管永亮(中色科技股份有限公司,471039)
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PLC在自來(lái)水廠濾池控制中的應(yīng)用
管永亮(中色科技股份有限公司,471039)
自來(lái)水的生產(chǎn)過(guò)程普遍采用帶有PLC控制的自動(dòng)控制技術(shù),不僅節(jié)省了人力,而且也對(duì)自來(lái)水生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了合理的調(diào)度,同時(shí)也能對(duì)水質(zhì)、壓力、節(jié)約投藥量和動(dòng)力,安全運(yùn)營(yíng)提供可靠保證,提取運(yùn)行數(shù)據(jù)。因此,可編程控制器在水廠濾池控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,具有很現(xiàn)實(shí)的實(shí)際意義。
自來(lái)水廠濾池系統(tǒng);自動(dòng)控制技術(shù);PLC
1.1水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)
在當(dāng)下水廠水處理過(guò)程中,自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用是其顯著特征。目前在國(guó)內(nèi)主要采用以下的三種自動(dòng)控制系統(tǒng):FCS(現(xiàn)場(chǎng)總線控制)、DCS(集散控制)、IPC+PLC(可編程控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng))。其中IPC+PLC控制系統(tǒng)技術(shù)相對(duì)成熟,系統(tǒng)的穩(wěn)定性好,開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單,操作方便。
1.2水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能
水廠應(yīng)用自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的:通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制來(lái)提高水廠的自動(dòng)化程度,進(jìn)而來(lái)對(duì)自來(lái)水的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)控,以達(dá)到提高自來(lái)水廠經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的目的。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1.2.1節(jié)約能源
水廠在自來(lái)水處理的過(guò)程中能耗一直很大,通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠很好的節(jié)約能源。例如對(duì)水泵電機(jī)的智能控制,使水泵電機(jī)按照恒定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行,就能有效避免電能浪費(fèi)的問(wèn)題。
1.2.2水質(zhì)的控制
在自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的作用下,能夠保證水質(zhì)的安全可靠性。例如可以根據(jù)原水質(zhì)的情況,來(lái)自動(dòng)的對(duì)原水進(jìn)行一些處理:如根據(jù)設(shè)定的隨渾濁目標(biāo)來(lái)對(duì)原水進(jìn)行沉淀,計(jì)算出需要的加藥量。在保證水質(zhì)的前提下,節(jié)約了不少運(yùn)行成本,包括人力、藥劑費(fèi)用等。
1.2.3單體處理部分的優(yōu)化運(yùn)行
自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的運(yùn)行要求對(duì)各個(gè)單體部分的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié),通過(guò)改變反沖洗的周期和沖洗時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)單體部分在最優(yōu)狀況下安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。
2.1PLC在水廠監(jiān)控系統(tǒng)中的作用
