基于施耐德M580的河东水厂控制系统设计及应用

宁康杰 赵光辉 李剑飞 陈霄

摘 要：PLC系统抗干扰能力强，可靠性高，能适应各種恶劣的工作环境，可以有效地实现生产过程的综合自动化控制。该文从水厂水处理流程、自动控制系统的模型以及控制实现等方面，介绍了一种基于施耐德M580的水厂控制系统。

关键词：PLC自动化控制 水厂自动化 M580

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（b）-00-02

PLC具有系统结构灵活，易于扩展，使用方便，编程简单的特点，可以有效实现生产过程的全面自动控制。施耐德电气（中国）有限公司旗下可编程逻辑控制器（PLC）产品是针对面向过程控制而产生的通用自动化系统平台。强大的处理能力，适用于离散，模拟和过程回路控制，以及开放、灵活、耐用和可持续。该项目采用施耐德M580系列PLC，它配备了强大的处理器，高级网络通信计算功能，显示功能和自动控制应用。通讯处理器采用BMENOC0301以太网卡，支持Ether Net/IP、Modbus TCP/IP网络控制架构。

1 水厂水处理流程

水厂自动化控制系统应用的根本目的是实现水厂水处理过程的自动控制。虽然不同的水厂工艺有很大差异，设备也不同。但是，基本的处理流程并没有太大的不同。河东净水厂采用的主工艺为折板絮凝斜管沉淀池+翻板滤池+次氯酸钠消毒常规处理工艺，如图1所示。

（1）水处理部分。

根据建设单位提供的水质监测报告，判断源水水质较好，有机物污染程度较低，该项目对源水的处理要求仍然是传统的积淀，过滤和消毒过程。通常，进行添加和添加聚氯化铝和聚丙烯酰胺（PAM）化学品的操作，并且当原水水质劣化时分别添加高锰酸钾。采用折板式絮凝斜管沉淀池，襟翼式过滤器，次氯酸钠消毒等处理工艺。

（2）污泥处理部分。

污泥的自然干燥具有投资少，工艺简单的优点。考虑植物区附近的土地存在大量荒漠化，考虑厂区附近存在大量荒漠化的土地，且附近没有居民，该工程拟将折板絮凝斜管沉淀池的污泥直接通过管道排往厂区东北侧沉泥塘进行自然干化，既营造了厂区景观水池的作用，又达到表层上清液自然蒸发干化目的。通过定期对沉泥塘进行清理，沉淀的污泥进行自然干化后，外运往附近荒漠化土地，以改造土壤性质，提高植被的成长率。

（3）主要生产设施组成。

机械混合罐—折板絮凝斜管沉淀池—翻板过滤池—清水池—送水泵房、加药加氯室、反冲洗废水调节池等。

2 水厂自动控制系统的模型

从水厂水处理过程的特点可以看出，水厂整个过程的过程单元和环节相对独立，关系密切。因此，水厂自动化系统可以依照其工艺环节进行划分，可以分为原泵房控制主站（11PLC）、折叠絮凝平流沉淀池控制主站（1个PLC）、滤池控制主站（3个PLC）、单个单元滤池制站（3CD1A～3CD1D）、锅炉房控制主站（7PLC）、加药间控制主站（2PLC）、加药间次氯酸纳制备系统（2套）、加药间PAM投加系统、加药室中的高锰酸钾加药系统和泵站控制主站（5PLC）。

PLC控制系统的设计基于安全、经济、可靠、实用的准则。系统采用相对开放和可拓展功能，以满足工程后期的升级以及扩建。PLC控制系统旨在打造整个水厂运行现场的无人值守。

3 控制实现

以控制站——滤池的控制为例说明。从滤池运行的流程的来看，它可分为正常过滤和停止过滤反冲洗两个方面。此外还涉及到几个滤池冲洗排队问题。

（1）滤池过滤。系统启动，开进水阀进水；滤池水位上升到工作位置后，根据水位的上升下降情况，调节水气动控制阀的开度；启动水过滤过程，根据液位高度和液位变化速度调节水气动控制阀的开度，使液位保持在正常工作范围内；当液位超过报警上限时，出口气动阀完全打开，进气阀关闭。在滤池过滤过程中，PLC采用PID算法用于控制过滤池的水位。在系统的实际调试中，不断设置PID参数，尽可能降低系统的超调量，提高响应速度，找到最佳组合点。同时，调节死区以最小化水-气动调节阀的运动次数，并在控制水位时延长阀的使用寿命。

（2）滤池反冲洗。判断滤池是否堵塞或到达滤池设定过滤时间，如果符合其中任何一个条件，则发送单格滤池请求反冲洗指令至滤池主站，并进入反洗队列排序。此时，如果反冲洗系统鼓风机和反冲洗泵满足冲洗准备要求，准备反冲洗，否则过滤过程将继续；首先关闭本池进水气动闸板并开启气动出水阀放水。待单格滤池内液位低于30cm时，该子站向翻板滤池3#PLC控制单元发出低速气冲请求，收到此请求后，3#PLC控制单元自动启动1台反冲洗变频鼓风机运行到设定频率。当低速气冲至设定时间后，该子站向翻板滤池3#PLC控制单元发出气水联合冲请求，收到此请求后，3#PLC控制单元自动启动1台反冲洗变频水泵运行到设定频率。当气水联合冲至设定时间后，该子站向翻板滤池3#PLC控制单元发出第一次高速水冲请求，收到此请求后，3#PLC控制单元自动增开1台反冲洗水泵并停止已运行的反冲洗变频鼓风机。当高速水冲至设定液位后，该子站向翻板滤池3#PLC控制单元发出停止第一次高速水冲请求，收到此请求后，3#PLC控制单元自动停止所有运行中的2台反冲洗水泵，进入污水静置阶段，当污水静置至设定时间后，该子站自动分两段开启本池的气动翻板阀进行排污。当该池气动翻板阀全开后，开进水闸板阀，该子站延时60s发出结束排污指令，关闭气动翻板阀，关进水闸板阀。当气动翻板阀关闭到位后，该子站向翻板滤池3#PLC控制单元发出第二次高速水冲请求，收到此请求后，3#PLC控制单元自动启动3台反冲洗水泵并使其运行到设定频率。当高速水冲至设定液位后，该子站向翻板滤池3#PLC控制单元发出停止第二次高速水冲请求，收到此请求后，3#PLC控制单元自动停止所有运行中的3台反冲洗水泵，进入污水静置阶段，当污水静置至设定时间后，该子站自动分两段开启本池的气动翻板阀进行排污。需要说明的是，由于反冲洗效果会影响水厂滤池的净化效果和水位的控制，因此应根据水质和季节随时调整冲洗周期和冲洗时间。

4 结语

实现水厂的自动化运行不仅降低了工人的劳动强度，而且提高了企业的效率，减少企业的生产运行成本，使自动化水厂的生产管理更加科学有效。其中，M580 PLC起到了非常重要的作用。投运至今，系统稳定，一方面解决了工业园区供水紧张的问题，另一方面改善了当地的投资环境，实现了经济效益和社会效益的共同进步。

参考文献

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