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        摘要：金沙灣水廠是浙江省金華市重點(diǎn)工程，占地面積120畝，日供水能力30萬t，承擔(dān)金華市區(qū)及周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)的供水任務(wù)，是浙江省現(xiàn)代化水廠。水源取自沙畈、金蘭水庫，采用重力流取水，利用自然高差向城市管網(wǎng)供水。文章就通過施耐德的plc產(chǎn)品介紹它在水處理工藝中的應(yīng)用。
　　
　　1、水廠工藝
　　
　　原水在加礬、加堿、加氯后經(jīng)過管道混合器進(jìn)入折板反應(yīng)池，通過平流式沉淀池沉淀后進(jìn)入V型濾池。濾池采用氣水反沖洗工藝，濾后水經(jīng)加氯后進(jìn)入清水池，出廠水經(jīng)補(bǔ)氯后，自流進(jìn)入市區(qū)供水管網(wǎng)。水處理工藝流程圖如圖1所示。　　　　
　　2、水廠自動化生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　
　　金沙灣水廠的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)有3層，*層由全廠7個PLC主站（施耐~-PremiumTSX57系列）及管理、控制電腦構(gòu)成100M光纖以太網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)防電磁干擾，輸入輸出光電隔離，能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境；第二層由濾池公共站PLC與16個濾格PLC（施耐~TrsxMicro系列）組成FIPWAY主從網(wǎng)；第三層為Modbus網(wǎng)絡(luò)：取水PLC站與配電智能表、吸泥行車與控制計(jì)算機(jī)通過Modbus無線網(wǎng)通信（施耐德TsxMicro系列）。水廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。　　　　
　　3、施耐德PLC的主要應(yīng)用功能
　　
　　（1）PLC對工藝電氣設(shè)備的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，如電流、水位、壓力、流量、濁度、余氯、溫度等，完成實(shí)時采集和記錄，并通過100M光纖以太網(wǎng)，實(shí)時傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
　　
　　（2）PLC通過輸入和輸出信號，按照設(shè)計(jì)好的程序自動完成各種設(shè)備的開啟或關(guān)閉控制。
　　
　?。?）PLC根據(jù)設(shè)備運(yùn)行實(shí)況，分析和綜合判斷出各種電氣設(shè)備是否會發(fā)生故障，并能進(jìn)行預(yù)報(bào)警、故障報(bào)
　　
　　警及故障保護(hù)。
　　
　?。?）PLC對水質(zhì)在線檢測儀表數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集，顯示并進(jìn)行分析和判斷，做出各種預(yù)報(bào)警和故障報(bào)警。
　　
　　4、關(guān)鍵PLC站點(diǎn)及自動化程序設(shè)計(jì)
　　
　　工藝總圖如圖3所示。　　　　
　　設(shè)備運(yùn)行大體分為手動控制和遙控控制2種方式，遙控控制即為中控電腦控制，又分為自動控制和中控控制。
　　
　　4.1取水泵房PLC站
　　
　　PLC控制2只重力流調(diào)流閥、4套水泵機(jī)組及其配套的電動進(jìn)水閥門、電動出水閥門的運(yùn)行、監(jiān)測、故障保護(hù)。取水泵管中標(biāo)高為103m，2根自流管中標(biāo)高為110m，自流極限為115．30m，設(shè)計(jì)庫水水位達(dá)到118m以上時，利用進(jìn)水重力流取水，當(dāng)庫水水位低于118m時，采用取水泵動力取水。
　　
　　自動控制方式下實(shí)現(xiàn)重力流調(diào)流閥清水池恒水位控制，程序設(shè)計(jì)如下：在一個檢測周期內(nèi)（6—20min可調(diào)），當(dāng)清水池水位小于清水池設(shè)定水位10cm且水位呈下降趨勢，進(jìn)水調(diào)流閥開度增大，調(diào)流閥調(diào)節(jié)幅度根據(jù)
　　
　　清水池水位與清水池設(shè)定水位之差、水位下降率、出廠水流量綜合數(shù)學(xué)計(jì)算；同理，當(dāng)清水池水位大于清水池設(shè)定水位10cm且水位呈上升趨勢，進(jìn)水調(diào)流閥開度減??；當(dāng)清水池水位在清水池設(shè)定水位±10cm之間，調(diào)流閥不動作保持恒水位。
　　
