1  引言
   
自來水凈化廠是城市自來水供水前端的重要環(huán)節(jié)，對整個(gè)水源進(jìn)行凈化過程的全自動(dòng)監(jiān)控是一個(gè)較大的自動(dòng)控制工程，包括對原水加混凝劑反應(yīng)、沉淀池沉淀、v型濾池過濾、加氯氣消毒等工藝過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。
   
v型濾池由于其出水水質(zhì)好、濾速高、運(yùn)行周期長、反沖洗效果好、節(jié)能和清晰的工藝流程等特點(diǎn)，已在我國較多的凈水廠得到應(yīng)用。本文所針對的對象是合肥供水集團(tuán)某水廠10組v型濾池反沖洗過程中的控制流程和系統(tǒng)的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，著重解決反沖洗控制過程的流程算法。
   
目前很多行業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框架是dcs模式下某底層結(jié)點(diǎn)的集中采集和傳統(tǒng)電流傳遞模式，這種模式電纜敷設(shè)的工作量很大，并且由于測控單元出現(xiàn)故障而導(dǎo)致的一個(gè)節(jié)點(diǎn)的整體數(shù)據(jù)紊亂，進(jìn)而增加整個(gè)系統(tǒng)的控制風(fēng)險(xiǎn)。本文在傳統(tǒng)dcs模式下，引入上層互聯(lián)網(wǎng)、廠內(nèi)局域網(wǎng)、操作站與現(xiàn)場測控單元的485網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場測控設(shè)備的現(xiàn)場總線模式。同時(shí)對底層對象在此細(xì)化，對v型濾池進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。采用10套微型plc對10個(gè)v型濾池進(jìn)行控制，增設(shè)1套小型plc作為反沖洗公共控制單元對10格v型濾池的反沖洗進(jìn)行流程管理。

v型濾池的反沖洗過程的流程控制較為復(fù)雜，所有的i/o設(shè)備都參與了控制過程。根據(jù)實(shí)際工藝過程和性能要求，各微型plc的運(yùn)行流程都具有規(guī)律性，所有的設(shè)備運(yùn)行都必須按照v型濾池的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)和工藝設(shè)置的流程而作出相應(yīng)的控制操作。

2  系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)及plc控制單元設(shè)計(jì)
   
城市供水是現(xiàn)代化城市建設(shè)的主要基礎(chǔ)設(shè)施之一，水質(zhì)的優(yōu)劣又投射出現(xiàn)代化建設(shè)的質(zhì)量；自來水源的穩(wěn)定供給同時(shí)要求生產(chǎn)設(shè)備的高度可靠性。將控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)備在此“分散”化顯得極有必要，使設(shè)備故障而產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)再次減小。根據(jù)i/o設(shè)備點(diǎn)的分布，構(gòu)成了包含互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)、485網(wǎng)和現(xiàn)場總線的多層網(wǎng)絡(luò)框架設(shè)計(jì)；而針對v型濾池等各個(gè)子站，選取10套微型plc分別作為單組濾池的控制單元，選取1套小型plc作為公共控制單元，通過適當(dāng)?shù)耐ㄓ嵾m配器，將上述控制單元組網(wǎng)。底層多plc模式的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如附圖所示。

  
單組濾池的控制單元根據(jù)可控設(shè)備和工藝要求，選用具有兩塊式組合設(shè)計(jì)方式的rockwell公司的micrologix1500系列控制器，構(gòu)成24點(diǎn)i/o控制器單元，再配置16點(diǎn)di模塊、4點(diǎn)ai和2點(diǎn)ao混合模塊，完成v型濾池運(yùn)行參數(shù)的采集和對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。
   
公共控制單元采用了rockwell公司的slc500系列控制器，包括小型框架式可編程邏輯控制器、能接入整個(gè)廠區(qū)光纖環(huán)網(wǎng)的以太網(wǎng)通訊接口、3塊8點(diǎn)ai模塊、2塊4點(diǎn)ao�？�、3塊16點(diǎn)di模塊和2塊16點(diǎn)do模塊，完成公共控制單元設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的采集和對反沖洗公共設(shè)備進(jìn)行控制。
   
micrologix1500系列控制器和slc500系列控制器之間可以有多種組網(wǎng)方式，對于10組v型濾池的信號(hào)連接提供了及其便利的模式，同時(shí)兩類控制器還可以支持ethernet/ip的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線devicenet網(wǎng)絡(luò)以及dh-485網(wǎng)絡(luò)等，非常適合本工程的需求，鑒于本系統(tǒng)的基建范圍在一個(gè)不大的區(qū)域，選取dh-485網(wǎng)絡(luò)作為性價(jià)比較高的方案。
   
dh-485網(wǎng)絡(luò)一般設(shè)計(jì)用于傳遞車間級(jí)各種設(shè)備之間的信息，該網(wǎng)絡(luò)可以監(jiān)控過程參數(shù)、設(shè)計(jì)參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)和應(yīng)用程序，以支持?jǐn)?shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控、程序上載/下載和監(jiān)測控制。在dh-485網(wǎng)絡(luò)中，使用專用的接口轉(zhuǎn)換模塊將所有的控制單元連接起來。

