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        淺談江北水廠的自控系統(tǒng)

        2014-02-10 07:02:02馬東俊
        機電工程技術(shù) 2014年7期
        關(guān)鍵詞:水閥濾池水廠

        馬東俊

        (惠州市自來水總公司,廣東惠州 516003)

        淺談江北水廠的自控系統(tǒng)

        馬東俊

        (惠州市自來水總公司,廣東惠州 516003)

        淺談惠州市自來水總公司江北水廠一、二期自動化控制系統(tǒng)的架構(gòu)、設(shè)計思路,深入簡出的總結(jié)了一期生產(chǎn)運行過程中的生產(chǎn)經(jīng)驗,在二期工藝以及自控方面的優(yōu)化和實際運用中遇到的問題及解決方法。

        自控系統(tǒng);組態(tài)軟件;MELSECNET/H雙環(huán)網(wǎng)

        0 前言

        惠州市江北水廠占地面積18萬平方米,廠區(qū)位于江北云山27號小區(qū),吸水口設(shè)在汝湖蝦村東江邊,設(shè)施規(guī)模日供水能力為60萬m3,計劃平均分三期進(jìn)行。首期工程1999年9月竣工投產(chǎn),為了更有力的支持城市的經(jīng)濟建設(shè),二期工程應(yīng)運而生。公司技術(shù)人員在一期運行過程中累計了不少寶貴經(jīng)驗,都投入到二期工程中去,在一年多的建設(shè)時間里,工程建設(shè)者克服了種種困難,二期供水于2008年4月順利竣工投產(chǎn),本文淺談水廠一、二期自控系統(tǒng)的設(shè)計思路及實際運用中遇到的問題及解決方法。

        1 設(shè)計思路和實際解決方法

        兩期工程凈水工藝均為網(wǎng)格反應(yīng)+平流沉淀+ V型濾池,吸水泵房與供水泵房共用,二期工程增添了三期共用的配水井和供水泵房PLC站。在工藝方面:由于一期反應(yīng)池的反應(yīng)時間過短,混凝效果有待改進(jìn)。在二期工藝上把反應(yīng)池加長加深30%(一期池深4.5米,池長18.15米,反應(yīng)時間延長約一倍),達(dá)到延長反應(yīng)時間的目的,沉淀池的沉淀效果有明顯提高;一期濾池站因為沒有做手動控制柜,為檢修工作帶來非常不便,二期籌建時投入資金設(shè)計了全部閥門的手動控制柜,在電腦操作畫面也增加了全部閥門的手動控制;為了反沖效果好,進(jìn)水閥選型時采用調(diào)節(jié)型進(jìn)水閥。在籌備過程中認(rèn)為:PLC設(shè)備選型要和現(xiàn)有組態(tài)軟件SCADA系統(tǒng)相結(jié)合[4],組態(tài)軟件全稱組態(tài)監(jiān)控專用軟件,英文簡稱分別為HMI/SCADA也就 是 Human and Machine Interface/Supervisory Control and Data Acquisition,人機界面/監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。目前水廠SCADA系統(tǒng)應(yīng)用較多的是PC(工控機)+PLC模式,僅就控制功能而言,PLC具有嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易安裝、易編程、可靠性高的技術(shù)產(chǎn)品,但各廠家各型號的PLC都是一個系列化產(chǎn)品的系統(tǒng)平臺,都有自己封閉的網(wǎng)絡(luò)和通訊協(xié)議,不同廠家的PLC一般不能通訊,必須借助第三方協(xié)議才能實現(xiàn),為避免生產(chǎn)運行階段的設(shè)備互聯(lián)問題,最好選用同一廠家產(chǎn)品。在硬件設(shè)備方面:一期自控系統(tǒng)架構(gòu)是三菱A系列PLC、組態(tài)軟件GE FANUC FIX7.0、工控機、PLC網(wǎng)絡(luò)為MELSECNET/10同軸電纜。因此,二期自控系統(tǒng)相應(yīng)采用了三菱Q系列PLC、組態(tài)軟件GE FANUC IFIX4.0、工控機、PLC網(wǎng)絡(luò)為MELSEC?NET/H光纖。兩期凈水系統(tǒng)采用微機自控系統(tǒng)、兼有現(xiàn)場手動和微機手動操作,采用PLC+PC(工控機)的控制方式,具有實時多任務(wù)集散型網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理能力強、能對生產(chǎn)過程進(jìn)行實時監(jiān)控、冗余設(shè)計、系統(tǒng)穩(wěn)定性好、可靠性高,模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有擴展靈活、組網(wǎng)強大等特點。