監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)水廠自來(lái)水生產(chǎn)過(guò)程起著至關(guān)重要的作用,在監(jiān)控的過(guò)程中,操作人員通過(guò)上位機(jī)來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控,以便于及時(shí)獲取數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。通過(guò)計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的可視化、可操作化。PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之后通過(guò)通訊協(xié)議來(lái)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)上傳至上位機(jī),實(shí)時(shí)的反映整個(gè)系統(tǒng)的的運(yùn)行狀態(tài),把整個(gè)水廠的工藝設(shè)備、送配電的運(yùn)行狀態(tài)、水的流量和渾濁程度等工藝參數(shù)進(jìn)行集中處理。以此來(lái)保證對(duì)水壓、水質(zhì)、和水量的要求。最大限度的保證水處理系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行,最大限度的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。
2.2PLC在水處理系統(tǒng)中遠(yuǎn)程操作的作用
系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作就是通過(guò)上位機(jī)中的操作界面來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備的控制。如在清水泵房里,水泵的運(yùn)行方式有自動(dòng)、機(jī)械手動(dòng)、和遠(yuǎn)程控制三種操作方式。通過(guò)上位機(jī)中的操作界面就能實(shí)現(xiàn)三種模式之間的切換:用鼠標(biāo)在上位機(jī)的控制窗口中點(diǎn)擊需要遠(yuǎn)程控制的設(shè)備,就能自動(dòng)彈出相應(yīng)的遠(yuǎn)程操作界面,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。
2.3PLC在自來(lái)水廠自動(dòng)控制過(guò)濾程序中的應(yīng)用
在水過(guò)濾的過(guò)程中為了保證水的品質(zhì)和生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行,濾池在過(guò)濾的過(guò)程中就需要恒水位過(guò)濾。所謂的恒水位控制就是將濾池內(nèi)的也為控制在一定的設(shè)定值,這個(gè)設(shè)定值是根據(jù)水廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。而且恒水位的值是可以進(jìn)行變化的。其變化的控制就是通過(guò)節(jié)水閥的開(kāi)度大小來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
3.1基于PLC的濾池反沖洗控制
濾池中反沖洗的控制系統(tǒng)包括反沖洗啟動(dòng)過(guò)程和反沖洗進(jìn)行的過(guò)程兩個(gè)部分。反沖洗有兩個(gè)并列的滿(mǎn)足條件:水龍頭水量損失的情況進(jìn)行的反沖洗或者利用上位機(jī)進(jìn)行定時(shí)反沖洗。反沖洗的啟動(dòng)有兩種方法:反沖洗控制在外界條件具備時(shí)自動(dòng)啟動(dòng);或者基于上位機(jī)控制的控制界面控制來(lái)進(jìn)行。
3.2濾池控制中反沖洗控制系統(tǒng)的原理
濾池自動(dòng)控制的過(guò)程中因?yàn)樾枰獙?duì)一系列的開(kāi)關(guān)閥,風(fēng)機(jī)和水泵進(jìn)行控制才能達(dá)到設(shè)定目的,所以反沖洗的過(guò)程相當(dāng)?shù)姆爆嵑蛷?fù)雜,反沖洗控制的過(guò)程如流程圖1所示,由以下的濾池反沖洗原理(流程圖)可以大致的看出反沖洗的過(guò)程。值得注意的是,在編制PLC程序的時(shí)候一定要嚴(yán)格限制開(kāi)關(guān)閥的動(dòng)作條件。因?yàn)殚y門(mén)是故障率較高的部件,所以在程序設(shè)計(jì)時(shí),報(bào)警程序的合理編制也是必不可少的:其中有幾個(gè)閥門(mén)的故障報(bào)警更需要特別處理。分別是:在反沖洗的過(guò)程中清水閥容易發(fā)生故障,要解決這個(gè)問(wèn)題,除了設(shè)計(jì)合理的報(bào)警程序,如果在較短的時(shí)間內(nèi)不能解決問(wèn)題,那么就需要對(duì)進(jìn)水閥進(jìn)行打開(kāi)控制,不然液位會(huì)不停的下降,直到沙面暴漏;在鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)作后,關(guān)氣閥的故障,當(dāng)閥門(mén)故障產(chǎn)生時(shí),正確的做法是避免其他濾格反沖洗的同時(shí)控制反沖洗結(jié)束并且進(jìn)入過(guò)濾環(huán)節(jié)。這樣才能有效避免出現(xiàn)濾格在切換手動(dòng)模式的時(shí)候,鼓風(fēng)機(jī)仍然處于運(yùn)行狀態(tài),盡量避免故障的發(fā)生。
圖1
4.1基于PLC濾清池水位控制
自來(lái)水對(duì)水位的控制要求不是特別嚴(yán)格,允許存在一定的誤差。在這樣的要求下就可以采用開(kāi)關(guān)閥來(lái)對(duì)液位進(jìn)行調(diào)節(jié),這樣就能節(jié)約投資成本。在采用開(kāi)關(guān)閥對(duì)液位進(jìn)行控制的前提下就要求必須要人為的編寫(xiě)PLC控制程序,程序需要控制閥門(mén)的作用時(shí)間來(lái)控制閥門(mén)的位置,相應(yīng)的要求開(kāi)關(guān)原件的動(dòng)作需要根據(jù)開(kāi)關(guān)命令來(lái)進(jìn)行打開(kāi)或者關(guān)閉。