3  系統(tǒng)控制流程算法設(shè)計(jì)
   
反沖洗流程是v型濾池工藝運(yùn)行的重要組成部分，控制流程算法設(shè)計(jì)的合理和科學(xué)，直接影響到v型濾池的良好運(yùn)行狀態(tài)，更進(jìn)一步將直接影響到v型濾池的運(yùn)行效率及使用壽命。因此根據(jù)工藝要求和實(shí)際運(yùn)行工況，反沖洗流程按照工藝以順序控制為主干，設(shè)計(jì)了九個(gè)步驟，包括了每一個(gè)閥門的開啟和關(guān)閉、等待和到位、閥門和設(shè)備的連鎖和保護(hù)、配套設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視等，結(jié)合水質(zhì)和過濾效果，調(diào)節(jié)氣沖時(shí)間、氣水沖時(shí)間和累積時(shí)間。表1為反沖洗流程部分設(shè)備動(dòng)作真值表。
   
由plc完成反沖洗流程，其核心內(nèi)容主要是給出一個(gè)反沖洗步進(jìn)變量，該變量為數(shù)字量，通過反沖洗進(jìn)行的階段特征以及公共控制單元發(fā)出的指令來控制步進(jìn)信號(hào)在需要的時(shí)候輸出一個(gè)上升沿，以驅(qū)動(dòng)順序輸出指令按照順序輸出文件設(shè)定的位來控制相應(yīng)的閥門動(dòng)作，直至反沖洗過程結(jié)束。
   
在濾池進(jìn)行反沖洗時(shí)，每組濾池都需要和公共控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以保證反沖洗過程中單組濾池的執(zhí)行機(jī)構(gòu)與反沖洗公共設(shè)備之間的協(xié)調(diào)運(yùn)行，在dh-485網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，rslogix500提供了通訊(msg)指令用于數(shù)據(jù)交換。以4#濾池為例，在反沖洗流程中與公共控制單元建立了2張數(shù)據(jù)映射表。

   
公共控制單元反沖洗流程設(shè)計(jì)的核心是依據(jù)單組濾池控制單元與公共控制單元建立的2張數(shù)據(jù)映射表，單組濾池反沖洗及時(shí)地通過網(wǎng)絡(luò)將自身反沖洗階段完成信號(hào)向公共控制單元傳遞，公共控制單元?jiǎng)t根據(jù)這些信號(hào)向單組濾池發(fā)出反沖洗階段指令并控制反沖洗公共設(shè)備配合單組濾池的反沖洗流程。
4  運(yùn)行分析及結(jié)論
   
v型濾池是凈水廠工藝流程的重要環(huán)節(jié)，其反沖洗控制是一個(gè)相對較復(fù)雜并且非常連續(xù)的過程，除了軟件的編制以外，各硬件設(shè)備如閥門、電機(jī)等以及網(wǎng)絡(luò)通訊狀況都直接影響到反沖洗控制的穩(wěn)定性與連續(xù)性。
   
v型濾池的反沖洗控制系統(tǒng)在合肥供水集團(tuán)某水廠10組v型濾池反沖洗過程中已經(jīng)運(yùn)行了半年，即從去年下半年開始到現(xiàn)在，反沖洗次數(shù)已經(jīng)達(dá)到183次，控制失效3次。3次失效主要起源硬件故障，主要是10組濾池中有2組中的一個(gè)閥門到位開關(guān)信號(hào)線頭接觸不良而導(dǎo)致無此信號(hào)，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)停止反沖洗。因此系統(tǒng)在強(qiáng)化硬件可靠性后，進(jìn)一步加強(qiáng)對硬件系統(tǒng)的維護(hù)工作。
   
反沖洗控制流程算法在后續(xù)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)中，將考慮結(jié)合各類時(shí)間的調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)累積量作為硬件是否出現(xiàn)故障的輔助判據(jù)。

5  結(jié)束語
   
本文結(jié)合v型濾池反沖洗工藝流程，提出了多plc組網(wǎng)的方式，將具體的控制過程分散到各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上去，降低了系統(tǒng)的控制風(fēng)險(xiǎn)，提高了控制系統(tǒng)的管理功能；采用工藝順序控制流程算法解決了v型濾池在反沖洗過程中的復(fù)雜性，簡化了軟件處理流程，保證了v型濾池反沖洗控制的穩(wěn)定性。文中所探討的系統(tǒng)對供水行業(yè)水處理工藝流程的自動(dòng)控制有參考意義。

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