Quantum PLC在宁东净配水厂控制中的应用

　　摘要：随着计算机工业控制技术的不断发展，计算机监控技术日趋完善，基于PLC的控制系统为各式各样的系统设备提供了非常可靠的自动化控制。本文主要介绍施耐德QuantumPLC在宁东供水工程的净配水工程（从鸭子荡水库取水送至净水厂，出水输配至各工业用户）自动控制中的成功应用，包括项目特点、控制系统特点、功能实现及应用状况。
　　关键词：QuantumPLC，净配水厂，自动控制，应用
　　1引言
　　宁东净配水厂位于宁夏东南的灵武市境内，海拔高程在1230～1280之间，水厂净配水规模为40万m3/d。净配水工程项目自动化系统有三个层次：设备监控层、信息传输层和应用系统层。设备监控层包括生产过程自动化控制系统，仪表监测系统。生产过程自动化系统对全厂工艺流程进行自动控制。对过程参数、设备工况、能耗物耗进行自动检测、采集、显示、修改、编辑；提供历史数据的存储、查询、浏览、分析、报表生成等；提供过程故障信号、报警信息的收集、显示、警报、存储、列表、打印等。生产过程无人为干预，生产现场无人值守；信息传输层构建全厂管理计算机网络系统，以此实现设备监控层各子系统之间的互联互通。通过数据库管理系统实现全厂的信息集成，为水厂的生产管理自动化提供各种应用软件子系统；应用系统层各个软件子系统能够将全厂各种信息流自动进行分类、存储、分析、加工，从设备监控层采集的大量的原始信息中提取可供使用的初级信息，在此基础上按照各种工作需求自动产生相应的报表及报告。本文主要探讨生产过程自动化监控系统。
　　2系统结构
　　2.1系统特点
　　水厂控制站均采用施耐德Quantum系列双机热备PLC，控制信号通过PLC采集，PLC与现场的工业以太网交换机相接；全厂控制网采用100Mbps以太网，双环网结构、以光纤作为传输介质，保证网络的可靠性、安全性，成对的交换机分别与互为冗余的PLC机架相连，实现全冗余功能；控制方式采用“全开放全分布”方式。
　　2.2系统架构
　　生产过程自动化系统包括：全厂中央控制室，进水泵房控制站（1#PLC），沉淀加药系统控制站（2#PLC），滤池控制站（3#PLC），送水泵房控制站（4#PLC），沉淀池控制单元（ECU201~204），单格滤池阀控制单元(ECU301~ECU316)。沉淀池控制单元、单格滤池控制单元设置触摸屏作为就地操作终端LOP，操作人员可对该控制站（单元）监控范围内的设备进行就地集中控制，或在中控室授权后就地更改设定本站的工艺控制参数。系统控制设备之间相对独立运行，现场控制站、设备控制单元发生故障时，不会影响其上级、下级或同级的其它控制站控制单元的正常运行。水厂系统结构图如图1所示。
　　2.3系统通讯
　　Quantum系列PLC支持MODBUS/TCP通讯协议，也支持MODBUSPLUS网络。项目在实施过程中，选用了两种策略充分利用Quantum系列PLC对MODBUS协议的支持，即触摸屏、上位机与以太网交换机相连，通过以太网与PLC进行通讯；也可以通过PLC主站和ECU控制站上MODBUSPLUS口构成MODBUSPLUS网络，实现PLC主站与ECU现场控制站通讯。
　　MODBUSPLUS网络结构图如图2所示。
　　图2MODBUSPLUS网络结构
　　图1宁东水厂系统结构图
　　3系统控制功能的实现
　　3.1进水泵房PLC站
　　检测进厂水管的流量、流量脉冲、流量计故障、进水泵后总管的压力、进水泵出口管的压力、吸水井的液位等信号。根据吸水井的液位控制进水泵的运行，调节进水泵电机的运行频率。累计1#进厂水管总流量。排水调节池的潜污泵由电气设备自成系统，低水位停泵，高水位启泵。采集潜污泵的自动、运行、故障以及排水调节池的高、低液位信号。在排水调节池非低水位的状态下，周期性启停搅拌机，采集搅拌机的自动、运行、故障等信号。
　　3.2加药加氯PLC站
　　碱铝投加的控制过程为：检测四组絮凝沉淀池的进水流量；通过进厂水流量、浊度、温度、沉淀池的出水浊度控制碱铝溶液投加泵运行的频率、冲程，碱铝溶液投加于沉淀池的进水端。检测碱铝投加泵的自动、运行、故障、工作频率、工作冲程等信号。碱铝溶液池的出液电动阀与碱铝溶液池的液位相关；碱铝溶液池共有三格，通过电动阀和液位相互切换运行。当溶液池液位大于设定值时打开出液电动阀，给投加泵供药；当溶液池的液位小于设定值时，溶液池进入溶液配制过程。检测出液电动阀的自动、全开、全关等运行状态。检测碱铝溶液投加管路上的流量计的瞬时流量、流量脉冲、流量计故障，累计总加药量。碱铝溶液的配制过程为：检测碱铝储液池、碱铝溶液池的液位、碱铝提升泵的自动、运行、故障等、根据液位控制碱铝提升泵的运行。当溶液池的液位达到设定值时，停碱铝提升泵，打开电磁阀进水稀释，同时打开搅拌机搅拌。当溶液池的液位达到设定值时，关闭进水电磁阀、搅拌机，溶液池进入使用阶段。当液位处于使用阶段时，搅拌机周期性运行，以确保溶液池的溶液均匀。