4.2基于PLC的濾清池水位控制的過(guò)程
根據(jù)PLC濾清池水位控制的要求,設(shè)計(jì)如圖2的PLC控制回路框圖。
圖2
PLC將從液位計(jì)來(lái)的液位值與設(shè)定值進(jìn)行比較,進(jìn)而判斷是不是超出預(yù)設(shè)的范圍,如果不在設(shè)定的數(shù)值范圍內(nèi)就就進(jìn)行水位判斷,決定是否對(duì)閥進(jìn)行動(dòng)作:當(dāng)水位在設(shè)定值之上的時(shí)候,進(jìn)行開(kāi)發(fā)操作,當(dāng)水位在設(shè)定值的下限時(shí)就給予開(kāi)閥信號(hào)。水位合適的時(shí)候閥門(mén)就不進(jìn)行動(dòng)作。在具體的實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中需要解決兩個(gè)問(wèn)題:①清水閥的動(dòng)動(dòng)作時(shí)間對(duì)水位的升降來(lái)說(shuō)非常短,如果PLC不給出開(kāi)關(guān)閥的命令,開(kāi)關(guān)閥會(huì)一直動(dòng)作到底;②水位信號(hào)始終不是靜態(tài)的,這就對(duì)水位的升降判斷造成一定影響。在實(shí)際的應(yīng)用中,這些問(wèn)題是通過(guò)兩個(gè)定時(shí)器來(lái)進(jìn)行解決的。第一個(gè)定時(shí)器加載在開(kāi)關(guān)閥的命令中,這通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)方法把開(kāi)關(guān)閥的動(dòng)作限定在較短的時(shí)間內(nèi)。第二個(gè)定時(shí)器加在采樣的前面,把采樣的時(shí)間設(shè)定為每個(gè)定時(shí)器周期一次。通過(guò)這樣的方法便可以消除水位波動(dòng)產(chǎn)生的影響。在編制程序的過(guò)程中需要對(duì)舊的采樣值進(jìn)行保存,并且和最新的采樣值進(jìn)行比較,就可以判斷水位的升降。
伴隨著社會(huì)的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展,自來(lái)水廠(企業(yè))的自動(dòng)化控制程度會(huì)越來(lái)越高,而自動(dòng)控制的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越重要,自來(lái)水廠的自動(dòng)化研究方向主要表現(xiàn)在下面幾個(gè)方面:
5.1多種優(yōu)化控制模型的開(kāi)發(fā)和利用
多種優(yōu)化控制模型的開(kāi)發(fā)和利用是自來(lái)水廠(企業(yè))實(shí)現(xiàn)最大化的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的關(guān)鍵。其中泵站的多個(gè)目標(biāo)調(diào)度控制模型、供水管網(wǎng)的故障診斷模型、水廠工況的預(yù)測(cè)模型等都是開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。
5.2完全開(kāi)放的自動(dòng)化控制系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)化、分散化、智能化是自動(dòng)化控制系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。在這樣大的趨勢(shì)下,20世紀(jì)80年代開(kāi)始,F(xiàn)CS(現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))誕生了。在FCS的工作系統(tǒng)下,能夠形成真正意義上分散化控制,能夠很大程度上提高系統(tǒng)的可靠性。
5.3管控一體化的流行
在時(shí)代飛速發(fā)展的今天,對(duì)現(xiàn)代企業(yè)的管理要求和水平在不斷的提高,這就需要企業(yè)在對(duì)故障診斷、現(xiàn)場(chǎng)控制等信息進(jìn)行綜合處理的基礎(chǔ)上,形成一個(gè)更廣泛的管控一體化系統(tǒng)。
自來(lái)水廠自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,濾池控制是比較難設(shè)計(jì)的部分。其難度主要表現(xiàn)在反沖洗過(guò)程中各個(gè)動(dòng)作原件的開(kāi)閉順序和開(kāi)閉條件上。對(duì)一些不方便使用PLC實(shí)現(xiàn)的功能,可以適時(shí)的采用上位機(jī)的編程來(lái)解決,通過(guò)上位機(jī)和PLC的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的,能夠相互補(bǔ)充,能達(dá)到良好的效果。
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2016-5-1
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2095-2066(2016)14-0005-02