　　自動控制方式下實(shí)現(xiàn)取水泵清水池水位控制（1臺泵運(yùn)行流量基本上等于出廠水zui小流量，2臺泵運(yùn)行流量大于出廠水zui大流量），程序設(shè)計(jì)如下：當(dāng)清水池水位小于清水池設(shè)定水位80cm時，2臺泵運(yùn)行，當(dāng)清水池水位大于清水池設(shè)定水位80cm時，1臺泵運(yùn)行。按啟停次數(shù)智能化輪換選擇運(yùn)行（4臺取水泵）。
　　
　　4.2加藥問PLC站
　　
　　通過PLC完成礬（堿）池自動切換、自動配礬（堿）等功能，并采集原水流量、濁度、PH值、溫度、反應(yīng)池PH值等參數(shù)進(jìn)行綜合數(shù)學(xué)計(jì)算控制礬（堿）投加量。程序設(shè)計(jì)主要采用2種方式：利用PremiumPLC的PID運(yùn)算功能與反應(yīng)池現(xiàn)場PH儀表反饋值并結(jié)合流量進(jìn)行分段（主要參數(shù)：比例、積分、周期）實(shí)現(xiàn)復(fù)合環(huán)控制（堿），使反應(yīng)池pH穩(wěn)定在設(shè)定值（可調(diào)）；根據(jù)原水流量，按照設(shè)定系數(shù)（可調(diào)）實(shí)現(xiàn)流量比例運(yùn)算控制（礬，堿）。
　　
　　4.3反應(yīng)池排泥系統(tǒng)
　　
　　一期、二期反應(yīng)池排泥電動球閥各60只，分為4組，每組15只。
　　
　　PLC控制下的排泥流程：1、2號排泥閥排泥一3、4號排泥閥排泥一5、6號排泥閥排泥一7、8號排泥閥排泥一9、10號排泥閥排泥一11、12號排泥閥排泥一13、14號排泥閥排泥一15號排泥閥排泥一完成。程序設(shè)計(jì)主要采用PLC步進(jìn)指令順序控制。
　　
　　4.4加氯系統(tǒng)PLC
　　
　　加氯問PLC負(fù)責(zé)加氯設(shè)備的自動控制以及漏氯中和裝置和風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)氣源切換和漏氯報(bào)警以及過程的監(jiān)測和自動控制。在這里加氯量控制程序設(shè)計(jì)采用PID運(yùn)算功能并不適合，原因?yàn)椋杭勇葯C(jī)與投加點(diǎn)距離長，系大滯后控制系統(tǒng)（濾后水反應(yīng)周期為5—9min，出廠水反應(yīng)時間為13—18min），溫度影響反應(yīng)時間幅度大，且加氯機(jī)開度電機(jī)不宜長期頻繁動作，如采用Premium的常規(guī)PID控制，參數(shù)很難調(diào)整，不僅穩(wěn)定性差，而且加氯機(jī)開度電機(jī)動作頻繁?，F(xiàn)主要采用經(jīng)驗(yàn)值結(jié)合流量比例控制，在每個判斷周期內(nèi)通過現(xiàn)場余氯反饋值綜合計(jì)算控制加氯量，加氯機(jī)開度電機(jī)zui多也是單反應(yīng)周期動作一次（余氯在設(shè)定值的±0．1×10-6之間不動作），控制速度快，穩(wěn)定性好。
　　
　　4.5濾池公共站PLC
　　
　　濾池閥門全部采用氣動閥，反應(yīng)快，可長期頻繁動作，故障率小。濾池程序的設(shè)計(jì)是極其關(guān)鍵的，對出廠水質(zhì)的影響至關(guān)重要。濾池沖洗，通過主PLC與濾池PLC協(xié)調(diào)工作來完成，一般情況氣水反沖洗控制包括2部分：
　　
　?。?）*部分為公共反沖洗設(shè)備控制，由公用PLC和濾池PLC子站配合實(shí)現(xiàn)設(shè)備的順序啟?？刂?，依每格濾池子PLC上送的“請求沖洗”申請的次序，組成一隊(duì)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(dāng)有多個濾池同時發(fā)出“沖洗”請求時，公用PLC采用FIFO堆棧原則，即*先出原則進(jìn)行排隊(duì)沖洗（FIFO1處理人工請求，F(xiàn)IFO2處理自動請求，F(xiàn)IFO1優(yōu)先于FIFO2）。
　　
　?。?）第二部分為氣水反沖自動程序控制。當(dāng)某個格濾池滿足反沖洗條件時，即進(jìn)入自動反沖洗程序：關(guān)閉進(jìn)水閘板閥，待濾池水位下降到一定值時關(guān)閉清水出水閥，開排水閥，關(guān)排氣閥，開氣沖閥，起動2臺鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)行氣沖；約y分鐘后停一臺鼓風(fēng)機(jī)，打開水沖洗閥，起動一臺反沖洗泵，進(jìn)行氣水混合沖洗；約z分鐘后停鼓風(fēng)機(jī)，關(guān)氣沖閥，開排氣閥，起動第二臺反沖洗泵，進(jìn)行水沖洗；約Ⅳ分鐘后停反沖洗泵，關(guān)閉水沖洗閥，關(guān)閉排水閥，開進(jìn)水閘板閥開完成反沖洗過程。
　　
　　待濾池水位上升至一定值時開清水出水閥，濾池進(jìn)入正常過濾階段。整個沖洗過程主要采用PLC移位指令程序配合一定的數(shù)學(xué)計(jì)算來實(shí)現(xiàn)。
　　
