plc在水廠加氯自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、PLC在水廠加氯自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1 引言 隨著水廠“無人值守”工作的不斷開展，對城市凈水處理控制系統(tǒng)提出了更高的要求。計算機技術(shù)、信息技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)的飛速發(fā)展對于水廠控制系統(tǒng)無論在結(jié)構(gòu)上還是功能上，都提供了一個廣闊的發(fā)展空間。水廠自動化系統(tǒng)應(yīng)該成為一個集計算機、控制、網(wǎng)絡(luò)以及多媒體為一體的綜合系統(tǒng)，其中加氯系統(tǒng)的控制在整個水廠中的地位顯得尤為重要，因為其安全、高效運行直接影響到水廠的供水質(zhì)量，結(jié)合本人工作實際，現(xiàn)就 rockwell automation 的基于plc的controllogix系統(tǒng)在水廠加氯系統(tǒng)中的應(yīng)用作些探討。2 控制系統(tǒng)解決方案 水廠加氯系統(tǒng)的主要包括氣源供給與壓力

2、切換、氯氣投加、余氯分析、漏氯檢測和吸收等四部分，典型工藝流程如圖1所示。圖1 某水廠加氯系統(tǒng)工藝流程圖 水廠加氯對控制系統(tǒng)的基本要求就是：可以遠程集中監(jiān)控生產(chǎn)情況(現(xiàn)場無人值班)，并能自動進行投加調(diào)整，保證水廠出水余氯符合控制指標(biāo)要求；能對設(shè)備故障、生產(chǎn)異常等進行報警和緊急處理，確保安全生產(chǎn)。另外，從控制系統(tǒng)方面考慮，應(yīng)滿足集成化、控制靈活、安全可靠、可維護性、可擴展性、開放性等特點。 在選擇控制系統(tǒng)方案時，可根據(jù)水廠加氯系統(tǒng)設(shè)備的實際特點和其對控制系統(tǒng)的功能要求，進行考慮。宜采用集散型控制系統(tǒng)，由廠級中央監(jiān)控工作站和現(xiàn)場分散控制站組成全廠工業(yè)控制網(wǎng)，加氯現(xiàn)場控制站與中央調(diào)度計算機之間的通訊

3、采用以通訊光纖為介質(zhì)的高速工業(yè)以太網(wǎng)。這里我們以在眾多水廠廣泛采用的rockwell automation的新一代控制平臺controllogix為例進行討論，因為它是一種把i/o邏輯順序控制和伺服運動控制集成在一起的plc控制系統(tǒng)。controllogix系統(tǒng)由通信模塊、模擬量輸入/輸出模塊、處理器模塊等組成，各模塊之間通過機架背板進行通信，組網(wǎng)和編程都比較方便。 水廠自控系統(tǒng)的組成如圖2所示(虛線框內(nèi)是加氯系統(tǒng)控制部分)。圖2 某水廠自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 從圖中我們看到，自控系統(tǒng)主要包括： (1)plc現(xiàn)場控制站(例如加氯控制站)：主要功能是數(shù)據(jù)采集和控制輸出，即實現(xiàn)遠程i/o模塊和通訊的功能，

4、它主要包括模擬輸入模塊、數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊、以及通訊模塊。 (2)主plc控制站：主要功能是通過預(yù)先編制好的控制程序，采用rsview32監(jiān)控軟件來完成對現(xiàn)場控制站i/o模塊所采集的數(shù)據(jù)進行分析、運算并相應(yīng)的輸出結(jié)果。 (3)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)：controllogix系統(tǒng)通過enet模塊，來實現(xiàn)在以態(tài)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)上下位機通訊；現(xiàn)場控制站之間通過cbnr通訊模塊，完成controlnet控制網(wǎng)絡(luò)的通訊功能。3 功能實現(xiàn)3.1數(shù)據(jù)采集/處理功能 采集的信號主要有氯瓶重量、加氯機氯氣投加量、漏氯報警、加氯機開/停狀態(tài)；加氯機手/自動狀態(tài)、加氯機故障、氯路瓶切換及電動球閥工作狀態(tài)；空瓶信號檢測

5、等。3.2主要控制功能 (1)實現(xiàn)工藝要求：真空加氯系統(tǒng)分為前加氯和后加氯系統(tǒng)。前加氯按比例流量投加，后加氯采用流量比例與余氯信號雙因子復(fù)合控制投加。加氯機所需的流量信號由超聲波流量計、余氯信號由余氯分析儀分別經(jīng)plc在線檢測輸入至加氯機。氯庫裝有電子秤和自動切換單元，當(dāng)接到“空瓶”信號后，自動進行氣路切換提示換瓶。同時裝有泄漏報警儀，當(dāng)氯氣泄漏時，通過檢測泄漏報警信號經(jīng)plc系統(tǒng)可自動打開排氣扇、啟動漏氯吸收裝置，并且會自動關(guān)閉所有加氯系統(tǒng)等待故障處理。系統(tǒng)能實現(xiàn)加氯機的備用切換。 (2)控制方式：系統(tǒng)分現(xiàn)場手動控制、控制室遠控和自動控制3種控制方式，由現(xiàn)場轉(zhuǎn)換開關(guān)位置(或加氯機手柄狀態(tài))設(shè)

