濾池控制在水廠自動化中屬于較難設(shè)計的環(huán)節(jié)，主要表現(xiàn)在反沖洗過程中開、關(guān)閥順序和開、關(guān)閥條件的復(fù)雜上。本文主要闡述該廠擴建濾池自控系統(tǒng)的主要設(shè)計過程。 2 濾池系統(tǒng)的控制任務(wù) 2.1工藝要求 第二自來水廠新擴建的V型濾池共設(shè)六個濾格，每格安裝有一個液位計、一個阻塞儀，每濾格均有各自的進水閥、清水閥、氣沖閥、水沖閥以及排水閥和排氣閥。用于氣沖的鼓風機有3臺（兩用一備）；用于水沖的3臺反沖洗泵（兩用一備）；兩臺空氣壓縮機（一用一備）；1臺干燥器。 待濾水進入濾池的各單元濾格，經(jīng)石英沙恒速過濾后，再進入清水池。過濾的工藝要求濾格內(nèi)的水位保持在濾料上的1.2米處，在這個水位上，過濾的************。為實現(xiàn)等速恒水位過濾，就要使濾池的出水量等于進水量，應(yīng)根據(jù)濾池水位變化來調(diào)節(jié)出水閥的開啟度以控制出水量的大小。而當濾池的運行滿足反沖洗的約束條件時，需要進行反沖洗清潔濾沙。反沖洗是通過控制濾池進水閥、清水出水閥、反沖進氣閥、排氣閥、反沖進水閥、反沖排水閥并運行反沖水泵、風機等來實現(xiàn)的。 因此，濾池控制系統(tǒng)的任務(wù)主要是過濾時的液拉控制和清潔過濾砂時的反沖洗控制，過濾和反沖洗不斷循環(huán)交替進行。 2.2對控制系統(tǒng)的性能指標要求如 （1）實現(xiàn)自動恒水位過濾，誤差：±1.5㎝； （2）根據(jù)下列約束條件之一，能準確地實現(xiàn)自動反沖洗： •過濾時間達到反沖洗設(shè)定周期（如48小時）仍未反沖洗的； •過濾水頭損失值到達設(shè)定值（150）且延時時間（15分鐘）已到，仍未反沖洗的； •強制反沖洗按鈕被觸發(fā)。 （3）反沖洗周期、反沖洗過程中各步驟的時間均可通過程序設(shè)定，滿足工藝及實際操作要求。 （4）能直觀顯示濾池過濾水位、水頭損失及出水閥開啟度，同時顯示反沖洗設(shè)備、本地濾池閥門等的開關(guān)狀態(tài)。 （5）對反沖洗設(shè)備、本地濾池閥門及反沖洗過程既可以實現(xiàn)全自動控制，也可以進行手動控制。 3 濾池的控制原理與運行過程 3.1 恒水位控制原理 濾池的恒水位控制如圖1所示。 每個濾池將濾池水位檢測值和水位設(shè)定值進行比較，得到水位偏差信號Δe，經(jīng)PID運算后把輸出信號送給輸出附加處理程序，再輸出給出水閥的伺服電機以控制出水閥的開度。開度增大的數(shù)值是由一定累積時間內(nèi)水位上升的速度及水位偏差共同決定的。若進水流速越快，出水閥開度就越大，反之越小。PID運算的目標是把水位保持在設(shè)定值，附加值可作為補償添加到輸出控制中。輸出附加處理程序是把PID的運算結(jié)果按一定的規(guī)律輸出給清水閥伺服電機。  3.2 反沖洗過程 當控制系統(tǒng)接收到反沖洗指令信號時，按照先進先出的原則排隊進行反沖洗。反沖洗分氣洗、氣水混合洗、水洗三個階段，過程如下：首先關(guān)閉待濾水進水閥，當水位降至設(shè)定的反沖水位時，關(guān)閉清水出水閥并打開廢水排水閥，排水閥的信號到位后先關(guān)閉排氣閥，再打開反沖進氣閥，啟動第一臺風機進行氣沖，氣沖需要時間1-3min；完成后，打開反沖進水閥，再啟動第2臺風機及第1臺水泵，進行氣水混合洗，時間為5min；然后關(guān)閉2臺風機，關(guān)閉反沖進氣閥，打開排氣閥，啟動第2臺水泵，進行單水沖洗，需要時間3-6min，完成后關(guān)閉反沖進水閥，停2臺反沖洗水泵，關(guān)閉排廢水閥，打開待濾進水閥，打開濾后清水閥。當水位升到過濾恒水位時，系統(tǒng)又轉(zhuǎn)入正常的過濾程序。 4 控制系統(tǒng)設(shè)計 4.1 硬件構(gòu)成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用PC+PLC的構(gòu)成形式。上位機由一臺COMPAQ微機和兩臺打印機組成，下位機由模擬屏PLC8、公共沖洗PLC7和六個單元濾池PLC1-6共八臺施奈德公司的PLC組成，如圖2所示。 各PLC采用雙絞線電纜連成的總線形接出式拓樸結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)，其又稱FIPWAY通信網(wǎng)，傳輸速率為1Mbps。各PLC之間彼此進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。單元濾池和公共沖洗的PLC，均配備一臺現(xiàn)場XBT—B（人工智能接口），它通過電纜與PLC聯(lián)系，在XBT操作盤上可以對濾池進行現(xiàn)場手動控制。各單元濾池PLC通過FIPWAY網(wǎng)絡(luò)與公共沖洗PLC相連，公共沖洗PLC又通過網(wǎng)絡(luò)進入水廠中控室和微機聯(lián)網(wǎng)，故系統(tǒng)能在中控室內(nèi)對濾池的運行進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)了中控室計算  機集中監(jiān)控、PLC遠程控制、現(xiàn)場XBT操作的三 |
