施耐德PLC 在现代化水厂中的应用
日期：2010-4-7 13:19:00 点击：
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摘要：文章对笔者所在水厂工艺流程进行简单说明，主要介绍了施耐德PLC在现代化水厂水处理过程中的实际应用，及个人对施耐德PLC主要功能的理解。
关键词：现代化水厂、施耐德PLC、自控程序设计、人机界面
一、概述
金沙湾水厂是浙江省金华市重点工程，位于金华市琅琊，水厂占地面积120亩，日供水能力30万吨，承担金华市区及周边乡镇的供水任务，是浙江省现代化水厂。水源取自沙畈、金兰水库，采用重力流取水，利用自然高差向城市管网供水。
二、水厂工艺简述
原水在加矾、加碱、加氯后经过管道混合器进入折板反应池，通过平流式沉淀池沉淀后进入V型滤池。滤池采用气水反冲洗工艺，滤后水经加氯后进入清水池，出厂水经补氯后，自流进入市区供水管网。
附图1：水处理工艺流程图
三、水厂自动化生产网络结构简介
金沙湾水厂的工业网络有三层，第一层由全厂七个PLC主站（施耐德Premium TSX 57系列）及管理、控制电脑构成100M光纤以太网，该网络防电磁干扰，输入输出光电隔离，能适应恶劣的工业环境；第二层由滤池公共站PLC与16个滤格PLC（施耐德TSX Micro系列）组成FIPWAY主从网；第三层为modbus网络：取水PLC站与配电智能表、吸泥行车与控制计算机modbus无线网通讯（施耐德TSX Micro系列）。
附图2：水厂网络结构图
四、施耐德PLC的主要应用功能
4.1、PLC对工艺电气设备的各种生产数据，如：电流、水位、压力、流量、浊度、余氯、温度等，完成实时采集和记录，并通过100M光纤以太网，实时传输给监控计算机。
4.2、PLC通过输入和输出信号，按照设计好的程序自动完成各种设备的开启或关闭控制。
4.3、PLC根据设备运行实况，分析和综合判断出各种电气设备是否会发生故障。并能进行预报警、故障报警及进行故障保护。
4.4、PLC对水质在线检测仪表进行实时采集，显示并进行分析和判断，做出各种预报警和故障报警。
五、关键PLC站点简介及自动化程序设计
附图3：工艺总图
设备运行大体分为手动控制和遥控控制两种方式，遥控控制即为中控电脑控制又分为自动控制和中控控制。
5.1、取水泵房PLC站：
PLC控制2只重力流调流阀、4套水泵机组及其配套的电动进水阀门、电动出水阀门的运行，监测，故障保护。取水泵管中标高为103m，两根自流管管中标高为110m，自流极限为115.30m，设计库水水位达到118m以上时，利用进水重力流取水，当库水水位低于118m时，采用取水泵动力取水。
自动控制方式下实现重力流调流阀清水池恒水位控制，程序设计如下：在一个检测周期内（6至20分钟可调），a:当清水池水位小于清水池设定水位10CM且水位呈下降趋势，进水调流阀开度增大，调流阀调节幅度根据清水池水位与清水池设定水位之差，水位下降率，出厂水流量综合数学计算。b：同理当清水池水位大于清水池设定水位10CM且水位呈上升趋势，进水调流阀开度减小。C: 当清水池水位在清水池设定水位10CM之间，调流阀不动作保持恒水位。
自动控制方式下实现取水泵清水池水位控制（一台泵运行流量基本上等于出厂水最小流量，两台泵运行流量大于出厂水最大流量），程序设计如下：a: 当清水池水位小于清水池设定水位80CM时，两台泵运行，当清水池水位大于清水池设定水位80CM时，一台泵运行。按启停次数智能化轮换选择运行（四台取水泵）。
5.2、加药间PLC站：
通过PLC自动完成、矾（碱）池自动切换、自动配矾（碱）等功能，并采集原水流量、浊度、PH值、温度、反应池PH值等参数进行综合数学计算控制矾（碱）投加量。程序设计主要采用两种方式a:利用Premium PLC的PID运算功能与反应池现场PH仪表反馈值并结合流量进行分段（三个主要参数：比例、积分、周期）实现复合环控制（碱）使反应池PH稳定在设定值（可调）。b:根据原水流量按照设定系数（可调）实现流量比例运算控制（矾，碱）。
5.3、反应池排泥系统：
一期二期反应池排泥电动球阀各60只，分为4组，每组15只。
PLC控制下的排泥流程：1号、2号排泥阀排泥→3号、4号排泥阀排泥→5号、6号排泥阀排泥→7号、8号排泥阀排泥→9号、10号排泥阀排泥→11号、12号排泥阀排泥→13号、14号排泥阀排泥→15号排泥阀排泥→完成。程序设计主要采用PLC步进指令顺序控制.