6、定?，F(xiàn)場手動控制用于在自動控制系統(tǒng)長時間停機、或plc停機、電氣設(shè)備現(xiàn)場維護、或現(xiàn)場處理緊急事故時，最具優(yōu)先權(quán)。 遠控控制為滿足安全生產(chǎn)要求，進行單臺設(shè)備的啟/停，不影響其它任何設(shè)備的狀態(tài)。自動控制方式下，plc對加氯工藝流程進行順序控制、聯(lián)鎖控制、故障聯(lián)鎖控制、生產(chǎn)過程控制等功能?？刂葡到y(tǒng)對違反工藝的誤操作有識別功能，不予執(zhí)行；對每臺電氣設(shè)備設(shè)計故障聯(lián)鎖控制功能；系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，實現(xiàn)加氯流程中電氣設(shè)備及控制參數(shù)之間的全自動聯(lián)鎖控制(加氯機硬手操、軟手操聯(lián)鎖控制；自動切換裝置控制兩氯瓶源的電動球閥聯(lián)鎖控制；漏氯吸收裝置和加氯機的聯(lián)鎖控制)。 (3)生產(chǎn)過程控制：前加氯scu流量配比控制器根據(jù)

7、plc從原水流量計處采集的420ma流量信號，經(jīng)運算處理同樣提供一個420ma的比例輸出，來控制一個帶傳感器的電動馬達，對加氯機投加閥桿進行調(diào)整。輸入信號可用流量系數(shù)來按比例變化，輸出可通過劑量系數(shù)來按比例變化?？刂戚敵鋈缦麓_定：控制輸出(輸入信號)*(劑量系數(shù))*(流量系數(shù))。這里系數(shù)的設(shè)定可以根據(jù)工藝控制要求和運行經(jīng)驗合理設(shè)置。通過scu電路板上的兩個繼電器，開啟馬達增加或減小，使馬達控制的傳感器設(shè)置等于控制輸出。同時反送電位器給出一個信號給plc，從而在上位機上可以遠程監(jiān)控加氯機的開啟度，獲得實時投加流量。如果輸入流量信號下降到3ma之下，scu就發(fā)出無流量報警，并且驅(qū)動傳感器到0位，關(guān)

8、閉加氯機。 后加氯用pcu復(fù)合環(huán)控制器。它是雙信號前饋控制，一個流量信號和一個余氯信號由plc提供給控制器，根據(jù)水的流量隨時對傳感器的位置進行調(diào)整(同scu)，同時plc把余氯分析儀的反饋信號給pcu，并與設(shè)定好的余氯值進行比較，經(jīng)過一定的滯后時間后作出調(diào)節(jié)，直到實際值和設(shè)定值符合為止(類似pid調(diào)節(jié))。工作原理如圖3所示。圖3 對后加氯進行控制的pcu工作原理圖3.3 管理功能 控制系統(tǒng)具有各種操作功能，如自動操作/遙控/手動切換操作，操作員登錄操作、“權(quán)限”操作等，并有誤操作保護功能。具有顯示功能，按工藝流程分畫面、分系統(tǒng)實時顯示和監(jiān)視各流程的運行工況，通過動態(tài)、變色、閃爍、數(shù)字、棒圖及曲

9、線的方式實時監(jiān)視各電氣設(shè)備、工藝參數(shù)的工況，界面友好、全中文信息，便于操作和使用。對被測工藝參數(shù)設(shè)有實時/歷史趨勢功能，對重要電氣設(shè)備的啟/停、重要操作設(shè)有記錄功能，還具有報警功能和打印生產(chǎn)報表，及歷史儲存功能。圖4就是水廠加氯間運行的rsview32監(jiān)控畫面。圖4 加氯系統(tǒng)運行監(jiān)控畫面4 結(jié)束語 本控制系統(tǒng)在某水廠已經(jīng)安全穩(wěn)定地運行六年多了，整個系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟實用，操作方便、易于編程、維護。運行結(jié)果表明rockwell automation的基于plc的controllogix系統(tǒng)能充分滿足水廠加氯系統(tǒng)的控制要求，在全自動運行方式下設(shè)備操作正確無誤，數(shù)據(jù)采集與通訊正常，系統(tǒng)可靠性高，上位機監(jiān)控方便，各項性能滿足水廠工藝控制要求，同時減少了運行值班人員工作量、降低了生產(chǎn)成本，為實現(xiàn)現(xiàn)代化水廠“無人值守”的運行管理模式創(chuàng)造了條件。作者簡介 劉淑明(1977-) 男 工程師，畢業(yè)于山東工業(yè)大學(xué)自動化工程系，現(xiàn)供職于煙臺經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)自來水公司，從事水廠自動化研究與應(yīng)用工作。參考文獻 1 rockwell automationcontrollogix system user manual. 2 rockwell automationrsview32 users