PLC在水厂滤池自动控制系统中的应用

陈智华

摘 要：滤池是水厂处理工序中最关键的环节之一，采用自动控制技术对全水厂的生产成本、效能产生重大的影响。结合实例，介绍了水厂滤池自动化控制系统和PLC控制技术，论述了PLC控制在水厂滤池自动化控制中的应用。

关键词：虹吸滤池；自控系统；PLC；现场总线

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.098

文章编号：2095-6835（2016）20-0098-02

虹吸滤池具有基建少、出水水质稳定、可实现水力全自动运行、维修方便等特点，在20世纪80年代中期前建成的水厂较多采用此种池型。而吸滤池最大的缺点就是反冲洗时浪费部分待滤水，水力自动反冲洗系统运行欠佳，部分配水系统设计不合理等，影响过滤速度及水质处理。某主力水厂所有滤池均使用虹吸滤池，致力于研究PLC在滤池自动控制中的应用，经过反复摸索和运行调试，成功地实现了虹吸滤池自控运行，较好地解决了水厂虹吸滤池存在的主要问题，降低了劳动强度，且系统运行稳定，提高了企业的整体技术和管理水平。现将有关工程内容阐述如下。

1 滤池自控系统组成

滤池自控系统采用罗克韦尔Allen-Bradley SLC5/05框架式PLC。滤池PLC站通过光纤连入全厂集散控制系统中，并采用以太网与上位机和其他站点通迅。滤池PLC站包括多个32位的开关量输入模块和16位的开关量输出模块以及4通道模似量输入、输出模块。

在真空泵附近的虹吸总管道上安装有一个磁助电接点真空压力表，用于检测真空度。每个滤格池壁内侧各安装一个GSK型干簧式水位自动控制器。其中，在工艺上要求冲洗的高水位位置设置一干簧管触点，称为“水位高限”，在冲洗槽上方20 cm附近设置另一触点，称为“水位低限”。对应每个滤格、真空泵及回水泵房内的每台回水泵、污水泵分别安装遥控/手动现场电气转换开关。当转换开关处于手动位置时，采用现场手动操作；处于遥控位置时，控制权交与PLC。在回水池和污水池内分别安装超声波液位计。上述所有仪表输出、各泵的运行、故障信号及电磁阀的通电/失电信号作为PLC各输入模块的输入信号。而通过PLC的输出模块，则可以控制每个电磁阀的通电及各台泵的开、停。

上位机使用Wonderware InTouch软件包。位机界面上滤池PLC控制方式分为键控和自动2种，用户可以在界面上选择，且每个滤格彼此独立。键控方式下，在界面上操作，可分别实现各滤格的进水、停水或冲洗。

2 自控程序设计

PLC采用罗克韦尔RSLogix5000为编程软件。程序设计充分考虑了虹吸滤池的工艺要求和系统可靠性的要求。

滤池在自动运行方式时，待冲洗的滤池设立冲洗队列，采用先进先出的原则，确保不会有2个滤格同时冲洗。当某个滤格累积过滤时间超过50 h或水位达到高限时，进入冲洗队列。当冲洗队列里前面排队的所有滤格已完成冲洗，且如下外界冲洗条件成立时，该滤格开始冲洗过程。外界冲洗条件为：①清水池水位不低于规定值，以免影响供水；②回水池水位不高于设定值，以免回水池溢出；③其他滤格正在手动或键控方式下做进水、停水等操作时，自动不冲洗，以免相互干扰。

当某一滤格等待冲洗30 min后，而仍未允许进入冲洗时，

该滤格自动停水，以防该滤格溢出。因水位过高而必须先停水的滤格也采用队列方式进行，且设定停水优先级高于冲洗。在冲洗结束后，滤格重新进水之前，设定3 min的进水等待时间，以使滤格中的砂层稳定。因用于冲洗的清水的积累需要一定时间，否则会影响冲洗效果，所以必须有冲洗间隔。考虑到滤池分为2组，每组12个滤格，每组较小负荷约1 500 t/h、冲洗需用水量约200 t，则冲洗间隔至少为200/（1 500/60）=8 min，而间隔过大将增加待冲洗滤格等待时间，因此实际设定冲洗间隔为10 min。

回水泵和污水泵同样采用键控和自动2种方式。自动方式下，PLC根据液位计信号，比较预先设定的高限水位和低限水位，实现各台泵开停的自动控制。

上位机界面上可以清楚地了解到各滤格和各泵的运行状态，以及是否存在故障，且所有故障均有提示和报警。可以在上位机界面对滤格冲洗设定时间等重要参数作修改，重要的数据制作历史曲线和报警记录，可以选取任意时间段的记录查询。同时，通过数据库和Excel编程，自动生成滤池报表。

3 滤池控制流程

虹吸滤池自动控制流程图见图1。其中，A为进水虹吸形成电碰阀，B为进水虹吸破坏电磁阀，C为冲洗虹吸形成电磁阀，D为冲洗虹吸破坏电磁阀。

滤格冲洗从真空压力表显示真空信号且滤格水位已下降至低限后开始计时，计时至设定冲洗时间为止，冲洗分过程结束。冲洗时，如果真空泵运行3 min后仍未检测到真空压力表接点动作，系统程序判断为真空泵或仪表故障。压力表动作或真空泵运行3 min后，水位未在90 s内下降至低限以下时，判断为冲洗虹吸未形成。而如果冲洗结束后，水位未在90 s内上升至低限以上，系统判断为冲洗虹吸未正常破坏。

4 系统稳定性及安全性

稳定性和安全性是自控系统的首要因素。系统从以下几点作了考虑：①防止人为误操作。如果操作人员违反规程进行了误操作，可能使系统内部控制出现混乱。为此，界面上某一滤格处于动作状态时，相关的不允许操作的按钮全部失效而无法动作，待重新进入允许时间段后才有效。PLC程序也对可能的最不利因素作了考虑，防止因个别转换环节状态不当或人为误操作致中间变量被锁住而使程序无法正确运行。②界面上设置操作权限，不允许无关人员进行操作，并且对重要参数的修改采用较高权限密码。③当仪表等设备出现故障时，提供准确及时的报警，例如液位计输出在正常范围以外时，判断为液位计损坏，界面上提示回水泵等无法以自动方式运行。同时，对某一滤格进入冲洗或等待冲洗等重要状态信息在上位机界面作出提示。

5 结束语

综上所述，在本工程案例中，PLC的应用很好地解决了水厂运行中出现的问题，使水厂滤池运行更加可靠、稳定，满足了水厂滤池全自动控制的目标要求，并且实现了管理和控制一体的供水信息智能化，保证系统效益的同时便于上级部门的监控和管理。随着供水事业的快速发展，PLC在水厂自控技术中的应用会越来越广泛。笔者认为，每个水厂都应根据自己的实际情况，制订符合生产需求的控制方案，但方案设计工作不是科学研究，设计就是要把成熟的、经受过考验的先进技术应用到实际工作中去。因此，在实际工作中，还要善于总结、善于发现问题并及时解决问题，这样才能不断提高运行效率。

参考文献

[1]方志新，刘宁.水厂滤池自动控制中PLC的应用[J].信息通信，2015（5）.

[2]李丽.基于PLC的水厂滤池自动控制系统设计[D].江苏：江苏大学，2014.

[3]裘旭.PLC在水厂滤池自动控制中的应用[J].同行，2015（9）.