东海自来水公司第二水厂滤池自动化系统综述

2015-11-07连云港市自来水有限责任公司王修明

电子世界 2015年14期

连云港市自来水有限责任公司王修明

连云港市自来水有限责任公司王修明

东海县自来水公司第二水厂滤池始建于1996年，一期建有6个滤格。随着城区用水量的扩大，原来已不能满足城市用水的需要了，公司2010年底决定扩建。地址在原来老滤池的北面，紧靠原来滤池对称再建设6个滤格。每个滤格有进水阀、排水阀、清水阀、反冲阀和2台表冲阀，一共6台阀门。原来自控系统基本瘫痪，无法使用，自控系统需重新设计及实施。我作为自控系统的设计者和实施者，有幸参与了此番新建以及改造项目。自控系统于2011年夏季用水高峰前完成并投入运行。经过近3年的实际运行检验，本次项目自控系统获得很好的效果。下面详细介绍一下自控系统，供同行参考。

西门子；PLC；现场总线

1 现状综述

东海自来水公司第二水厂滤池系统由南滤池、北滤池以及反冲泵房组成。其中南滤池为老滤池改造,北滤池为新建滤池。南北滤池各由6个滤格组成,一共12个滤格。反冲泵房由反冲机泵和水塔组成,反冲机泵在二泵房内。

2 系统网络

东海自来水公司第二水厂滤池自动化系统由一台总控柜和13台控制柜组成,外加2台配电柜,2台配电柜分别为南北滤池电控柜供电。每一个滤格由一台控制柜控制。共12台滤格控制柜。反冲泵房由反冲泵控制柜控制。每台控制柜内有一台西门子S200 PLC。总控柜核心元件为西门子S300 PLC (CPU315-2DP)。所有PLC组成一个PROFIBUS DP网络(现场总线)。西门子S300 PLC作为主站,S200 PLC作为从站。网络拓扑图如图1所示。

图1 DP网络拓扑图

滤池到反冲机泵控制柜距离大约为250米,反冲机泵控制柜在二泵房。二泵房在2010年经过自动化改造为变频控制,考虑到变频器对通信的干扰,我们决定铺从滤池铺设一道光缆到反冲机泵控制柜,通过光缆实现把反冲机泵控制柜组建到滤池PROFIBUS-DP网络中。铺设该光缆也为以后整个水厂通过光缆组建水厂级的网络做好准备。

3 水位调节

CPU315-2DP(DP主站)通过现场总线(PROFIBUSDP)网络读取其它从站信号以及数据并做相应处理后发出对应指令。在平时滤池水位调节时,CPU315-2DP(DP主站)只是监视各个从站的信号、数据并作出相应的处理,并不对从站发出指令,滤池的水位调节由各个从站独立完成,从站之间互不影响。各个滤格水位调节由各个滤格控制柜单独完成。每个滤格控制柜正面面板下面有一个总的手自动开关,此开关打在自动档位即可自动执行自动水位调节程序。当此开关打在手动档位或者出水阀有故障,则不执行自动水位调节程序。

北滤池水位控制在1.21米到1.22米之间,南滤池水位控制在1.51米到1.52米之间。我们在程序中不仅根据水位上下限开关出水阀去调节滤格水位,而且加进去了水位变化率来判断是否开关出水阀。水位变化率可以为正,也可以为负。变化率为正时,说明水位开始上涨,变化率为负时,说明水位开始下降。举个例子,当滤格实际水位低于设定的水位上限时,如果不考虑水位变化率,按照逻辑判断,这时每隔一个判断周期应该去关清水阀。这样就大大缩小了水位的波动空间,使得水位基本上变化不大,水位基本上恒定在设定的水位上下限之间。同时开关出水阀的频率很小,也延长了出水阀的使用寿命。

从这几年的运行来看,这种控制方式是非常有效果的。我们一开始曾设想把水位调节的控制权由总站管理,各个子站只是相当于执行器。现在看来这种水位调节方式有很大局限性,因为当总站PLC出现故障时,就会出现所有的滤格都不能进行水位调节的情况。所以水位调节交由各个子站自身调节而不是由总站进行调节,当总站PLC出现故障时,各个子站水位调节不受总站影响,同时各个子站之间水位调节也会不影响,大大提高了系统运行的可靠性。

4 反冲泵房

反冲泵房是滤池系统的重要组成部分。本次改造用先进软启动器(施耐德)替代原来老的自耦降压启动器。反冲机泵控制柜PLC CPU214XP通过扩展模块EM277作为一个DP从站组态到整个滤池系统的PROFIBUS-DP网络中去,同时反冲机泵控制柜PLC CPU214XP通过自身的PORT2通信口与软启动器进行通信(MODBUS总线),读取软启动器内部参数,控制软启动器启停。可以说反冲机泵控制柜本身组成了一个小的通信网络(设备级),又与其它滤格控制柜、总控柜组成一个大的通信网络(车间级)。

反冲机泵控制柜可分成本地控制和远程控制。当正面面板下面的软起手自动开关打在手动位置时,只能在二泵房现场启停操作反冲机泵。当正面面板下面的软起手自动开关打在自动位置时,现场无法启停操作反冲机泵。这时就可在滤池上远程控制机泵的启停。所以说冲洗时手动一般用不到,只是现场检修时用到。

控制柜的阀门控制电路己经做好,由于没有安装电动反冲阀门,所以电动反冲阀门暂时不做考虑。

5 滤池反冲洗

冲洗方式：

(1)全手动冲洗。当反冲机泵在手动状态时,只能现场手动启停反冲机泵,手动冲洗滤池滤格,此时为全手动。

(2)半自动冲洗。当反冲机泵在自动状态时,此时滤池总控柜开关在手动位置上,可以通过滤池总控柜面板远程启停反冲机泵,滤格冲洗手动冲洗。

(3)全自动冲洗。当反冲机泵在自动状态且滤池总控柜开关在自动位置上,此时为全自动冲洗。

当反冲洗时间到达后,CPU315-2DP(DP主站)通过现场总线(PROFIBUS-DP)网络读取其它从站信号以及数据并做相应运算后,按照北南滤池冲洗时间先后、从一号到六号滤格顺序发出对应冲洗指令。当清水池水位过低时所有滤池不允许冲洗。

当滤格在手动状态或者故障状态或者在触摸屏上设置禁止冲洗状态时,此滤格不会反冲洗,并在触摸屏报警记录表中查询到相应信息。

(4)触摸屏监控冲洗。分为北滤池一键冲洗和南滤池一键冲洗。

当反冲机泵在自动状态且滤池总控柜开关在自动位置上,一键冲洗起作用,冲洗过程与全自动冲洗过程一样。

滤池反冲洗参数表见下页表。

北滤池反冲洗参数表

南滤池反冲洗参数表省略。

6 人机界面（触摸屏）

一个好的自动化系统必定有一个友好的人机界面。我们精心设计了一个人机界面,参数设置、报警记录、实时动态数据信号显示、曲线记录显示等等,触摸屏通过MPI通信线连接至S300 CPU315自带的MPI通信口,读取滤池所有信号、数据并合理的显示出来,具体我们编写了触摸屏操作说明手册,操作时可以作为参阅触摸屏操作说明手册。