plc在水廠加氯自控系統(tǒng)中的應用

1、PLC在水廠加氯自動控制系統(tǒng)中的應用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、信息技術和現場總線技術的飛速發(fā)展對于水廠控制系統(tǒng)無論在結構上還是功能上，都提供了一個廣闊的發(fā)展空間。水廠自動化系統(tǒng)應該成為一個集計算機、控制、網絡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量，結合本人工作實際，現就 rockwell automation 的基于plc的controllogix系統(tǒng)在水廠加氯系統(tǒng)中的應用作些探討。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)控生產情況(現場無人值班)，并能自動進行投加調整，保證水廠出水余氯符合控制指標要求；能對設備故障、生產異常等進行報警和緊急處理，確保安全生產。另外，從控制系統(tǒng)方面考慮，應滿足集成化、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，可根據水廠加氯系統(tǒng)設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)控工作站和現場分散控制站組成全廠工業(yè)控制網，加氯現場控制站與中央調度計算機之間的通訊

3、采用以通訊光纖為介質的高速工業(yè)以太網。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(虛線框內是加氯系統(tǒng)控制部分)。圖2 某水廠自控系統(tǒng)結構圖 從圖中我們看到，自控系統(tǒng)主要包括： (1)plc現場控制站(例如加氯控制站)：主要功能是數據采集和控制輸出，即實現遠程i/o模塊和通訊的功能，

4、它主要包括模擬輸入模塊、數字輸入模塊、數字輸出模塊、以及通訊模塊。 (2)主plc控制站：主要功能是通過預先編制好的控制程序，采用rsview32監(jiān)控軟件來完成對現場控制站i/o模塊所采集的數據進行分析、運算并相應的輸出結果。 (3)系統(tǒng)網絡：controllogix系統(tǒng)通過enet模塊，來實現在以態(tài)網中的數據傳遞，實現上下位機通訊；現場控制站之間通過cbnr通訊模塊，完成controlnet控制網絡的通訊功能。3 功能實現3.1數據采集/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，當氯氣泄漏時，通過檢測泄漏報警信號經plc系統(tǒng)可自動打開排氣扇、啟動漏氯吸收裝置，并且會自動關閉所有加氯系統(tǒng)等待故障處理。系統(tǒng)能實現加氯機的備用切換。 (2)控制方式：系統(tǒng)分現場手動控制、控制室遠控和自動控制3種控制方式，由現場轉換開關位置(或加氯機手柄狀態(tài))設

6、定?，F場手動控制用于在自動控制系統(tǒng)長時間停機、或plc停機、電氣設備現場維護、或現場處理緊急事故時，最具優(yōu)先權。 遠控控制為滿足安全生產要求，進行單臺設備的啟/停，不影響其它任何設備的狀態(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、生產過程控制等功能。控制系統(tǒng)對違反工藝的誤操作有識別功能，不予執(zhí)行；對每臺電氣設備設計故障聯(lián)鎖控制功能；系統(tǒng)根據工藝要求，實現加氯流程中電氣設備及控制參數之間的全自動聯(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)生產過程控制：前加氯scu流量配比控制器根據

7、plc從原水流量計處采集的420ma流量信號，經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整。輸入信號可用流量系數來按比例變化，輸出可通過劑量系數來按比例變化。控制輸出如下確定：控制輸出(輸入信號)*(劑量系數)*(流量系數)。這里系數的設定可以根據工藝控制要求和運行經驗合理設置。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，并且驅動傳感器到0位，關

8、閉加氯機。 后加氯用pcu復合環(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，根據水的流量隨時對傳感器的位置進行調整(同scu)，同時plc把余氯分析儀的反饋信號給pcu，并與設定好的余氯值進行比較，經過一定的滯后時間后作出調節(jié)，直到實際值和設定值符合為止(類似pid調節(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、數字、棒圖及曲

9、線的方式實時監(jiān)視各電氣設備、工藝參數的工況，界面友好、全中文信息，便于操作和使用。對被測工藝參數設有實時/歷史趨勢功能，對重要電氣設備的啟/停、重要操作設有記錄功能，還具有報警功能和打印生產報表，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 結束語 本控制系統(tǒng)在某水廠已經安全穩(wěn)定地運行六年多了，整個系統(tǒng)安全可靠、經濟實用，操作方便、易于編程、維護。運行結果表明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備操作正確無誤，數據采集與通訊正常，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、降低了生產成本，為實現現代化水廠“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)大學自動化工程系，現供職于煙臺經濟技術開發(fā)區(qū)自來水公司，從事水廠自動化研究與應用工作。參考文獻 1 rockwell automationcontrollogix system user manual. 2 rockwell automationrsview32 users