　　利用电子秤对氯瓶进行秤量，并设低限报警开关，实现自动压力切换，保证不间断供氯；监视蒸发器的自动、运行、故障，压力接点的闭合，监视压力切换器氯气管路电动球阀的自动、全开、全关等状态，并采集漏氯报警器的报警、漏氯量，加氯机的自动、运行、故障状态以及加氯机的加氯量等状态和参数。根据加氯机的运行状态，控制水射枪的运行，检测水射枪的自动、运行、故障、继电器启停、继电器故障等状态信号。根据进厂水流量信号，比例控制前加氯机的运行，前加氯投加于总进水管道。根据滤后水余氯信号、出厂水的流量以及工艺要求，控制补氯加氯机的运行，补氯投加于总出厂水管道。利用流量和余氯信号对后加氯机形成闭环控制，按照复合环方式控制后加氯机加氯，后加氯投加于滤池出水处。
　　3.3V型滤池PLC站
　　滤池共两座，每座8格。在每单格滤池上设有1个远程控制单元，控制滤池上的电动阀门。单格滤池控制单元根据滤池的出水浊度、时间周期、滤池液位控制滤池的电动进水闸板、电动排水闸板、电动反冲洗气阀、电动反冲洗水阀、电动初滤排水阀、电动放气阀、电动出水调节阀的开关完成滤池的过滤过程和反冲洗过程两个阶段。检测每格滤池液位、以及滤池的运行状态、阀门的全开、全关状态。单格滤池上电后，打开进水闸门，关闭其他所有阀门滤池开始进水；当滤池的液位达到设定液位时，打开初滤排水阀排水；当排水浊度达到出水水质要求时关闭初滤排水阀，逐步打开出水调节阀，滤池进入过滤阶段。单格滤池控制单元根据滤池水位，通过PLC程序的PID指令，调节滤池出水阀的开度以保证滤池恒水位恒速过滤。当滤池运行一段时间后，单格滤池将发出申请冲洗的要求，在允许冲洗后，滤池进入冲洗阶段。冲洗过程结束后，滤池再次进入过滤阶段。
　　滤池汽水反冲洗阶段由每格滤池控制单元和沉淀池及滤池控制站联合完成。滤池要进行反冲洗，一般满足以下条件之一：滤池的出水浊度达到设定值（可调）、过滤周期达到设定值（时间可任意设定）；根据需要由人强制启动。当申请冲洗被允许后，该格滤池进入反冲洗阶段。单格滤池进入冲洗阶段后，关闭电动进水闸板，等待液位下降到设定的液位后，关闭出水调节阀，打开启动排水闸板排水。当液位下降到冲洗液位后，打开电动反冲洗气阀，滤池进入气冲过程。气冲一段时间后，打开电动反冲洗水阀，滤池进入汽水混合冲洗阶段。混合冲洗一段时间后，关闭反冲洗气阀，进入水漂洗阶段。漂洗一段时间后，关闭反冲洗水阀，打开电动放气阀排气。等待一段时间后，排气结束、滤沙沉淀、冲洗水排完后，关闭排水闸板，打开进水闸板。滤池进入过滤阶段。滤站反冲洗流程如图3所示。
　　3.4送水泵房PLC站
　　主泵的控制可由运营人员通过就地箱控制外，也可通过触摸屏及上位机交给PLC进行自动控制，三种方式进行互锁。当运营人员发出启动命令后，PLC首先判断机组启动前的条件如保护装置、励磁装置、液压系统等是否满足要求。如果满足则执行开机流程，否则弹出相应的报警。当启动条件满足后PLC则按顺序打开冷却水、密封水电动阀，把叶片调节角度调整到最小，之后合机组断路器，当机组断路器合上后出水阀门联动打开。开机流程图如图2所示。
　　这里需要注意的是，每个设备的打开或运行都有时间的限制，即当在规定时间内如果没有全开或运行则要弹出相应的报警。特别是当断路器合上之后，出水阀门在5s内要开启，120s内要全开。否则就要进入紧急停机流程。开机流程把叶片调节角度最小引入流程中，即开机时把叶片角度调至最小。这就有效降低泵组在开机过程中主泵负荷及主泵运转之后对出水阀门的冲击，有效提高了主泵和阀门的使用寿命。主泵在开启及运行过程中如出现意外则自动进入紧急停机流程。这能使主泵运行更加安全，减少运营人员的工作压力，更好的体现了自动化控制的优势。开机流程图如图4所示。
　　图3滤站反冲洗流程
　　图4开机流程图
　　4结束语
　　宁东供水净配水工程控制系统的流程模式及系统架构，在同类项目中堪称典范。开发工具简单易用，透明协议支持第三方设备无缝集成，为项目顺利进行提供了有利条件。系统充分利用Quantum系列PLC自身的特点和优势，采用多种通讯手段与其它设备连接，从而大大节约了控制系统的集成成本。自2008年底投用以来，运行稳定，系统各项性能指标均达到设计要求。
　　【参考文献】
　　[1]廖常初可编程序控制器编程及应用机械工业出版2008
　　[2]王永华现代电气控制及PLC应用技术（第2版）北京航天航空大学出版社2008
　　[3]袁任光可编程控制器应用技术与实例华南理工大学出版社2007
　　[4]郑阿奇施耐德PLC应用技术北京电子工业出版社2011
　　[5]储云峰施耐德电气可编程控制器原理及应用北京机械工业出版社2007

《Quantum PLC在宁东净配水厂控制中的应用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： Quantum PLC在宁东净配水厂控制中的应用

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-15819