5.4、加氯系统PLC：
加氯间PLC负责加氯设备的自动控制以及漏氯中和装置和风机的运转，并实现气源切换和漏氯报警以及过程的监测和自动控制。在这里加氯量控制程序设计采用PID运算功能并不适合，原因为：加氯机与投加点距离长，系大滞后控制系统（滤后水反应周期大概为5到9分钟，出厂水反应时间大概为13到18分钟），温度影响反应时间幅度大，且加氯机开度电机不宜长期频繁动作，如采用primium的常规PID控制，参数很难调整，不仅稳定性差，而且加氯机开度电机动作频繁。现主要采用经验值结合流量比例控制，在每个判断周期内通过现场余氯反馈值综合计算控制加氯量，加氯机开度电机最多也是单反应周期动作一次（余氯在设定值的0.1ppm之间不动作），控制速度快稳定性好。
5.5、滤池公共站PLC：（阀门全部采用气动阀，反应快，可长期频繁动作，故障率小。）
滤池程序的设计是极其关键的，对出厂水质的影响至关重要。滤池冲洗，通过主PLC与滤池PLC协调工作来完成，一般情况是气水反冲洗控制包括两部分:第一部分为公共反冲洗设备控制，由公用PLC和滤池PLC子站配合实现设备的顺序启停控制。对每格滤池子PLC上送的“请求冲洗”申请的次序，组成一队列，并按次序启动各格滤池子PLC共同自动完成反冲洗过程。当有多个滤池同时发出“冲洗”请求时，公用PLC采用FIFO堆栈原则，即先进先出原则进行排队冲洗。FIFO1处理人工请求，FIF02处理自动请求，FIF01优先于FIFO2；第二部分为气水反冲自动程序控制，当某个格滤池满足反冲洗条件时，即进入自动反冲洗程序:关闭进水闸板阀，待滤池水位下降到一定值时关闭清水出水阀，开排水阀，关排气阀，开气冲阀，起动两台鼓风机，进行气冲;约Y min后停一台鼓风机，打开水冲洗阀，起动一台反冲洗泵，进行气水混合冲洗;约Z min后停鼓风机，关气冲阀，开排气阀，起动第二台反冲洗泵，进行水冲洗，约N min后停反冲洗泵，关闭水冲洗阀，关闭排水阀，开进水闸板阀开完成反冲洗过程。待滤池水位上升至一定值时开清水出水阀，滤池进人正常过滤阶段。整个冲洗过程主要采用PLC移位指令程序配合一定的数学计算来实现。
滤池正常过滤为恒水控制；PLC采集滤格水位，并与设定的控制水位相比较，得出差值进行相应的PID运算后去控制清水蝶阀的开度，来调节滤格的出水量，使得滤池水位保持在设定值，设定水位在1.10m，上下偏差为0.05m，滤池在启动时，恒水水位控制软件自动投入运行。
5.6 、沉淀池行车排泥系统：
行车行进速度大约为每分钟1米，沉淀池长约105米，全程排泥累计时间约105分钟。
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摘要：文章对笔者所在水厂工艺流程进行简单说明，主要介绍了施耐德PLC在现代化水厂水处理过程中的实际应用，及个人对施耐德PLC主要功能的理解。
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关键词：现代化水厂、施耐德PLC、自控程序设计、人机界面
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一、概述
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金沙湾水厂是浙江省金华市重点工程，位于金华市琅琊，水厂占地面积120亩，日供水能力30万吨，承担金华市区及周边乡镇的供水任务，是浙江省现代化水厂。水源取自沙畈、金兰水库，采用重力流取水，利用自然高差向城市管网供水。
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二、水厂工艺简述
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原水在加矾、加碱、加氯后经过管道混合器进入折板反应池，通过平流式沉淀池沉淀后进入V型滤池。滤池采用气水反冲洗工艺，滤后水经加氯后进入清水池，出厂水经补氯后，自流进入市区供水管网。
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附图1：水处理工艺流程图
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
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三、水厂自动化生产网络结构简介
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金沙湾水厂的工业网络有三层，第一层由全厂七个PLC主站（施耐德Premium TSX 57系列）及管理、控制电脑构成100M光纤以太网，该网络防电磁干扰，输入输出光电隔离，能适应恶劣的工业环境；第二层由滤池公共站PLC与16个滤格PLC（施耐德TSX Micro系列）组成FIPWAY主从网；第三层为modbus网络：取水PLC站与配电智能表、吸泥行车与控制计算机modbus无线网通讯（施耐德TSX Micro系列）。
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附图2：水厂网络结构图