        MELSECNET/H網(wǎng),光纖雙環(huán),25M高速通訊,光纖網(wǎng)絡(luò)具有信號損失小、傳輸距離遠(yuǎn)、安全性好、不受雷電及不受電磁干擾等影響。PLC光纖網(wǎng)絡(luò)是一種主、副環(huán)冗余的雙環(huán)網(wǎng),確保了網(wǎng)絡(luò)通訊的安全性。為了讓一期全部PLC并入二期光纖網(wǎng),一期PLC同軸電纜均換為光纖并更換相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)模塊,將一期原主站,作為一個子站和其他子站通過光纖模塊全部互聯(lián)組成MELSEC? NET/H網(wǎng),因為是同一廠家產(chǎn)品,只需在主站上通過GPPW軟件設(shè)置每個站的相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)即可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享資源。經(jīng)過整合,水廠的自控網(wǎng)絡(luò)框架如圖1所示。

        按生產(chǎn)工藝,共有10個PLC站,所有PLC按功能分為主站、反沖站、濾池站、投加站、排泥站和供水泵房站。

        主站:是自控系統(tǒng)的核心,通過網(wǎng)絡(luò)共享資源,讀取全廠儀表、設(shè)備運行信號經(jīng)過MMI人機界面就可以監(jiān)控整個水廠,主站配有以太網(wǎng)模塊,采用星型工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),通過RJ45接口聯(lián)接網(wǎng)線至交換機,兩臺工作站電腦網(wǎng)絡(luò)接口連至交換機,實現(xiàn)通訊、雙機熱備、冗余設(shè)計,再經(jīng)過IFIX平臺編程就可以實現(xiàn)MMI,實現(xiàn)對生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的實時監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)存儲分析、報表報警打印、運傳數(shù)據(jù)、聲光報警等功能。

        圖1 水廠的自控網(wǎng)絡(luò)框架

        投加站:對投礬、投氯實現(xiàn)自動控制。PLC通過對水質(zhì)儀表的采集,將部分參數(shù),例如源水流量、濾后水余氯、SCD值等等,進(jìn)行過程控制,以實現(xiàn)對投礬、投氯的自動投藥??刂七^程:通過采集源水流量和SCD信號構(gòu)成復(fù)合環(huán)控制。源水流量以(4~20 mA)比例信號控制計量泵頻率,SCD儀表通過PID運算出SCD反饋值(4~20 mA)控制計量泵伺服馬達(dá)控制器,控制計量泵的沖程,兩者組成的復(fù)合環(huán)最終控制計量泵以實現(xiàn)自動投藥。如圖2所示。

        圖2 投礬控制示意圖

        投氯:分為前加氯和后加氯;

        前加氯:采集實時源水流量(4~20 mA)信號比例投加控制方式;

        后加氯:采用以源水流量為前饋,濾后水余氯作反饋的復(fù)合環(huán)控制方式,再通過PID運算調(diào)節(jié)控制加氯量。

        投氯控制示意圖如圖3所示。

        圖3 投氯控制示意圖

        排泥站:監(jiān)控排泥車(共8臺)、排泥閥、配水井設(shè)備,控制方式分為按周期自動運行、遠(yuǎn)程微機手動控制和現(xiàn)場手動控制三種方式。

        排泥車自動控制采用單程排泥及智能化變速方式,可顯著減少排泥水量,起到節(jié)水、節(jié)能的作用,同時相應(yīng)減少反應(yīng)沉淀池等的基建和運行費用。

        反沖站:與濾池站緊密結(jié)合,監(jiān)控反沖水泵與風(fēng)機。

        反沖條件:(1)當(dāng)濾池的堵塞度達(dá)到設(shè)定值;(2)過濾周期達(dá)到設(shè)定值;(3)人為強行啟動。

        反沖過程分為:氣沖、氣水沖、水沖三個階段。

        單格濾池反沖過程:關(guān)閉進(jìn)水閥,等待液位下降到設(shè)定的液位后,關(guān)閉濾閥,關(guān)放氣閥,打開排水閥排水。當(dāng)液位下降到?jīng)_洗液位后,打開設(shè)定的進(jìn)水閥(閥度為20),進(jìn)入少量掃洗水;排水時間后,向風(fēng)機房發(fā)氣源命令,依次開兩臺風(fēng)機,稍延時后打開濾池反沖氣閥。氣沖時間后,向反沖水泵房發(fā)出水源命令,關(guān)閉一臺風(fēng)機,水泵開動稍延時打開濾池反沖水閥,氣、水沖時間。氣水沖時間后,關(guān)反沖氣閥,關(guān)風(fēng)機,開放氣閥,同時發(fā)命令開第二臺水泵,經(jīng)水沖時間后,關(guān)反沖水閥,關(guān)水泵,打開初濾閥30秒后關(guān)排水閥,最后全開進(jìn)水閥。濾池水位升至某一值時打開濾閥,反沖結(jié)束。濾池進(jìn)入過濾階段。在反沖洗過程中,任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障,將立即中止反沖。

        濾池站:備有柜面按鈕手動和微機手動操作功能,方便檢修及操作。

        濾池站在功能方面分為兩大部分:

        (1)與反沖站相結(jié)合,進(jìn)行反沖;

        (2)PID恒水位控制濾水。

        V型濾池是恒水位等速過濾能保持濾層孔隙內(nèi)水流流速基本恒定或緩慢增減,是保證濾后水水質(zhì)的最好辦法。閥門可根據(jù)池內(nèi)水位的高低自動調(diào)節(jié)開啟程度,以保證池內(nèi)水位恒定。我廠采用智能比例調(diào)節(jié)閥,對濾池水位進(jìn)行閉環(huán)控制。濾池恒水位控制原理如下:

        電子水位感應(yīng)器→PLC→比例調(diào)節(jié)閥→濾閥開度。

        當(dāng)濾池水位發(fā)生變化時,水位壓力變送器即發(fā)出信號送到PLC系統(tǒng),經(jīng)過PLC內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換,PID運算,D/A轉(zhuǎn)換,將結(jié)果送入比例調(diào)節(jié)閥,驅(qū)動調(diào)節(jié)濾閥開度,使濾池水位保持恒水位不變,從而使濾速保持不變。

        供水泵房站:采集出廠水儀表數(shù)據(jù)以及采集每臺水泵開關(guān)機信號及水泵(電機前后端、繞組、水箱、液壓、前后軸承)溫度,當(dāng)溫度超過設(shè)定值聲光報警提醒值班人員。

        2 效果

        每個自動控制的設(shè)備都備有現(xiàn)場手動操作,實用性、直觀性大大增強。江北水廠投產(chǎn)13年(二期供水4年),供水量8億多噸,供水水質(zhì)各項指標(biāo)如渾濁度、pH值游離余氯等綜合合格率達(dá)99.5%以上,優(yōu)于國家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn),設(shè)備自動控制的方便性,直觀性,帶來生產(chǎn)效率的大副提高,礬耗、氯耗相應(yīng)減少,生產(chǎn)成本也因而下降。

        3 結(jié)束語

        自控行業(yè)的發(fā)展,促進(jìn)了水廠自控系統(tǒng)的進(jìn)步,江北水廠一、二期供水歷程見證了這一發(fā)展結(jié)果,在二期自控系統(tǒng)工程設(shè)計、運行過程中,無論是硬件還是軟件,公司技術(shù)人員在一期供水過程中累計的工作經(jīng)驗上,以人為本、節(jié)能降耗為工作指導(dǎo),對水廠的自控系統(tǒng)的優(yōu)化起到不可忽視的作用。

        [1]INTELLUTION DYNAMICS iFIX培訓(xùn)手冊[Z].Intel?lution,2003.

        [2]劉建.水廠泵站遠(yuǎn)程實時控制系統(tǒng)改造[J].機電工程技術(shù),2013(7):57-59.

        [3]羅俏,李志梅.水廠在線振動監(jiān)測與分析系統(tǒng)的應(yīng)用[J].機電工程技術(shù),2012(11):45-48.

        [4]MELSEC-Q系列大全[Z].三菱電機自動化(上海)有限公司,2004.

        (編輯:向 飛)

        圖9 薄板折邊零件的防粘連設(shè)計

        4 結(jié)束語

        彈夾式上料系統(tǒng),其儲料箱就猶如槍支中的子彈夾一樣,裝料方便,上料容易,供料可靠,搬運快捷,減少重復(fù)勞動,占用空間小,成本低廉,便于通用化和規(guī)范化,可配套于各種型式的自動裝配機、自動絲印機、零件加工機,相對于人工上料、可提高生產(chǎn)效率二倍以上,減少人工一倍以上,在自動化生產(chǎn)和裝配中,具有非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。

        參考文獻(xiàn):

        [1]壽軍波.鋼卷上料自動控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].機電工程,2013(1):81-84,115.

        第一作者簡介:黃發(fā)喜,男,1957年生,陜西商洛人,大學(xué)本科,高級工程師。研究領(lǐng)域:廚房家電多士爐的新結(jié)構(gòu)及全自動操作;自動化制造、裝配的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及設(shè)備。已發(fā)表論文8篇。

        (編輯:向 飛)

        The Automatic Control System in Jiangbei Water Plant

        MA Dong-jun
        (Huizhou City Water Corporation,Huizhou516003,China)

        Jiangbei Waterworks in one or two stage automation control system of Huizhou City Water Corporation of the architecture, design idea,depth summarizes the production process in a stage production experience,ask questions encountered in the two period and the optimization of process and control aspects and the practical application of solutions.

        automatic control system;configuration software;MELSECNET/H loop network

        TP273

        A

        1009-9492(2014)07-0137-04

        10.3969/j.issn.1009-9492.2014.07.040

        馬東俊,女,1979年生,河南南陽人,大學(xué)本科,工程師。研究領(lǐng)域:水廠自動化系統(tǒng)的安全和研究。

        2014-05-04

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