凈水廠V型濾池反沖洗控制系統(tǒng)研制探討
1 引言
自來水凈化廠是城市自來水供水前端的重要環(huán)節(jié)，對整個水源進行凈化過程的全自動監(jiān)控是一個較大的自動控制工程，包括對原水加混凝劑反應(yīng)、沉淀池沉淀、v型濾池過濾、加氯氣消毒等工藝過程進行實時控制。
v型濾池由于其出水水質(zhì)好、濾速高、運行周期長、反沖洗效果好、節(jié)能和清晰的工藝流程等特點，已在我國較多的凈水廠得到應(yīng)用。本文所針對的對象是合肥供水集團某水廠10組v型濾池反沖洗過程中的控制流程和系統(tǒng)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，著重解決反沖洗控制過程的流程算法。
目前很多行業(yè)自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框架是dcs模式下某底層結(jié)點的集中采集和傳統(tǒng)電流傳遞模式，這種模式電纜敷設(shè)的工作量很大，并且由于測控單元出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的一個節(jié)點的整體數(shù)據(jù)紊亂，進而增加整個系統(tǒng)的控制風(fēng)險。本文在傳統(tǒng)dcs模式下，引入上層互聯(lián)網(wǎng)、廠內(nèi)局域網(wǎng)、操作站與現(xiàn)場測控單元的485網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場測控設(shè)備的現(xiàn)場總線模式。同時對底層對象在此細(xì)化，對v型濾池進行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。采用10套微型plc對10個v型濾池進行控制，增設(shè)1套小型plc作為反沖洗公共控制單元對10格v型濾池的反沖洗進行流程管理。
v型濾池的反沖洗過程的流程控制較為復(fù)雜，所有的i/o設(shè)備都參與了控制過程。根據(jù)實際工藝過程和性能要求，各微型plc的運行流程都具有規(guī)律性，所有的設(shè)備運行都必須按照v型濾池的實時運行參數(shù)和工藝設(shè)置的流程而作出相應(yīng)的控制操作。
2 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)及plc控制單元設(shè)計
城市供水是現(xiàn)代化城市建設(shè)的主要基礎(chǔ)設(shè)施之一，水質(zhì)的優(yōu)劣又投射出現(xiàn)代化建設(shè)的質(zhì)量；自來水源的穩(wěn)定供給同時要求生產(chǎn)設(shè)備的高度可靠性。將控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)備在此“分散”化顯得極有必要，使設(shè)備故障而產(chǎn)生的風(fēng)險再次減小。根據(jù)i/o設(shè)備點的分布，構(gòu)成了包含互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、485網(wǎng)和現(xiàn)場總線的多層網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計；而針對v型濾池等各個子站，選取10套微型plc分別作為單組濾池的控制單元，選取1套小型plc作為公共控制單元，通過適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵾m配器，將上述控制單元組網(wǎng)。底層多plc模式的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如附圖所示。
單組濾池的控制單元根據(jù)可控設(shè)備和工藝要求，選用具有兩塊式組合設(shè)計方式的rockwell公司的micrologix1500系列控制器，構(gòu)成24點i/o控制器單元，再配置16點di模塊、4點ai和2點ao混合模塊，完成v型濾池運行參數(shù)的采集和對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。
公共控制單元采用了rockwell公司的slc500系列控制器，包括小型框架式可編程邏輯控制器、能接入整個廠區(qū)光纖環(huán)網(wǎng)的以太網(wǎng)通訊接口、3塊8點ai模塊、2塊4點ao？、3塊16點di模塊和2塊16點do模塊，完成公共控制單元設(shè)備運行參數(shù)的采集和對反沖洗公共設(shè)備進行控制。