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四、施耐德PLC的主要应用功能
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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4.1、PLC对工艺电气设备的各种生产数据，如：电流、水位、压力、流量、浊度、余氯、温度等，完成实时采集和记录，并通过100M光纤以太网，实时传输给监控计算机。
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4.2、PLC通过输入和输出信号，按照设计好的程序自动完成各种设备的开启或关闭控制。
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4.3、PLC根据设备运行实况，分析和综合判断出各种电气设备是否会发生故障。并能进行预报警、故障报警及进行故障保护。
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4.4、PLC对水质在线检测仪表进行实时采集，显示并进行分析和判断，做出各种预报警和故障报警。
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五、关键PLC站点简介及自动化程序设计
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附图3：工艺总图
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设备运行大体分为手动控制和遥控控制两种方式，遥控控制即为中控电脑控制又分为自动控制和中控控制。
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5.1、取水泵房PLC站：
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PLC控制2只重力流调流阀、4套水泵机组及其配套的电动进水阀门、电动出水阀门的运行，监测，故障保护。取水泵管中标高为103m，两根自流管管中标高为110m，自流极限为115.30m，设计库水水位达到118m以上时，利用进水重力流取水，当库水水位低于118m时，采用取水泵动力取水。
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自动控制方式下实现重力流调流阀清水池恒水位控制，程序设计如下：在一个检测周期内（6至20分钟可调），a:当清水池水位小于清水池设定水位10CM且水位呈下降趋势，进水调流阀开度增大，调流阀调节幅度根据清水池水位与清水池设定水位之差，水位下降率，出厂水流量综合数学计算。b：同理当清水池水位大于清水池设定水位10CM且水位呈上升趋势，进水调流阀开度减小。C: 当清水池水位在清水池设定水位10CM之间，调流阀不动作保持恒水位。
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自动控制方式下实现取水泵清水池水位控制（一台泵运行流量基本上等于出厂水最小流量，两台泵运行流量大于出厂水最大流量），程序设计如下：a: 当清水池水位小于清水池设定水位80CM时，两台泵运行，当清水池水位大于清水池设定水位80CM时，一台泵运行。按启停次数智能化轮换选择运行（四台取水泵）。
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5.2、加药间PLC站：
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通过PLC自动完成、矾（碱）池自动切换、自动配矾（碱）等功能，并采集原水流量、浊度、PH值、温度、反应池PH值等参数进行综合数学计算控制矾（碱）投加量。程序设计主要采用两种方式a:利用Premium PLC的PID运算功能与反应池现场PH仪表反馈值并结合流量进行分段（三个主要参数：比例、积分、周期）实现复合环控制（碱）使反应池PH稳定在设定值（可调）。b:根据原水流量按照设定系数（可调）实现流量比例运算控制（矾，碱）。
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5.3、反应池排泥系统：
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一期二期反应池排泥电动球阀各60只，分为4组，每组15只。
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PLC控制下的排泥流程：1号、2号排泥阀排泥→3号、4号排泥阀排泥→5号、6号排泥阀排泥→7号、8号排泥阀排泥→9号、10号排泥阀排泥→11号、12号排泥阀排泥→13号、14号排泥阀排泥→15号排泥阀排泥→完成。程序设计主要采用PLC步进指令顺序控制.
