V型滤池自动控制系统改造

陈荣标

摘要：以V型滤池自动控制成功改造为例，从改造前系统存在问题、新控制系统设计、PLC选型、改造效果作详细说明。为相同的V型滤池改造提供参考。

关键词：V型滤池;PLC;改造;效果

一、V型滤池控制系统改造前现状

茂名市水务投资集团有限公司河东水厂日生产能力20万吨，分两期建设，采用混合折板絮凝平流沉淀池+V型滤池为核心的常规处理工艺，二期于2000年5月投入使用。以下是对二期V型滤池改造过程。

（一）控制系统概况：二期V型滤池共有六个滤格，每个滤格设有进水阀、出水调节阀、排污阀、反冲洗水阀、反冲洗气阀、排气阀6个阀门，液位计和阻塞仪各一台，公共滤台设3台鼓风机和3台水泵，设有中控室实行远程控制。采用TE公司TSX系列的PLC，控制系统由八台PLC通过双绞线电缆互连成FIPWA、通讯网，滤池控制分为过滤运行控制和反冲洗运行控制两个部分。滤池工作过程是在过滤—反冲洗—过滤中循环进行。

（二）控制系统现状：因该控制系统已运行十四年，PLC电源模块、通讯模块、XBT人机界面等的故障率明显增加;同时因TETSX系列PLC备件已停止生产。公共滤台PLC故障，将使所有滤格不能自动反冲洗;通讯网络采用双绞线电缆互连，信号抗干扰差，不能接入过多的节点，防雷性能较低。由于没有现场手动控制功能，严重影响V型滤池运行的安全性为确保V型滤池正常运行，必须对滤池自动控制系统进行升级改造。

二、V型滤池自动控制系统改造设计思路

（一）总体原则：保持控制架构不变，仍然由八台PLC组成控制系统，要求每个滤池一台PLC，公共滤台一个PLC，中控室一台PLC，各PLC功能彼此独立，其中一台PLC故障不会影响其它滤池运行、控制系统外围设备功能不变、增加系统的控制方式：包括中控室自动控制、现场自动控制、现场手动控制。中控室的计算机通过组态软件与中控PLC相连接，实现远程控制滤池过滤和反冲洗。

（二）PLC通讯网络要求：因为中控室与公共滤台，公共滤台与滤池之间距离较远，并且厂区处于雷击地带，为防止因雷击感应电引入通讯网而损坏PLC，在中控室与公共滤台，公共滤台与滤池之间采用光纤连接，其余的采用带屏蔽层的网线连接。利用交换机将八台PLC进行连接组成以太网控制网络。

（三）选型：PLC选型考虑性价比，功能够就好，适当留有一定的余量，不追求高端产品。从性能兼容性上考虑，选择采用法国schneider公司的M340（中控室）、Twido（滤池）、Premium（}共滤台）系列的可编程控制器，中控室PLC型号为BMXP342020，滤池PLC型号为TWDLCAE40DRF，公共滤台PLC号为TSXP573634M。这三个型号的PLC都有以太网端口，开放编程。中控控制界面采用ICONICS组态软件。数据交换机为kyland品牌，型号是：kien200-2m-se-6tx。交换机有1个输入端，6个输出端。光纤转换器为NETLINK HTB1100。

三、自动控制过程

（一）滤池运行控制模式：

1、中控室系统控制分键控、全自动两种方式。当处于键控方式下工作人员可通过计算机启停设备，运行过程由系统自动控制，发生故障时自动执行故障保护程序;当处于全自动方式全程由系统控制。

2、滤格现场控制，通过选择开关设置为现场控制和中控室控制。在现场状态下，能控制滤格六个阀门的开和关、一键反冲洗、过滤。

（二）恒水位过滤程序设计

滤格水位的变化是受进水量的变化、待滤水浊度等因素影响的。滤格恒水位的过滤是保证待滤水流量与滤后水流量基本恒定，因此转化为各个滤格的水位保持恒定。设定水位为前馈，滤池水位、阀门开度、阻塞值为反馈组成个闭环控制，可以根据反馈的变化实时控制清水出水阀的开度，把所有影响水量变化的条件转化为对滤格水位的控制。出水阀控制过程根据设定水位和实际水位之间的误差，经运算后把输出信号传送给输出附加处理程序，再输出给出水调节阀，实现水位比设定水位的值越大，出水调节阀开度就越大。当滤池选择在自动状态时，出水调节阀由滤池PLC程序控制。选择在手动时，出水调节阀由外置的PID调节器进行控制，目的是当PLC故障时，滤池仍然可以通过手动控制过滤，确保安全性。

（三）自动反冲洗程序设计

反冲洗原理及过程：V型滤池滤料经过一段时间过滤后，过滤能力逐渐下降。而滤池过滤能力的再生，是滤池稳定高效运行的关键。而V型滤池过滤能力的再生，就是采用了高压的气、水反冲洗滤料表面污物。由于气泡的相互激烈碰撞，大大加强了污物剥落能力。使得经过反冲先后，滤池又能很快恢复过滤能力。具体反冲洗过程步骤如下：关闭进水阀→关闭出水阀→开排污阀→关闭排气阀→开反冲洗进气阀→启动1台风机→（气洗1分钟）→再和启动第2台风机，及1台水泵→开反冲洗进水阀→（气水混合洗5分钟）→关闭2台风机→关闭进气阀→打开排气阀→再启动第2台水泵→（水洗6分钟）→关阀反冲洗进水阀→停2台反冲洗水泵→关闭排污阀→开进水阀→过。在满足反冲洗条件后，按设定步骤执行。

四、改造效果

通过对V型滤池自控系统进行集散控制技术升级改造，搭建出“一主多从，一个滤池配一台PLC”的集中操作、分散控制架构，为防止因雷击感应电引入通讯网而损坏PLC，在中控室与公共滤台，公共滤台与滤池之间采用光纤连接，其余的采用带屏蔽层的网线连接。利用数据库实现系统控制参数自适应，当各个滤池分水位差异和滤池的工况不同时、能智能切换对应控制参数，差异化设置各滤池恒水位目标值，可弥补单一PID算法在实现恒水位过滤时易造成滤后水质不稳定的缺陷，从而确保滤后水浊度稳定而达标，解决了因滤池结构存在个体差异而造成各个滤池配水不均匀的问题，实現各个滤池负荷均衡化运行，为安全优质供水提供了有力保障。V型滤池自动控制系统经过改造后，控制方式较改造前灵活，降低了岗位工作人员的劳动强度，生产过程数据符合要求，备件采购容易，控制过程能跟踪查询，故障维护降低了难度。有效提高了生产效率，节约了生产成本。