micrologix1500系列控制器和slc500系列控制器之間可以有多種組網(wǎng)方式，對于10組v型濾池的信號連接提供了及其便利的模式，同時兩類控制器還可以支持ethernet/ip的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線devicenet網(wǎng)絡(luò)以及dh-485網(wǎng)絡(luò)等，非常適合本工程的需求，鑒于本系統(tǒng)的基建范圍在一個不大的區(qū)域，選取dh-485網(wǎng)絡(luò)作為性價比較高的方案。
dh-485網(wǎng)絡(luò)一般設(shè)計用于傳遞車間級各種設(shè)備之間的信息，該網(wǎng)絡(luò)可以監(jiān)控過程參數(shù)、設(shè)計參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)和應(yīng)用程序，以支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、程序上載/下載和監(jiān)測控制。在dh-485網(wǎng)絡(luò)中，使用專用的接口轉(zhuǎn)換模塊將所有的控制單元連接起來。
3 系統(tǒng)控制流程算法設(shè)計
反沖洗流程是v型濾池工藝運行的重要組成部分，控制流程算法設(shè)計的合理和科學(xué)，直接影響到v型濾池的良好運行狀態(tài)，更進一步將直接影響到v型濾池的運行效率及使用壽命。因此根據(jù)工藝要求和實際運行工況，反沖洗流程按照工藝以順序控制為主干，設(shè)計了九個步驟，包括了每一個閥門的開啟和關(guān)閉、等待和到位、閥門和設(shè)備的連鎖和保護、配套設(shè)備的運行狀態(tài)監(jiān)視等，結(jié)合水質(zhì)和過濾效果，調(diào)節(jié)氣沖時間、氣水沖時間和累積時間。表1為反沖洗流程部分設(shè)備動作真值表。
由plc完成反沖洗流程，其核心內(nèi)容主要是給出一個反沖洗步進變量，該變量為數(shù)字量，通過反沖洗進行的階段特征以及公共控制單元發(fā)出的指令來控制步進信號在需要的時候輸出一個上升沿，以驅(qū)動順序輸出指令按照順序輸出文件設(shè)定的位來控制相應(yīng)的閥門動作，直至反沖洗過程結(jié)束。
在濾池進行反沖洗時，每組濾池都需要和公共控制單元進行數(shù)據(jù)交換以保證反沖洗過程中單組濾池的執(zhí)行機構(gòu)與反沖洗公共設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運行，在dh-485網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，rslogix500提供了通訊(msg)指令用于數(shù)據(jù)交換。以4#濾池為例，在反沖洗流程中與公共控制單元建立了2張數(shù)據(jù)映射表。
公共控制單元反沖洗流程設(shè)計的核心是依據(jù)單組濾池控制單元與公共控制單元建立的2張數(shù)據(jù)映射表，單組濾池反沖洗及時地通過網(wǎng)絡(luò)將自身反沖洗階段完成信號向公共控制單元傳遞，公共控制單元則根據(jù)這些信號向單組濾池發(fā)出反沖洗階段指令并控制反沖洗公共設(shè)備配合單組濾池的反沖洗流程。
4 運行分析及結(jié)論
v型濾池是凈水廠工藝流程的重要環(huán)節(jié)，其反沖洗控制是一個相對較復(fù)雜并且非常連續(xù)的過程，除了軟件的編制以外，各硬件設(shè)備如閥門、電機等以及網(wǎng)絡(luò)通訊狀況都直接影響到反沖洗控制的穩(wěn)定性與連續(xù)性。
v型濾池的反沖洗控制系統(tǒng)在合肥供水集團某水廠10組v型濾池反沖洗過程中已經(jīng)運行了半年，即從去年下半年開始到現(xiàn)在，反沖洗次數(shù)已經(jīng)達到183次，控制失效3次。3次失效主要起源硬件故障，主要是10組濾池中有2組中的一個閥門到位開關(guān)信號線頭接觸不良而導(dǎo)致無此信號，系統(tǒng)報錯停止反沖洗。因此系統(tǒng)在強化硬件可靠性后，進一步加強對硬件系統(tǒng)的維護工作。
反沖洗控制流程算法在后續(xù)的進一步設(shè)計中，將考慮結(jié)合各類時間的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)累積量作為硬件是否出現(xiàn)故障的輔助判據(jù)。
5 結(jié)束語
本文結(jié)合v型濾池反沖洗工藝流程，提出了多plc組網(wǎng)的方式，將具體的控制過程分散到各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上去，降低了系統(tǒng)的控制風(fēng)險，提高了控制系統(tǒng)的管理功能；采用工藝順序控制流程算法解決了v型濾池在反沖洗過程中的復(fù)雜性，簡化了軟件處理流程，保證了v型濾池反沖洗控制的穩(wěn)定性。文中所探討的系統(tǒng)對供水行業(yè)水處理工藝流程的自動控制有參考意義。
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