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5.4、加氯系统PLC：
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加氯间PLC负责加氯设备的自动控制以及漏氯中和装置和风机的运转，并实现气源切换和漏氯报警以及过程的监测和自动控制。在这里加氯量控制程序设计采用PID运算功能并不适合，原因为：加氯机与投加点距离长，系大滞后控制系统（滤后水反应周期大概为5到9分钟，出厂水反应时间大概为13到18分钟），温度影响反应时间幅度大，且加氯机开度电机不宜长期频繁动作，如采用primium的常规PID控制，参数很难调整，不仅稳定性差，而且加氯机开度电机动作频繁。现主要采用经验值结合流量比例控制，在每个判断周期内通过现场余氯反馈值综合计算控制加氯量，加氯机开度电机最多也是单反应周期动作一次（余氯在设定值的0.1ppm之间不动作），控制速度快稳定性好。
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5.5、滤池公共站PLC：（阀门全部采用气动阀，反应快，可长期频繁动作，故障率小。）
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滤池程序的设计是极其关键的，对出厂水质的影响至关重要。滤池冲洗，通过主PLC与滤池PLC协调工作来完成，一般情况是气水反冲洗控制包括两部分:第一部分为公共反冲洗设备控制，由公用PLC和滤池PLC子站配合实现设备的顺序启停控制。对每格滤池子PLC上送的“请求冲洗”申请的次序，组成一队列，并按次序启动各格滤池子PLC共同自动完成反冲洗过程。当有多个滤池同时发出“冲洗”请求时，公用PLC采用FIFO堆栈原则，即先进先出原则进行排队冲洗。FIFO1处理人工请求，FIF02处理自动请求，FIF01优先于FIFO2；第二部分为气水反冲自动程序控制，当某个格滤池满足反冲洗条件时，即进入自动反冲洗程序:关闭进水闸板阀，待滤池水位下降到一定值时关闭清水出水阀，开排水阀，关排气阀，开气冲阀，起动两台鼓风机，进行气冲;约Y min后停一台鼓风机，打开水冲洗阀，起动一台反冲洗泵，进行气水混合冲洗;约Z min后停鼓风机，关气冲阀，开排气阀，起动第二台反冲洗泵，进行水冲洗，约N min后停反冲洗泵，关闭水冲洗阀，关闭排水阀，开进水闸板阀开完成反冲洗过程。待滤池水位上升至一定值时开清水出水阀，滤池进人正常过滤阶段。整个冲洗过程主要采用PLC移位指令程序配合一定的数学计算来实现。
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滤池正常过滤为恒水控制；PLC采集滤格水位，并与设定的控制水位相比较，得出差值进行相应的PID运算后去控制清水蝶阀的开度，来调节滤格的出水量，使得滤池水位保持在设定值，设定水位在1.10m，上下偏差为0.05m，滤池在启动时，恒水水位控制软件自动投入运行。
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5.6 、沉淀池行车排泥系统：
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行车行进速度大约为每分钟1米，沉淀池长约105米，全程排泥累计时间约105分钟。
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