　　濾池正常過濾為恒水控制；PLC采集濾格水位，并與設(shè)定的控制水位相比較，得出差值進(jìn)行相應(yīng)的PID運(yùn)算后去控制清水蝶閥的開度，來調(diào)節(jié)濾格的出水量，使得濾池水位保持在設(shè)定值。設(shè)定水位為1．1Om，上下偏差為0．05m，濾池在啟動時，恒水水位控制軟件自動投入運(yùn)行。
　　
　　4.6沉淀池行車排泥系統(tǒng)
　　
　　行車行進(jìn)速度大約為每分鐘lm，沉淀池長約105m，全程排泥累計(jì)時問約105min。
　　
　　吸泥行車自動控制PLC程序設(shè)計(jì)流程（采用Modbus無線網(wǎng)通信）：
　　
　　A一等待排泥時間一*階段前程排泥（排泥時間為設(shè)定時間X1）一前排時間到一空車返回一后退到位一停留等待一等待時間到一第二階段前程排泥（排泥時間為設(shè)定時間×2）一前排時間到一空車返回一后退到位一停留等待一等待時間到一全程排泥一前進(jìn)到位一空車返回一后退到位一A。
　　
　　程序同濾格反沖洗一樣，主要采用PLC移位指令程序，如圖4所示。　　　　
　　5、人機(jī)界面
　　
　　計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件使用美國W0ndeware公司的Intouch軟件作為開發(fā)平臺，顯示全廠和各工藝單元流程圖，通：t~MBENET訪問以太網(wǎng)PLC，通信速度及人機(jī)界面刷新反應(yīng)快，主要實(shí)現(xiàn)下列功能：
　　
　?。?）動態(tài)數(shù)據(jù)顯示：動態(tài)顯示各種模擬信號、開關(guān)信號、各類累計(jì)量信號數(shù)值和范圍清單。
　　
　?。?）趨勢曲線：顯示各主要工藝參數(shù)變化曲線，各種模擬量的歷史曲線、即時曲線圖。
　　
　?。?）報(bào)表打?。杭磿r報(bào)表、日報(bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表。
　　
　?。?）控制調(diào)節(jié)功能：在動態(tài)流程圖和參數(shù)設(shè)置上能進(jìn)行各種被控工藝參數(shù)設(shè)定值的調(diào)整及運(yùn)行設(shè)備的控制。
　　
　?。?）報(bào)警功能：故障發(fā)生時中控室及相應(yīng)PLC發(fā)出聲響報(bào)警，控制軟件跳出故障報(bào)警，顯示故障現(xiàn)象。
　　
　?。?）數(shù)據(jù)庫管理功能：為提高數(shù)據(jù)的安全可靠性，采用了微軟公司的SQLserver2005數(shù)據(jù)庫，根據(jù)生產(chǎn)需求和數(shù)據(jù)類型分別建立了模擬量數(shù)據(jù)表，累積量數(shù)據(jù)表，配電數(shù)據(jù)表等，并進(jìn)行相關(guān)代碼的編寫，增加了自動備份功能，提高了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全性。
　　
　　6、自控工程系統(tǒng)特點(diǎn)
　　
　?。?）技術(shù)*?，F(xiàn)代化的水廠要求與時俱進(jìn)，自動化控制系統(tǒng)無論是從使用的現(xiàn)場總線、通信網(wǎng)絡(luò)、PLC、組態(tài)軟件，還是從自動化控制技術(shù)來講，都具有*水平。
　　
　?。?）穩(wěn)定可靠。選用的自動化產(chǎn)品絕大部分來自國外品牌，建立的自動化控制平臺，經(jīng)過嚴(yán)格的測試，可以保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。
　　
　?。?）自動化程度高，使用簡單。對于全廠的控制中心——中控室上位機(jī)界面，采用全中文的設(shè)計(jì)界面，下位機(jī)采用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(chǎn)品。
　　
　?。?）安全性。自動化控制采用全面的設(shè)備保護(hù)體系，包括潛水泵的保護(hù)、自控平臺的信號及電源防雷保護(hù)、出水水質(zhì)異常保護(hù)、各類報(bào)警系統(tǒng)等，以防止因?yàn)槟承┮馔饣虿僮鲉T的疏忽而發(fā)生事故。
　　
　?。?）擴(kuò)展性和兼容性。本系統(tǒng)具有很強(qiáng)的兼容性，為了保證在今后的擴(kuò)建和改造時滿足控制要求，在設(shè)計(jì)時充分考慮了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力，在滿足現(xiàn)有功能要求的基礎(chǔ)上，為今后系統(tǒng)的擴(kuò)展和互連提供了充足的接口。
　　
　　7、總結(jié)
　　
　　施耐德電氣PremiumPLC系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確快捷，控制的重要設(shè)備運(yùn)行安全，現(xiàn)場安裝方便，程序編寫智能簡便，系統(tǒng)投運(yùn)后自動化智能化程度高，工作人員維護(hù)量小。