摘要：金沙灣水廠是浙江省金華市重點工程，占地面積120畝，日供水能力30萬t，承擔金華市區及周邊鄉鎮的供水任務，是浙江省現代化水廠。水源取自沙畈、金蘭水庫，采用重力流取水，利用自然高差向城市管網供水。文章就通過施耐德的plc產品介紹它在水處理工藝中的應用。
　　
　　1、水廠工藝
　　
　　原水在加礬、加堿、加氯后經過管道混合器進入折板反應池，通過平流式沉淀池沉淀后進入V型濾池。濾池采用氣水反沖洗工藝，濾后水經加氯后進入清水池，出廠水經補氯后，自流進入市區供水管網。水處理工藝流程圖如圖1所示。　　　　
　　2、水廠自動化生產網絡結構
　　
　　金沙灣水廠的工業網絡有3層，*層由全廠7個PLC主站（施耐~-PremiumTSX57系列）及管理、控制電腦構成100M光纖以太網，該網絡防電磁干擾，輸入輸出光電隔離，能適應惡劣的工業環境；第二層由濾池公共站PLC與16個濾格PLC（施耐~TrsxMicro系列）組成FIPWAY主從網；第三層為Modbus網絡：取水PLC站與配電智能表、吸泥行車與控制計算機通過Modbus無線網通信（施耐德TsxMicro系列）。水廠網絡結構圖如圖2所示。　　　　
　　3、施耐德PLC的主要應用功能
　　
　　（1）PLC對工藝電氣設備的各種生產數據，如電流、水位、壓力、流量、濁度、余氯、溫度等，完成實時采集和記錄，并通過100M光纖以太網，實時傳輸給監控計算機。
　　
　　（2）PLC通過輸入和輸出信號，按照設計好的程序自動完成各種設備的開啟或關閉控制。
　　
　　（3）PLC根據設備運行實況，分析和綜合判斷出各種電氣設備是否會發生故障，并能進行預報警、故障報
　　
　　警及故障保護。
　　
　　（4）PLC對水質在線檢測儀表數據進行實時采集，顯示并進行分析和判斷，做出各種預報警和故障報警。
　　
　　4、關鍵PLC站點及自動化程序設計
　　
　　工藝總圖如圖3所示。　　　　
　　設備運行大體分為手動控制和遙控控制2種方式，遙控控制即為中控電腦控制，又分為自動控制和中控控制。
　　
　　4.1取水泵房PLC站
　　
　　PLC控制2只重力流調流閥、4套水泵機組及其配套的電動進水閥門、電動出水閥門的運行、監測、故障保護。取水泵管中標高為103m，2根自流管中標高為110m，自流極限為115．30m，設計庫水水位達到118m以上時，利用進水重力流取水，當庫水水位低于118m時，采用取水泵動力取水。
　　
　　自動控制方式下實現重力流調流閥清水池恒水位控制，程序設計如下：在一個檢測周期內（6—20min可調），當清水池水位小于清水池設定水位10cm且水位呈下降趨勢，進水調流閥開度增大，調流閥調節幅度根據
　　
　　清水池水位與清水池設定水位之差、水位下降率、出廠水流量綜合數學計算；同理，當清水池水位大于清水池設定水位10cm且水位呈上升趨勢，進水調流閥開度減小；當清水池水位在清水池設定水位±10cm之間，調流閥不動作保持恒水位。
　　
　　自動控制方式下實現取水泵清水池水位控制（1臺泵運行流量基本上等于出廠水zui小流量，2臺泵運行流量大于出廠水zui大流量），程序設計如下：當清水池水位小于清水池設定水位80cm時，2臺泵運行，當清水池水位大于清水池設定水位80cm時，1臺泵運行。按啟停次數智能化輪換選擇運行（4臺取水泵）。
　　
　　4.2加藥問PLC站
　　
　　通過PLC完成礬（堿）池自動切換、自動配礬（堿）等功能，并采集原水流量、濁度、PH值、溫度、反應池PH值等參數進行綜合數學計算控制礬（堿）投加量。程序設計主要采用2種方式：利用PremiumPLC的PID運算功能與反應池現場PH儀表反饋值并結合流量進行分段（主要參數：比例、積分、周期）實現復合環控制（堿），使反應池pH穩定在設定值（可調）；根據原水流量，按照設定系數（可調）實現流量比例運算控制（礬，堿）。
　　
　　4.3反應池排泥系統
　　
　　一期、二期反應池排泥電動球閥各60只，分為4組，每組15只。
　　
　　PLC控制下的排泥流程：1、2號排泥閥排泥一3、4號排泥閥排泥一5、6號排泥閥排泥一7、8號排泥閥排泥一9、10號排泥閥排泥一11、12號排泥閥排泥一13、14號排泥閥排泥一15號排泥閥排泥一完成。程序設計主要采用PLC步進指令順序控制。
　　
　　4.4加氯系統PLC
　　
　　加氯問PLC負責加氯設備的自動控制以及漏氯中和裝置和風機的運轉，并實現氣源切換和漏氯報警以及過程的監測和自動控制。在這里加氯量控制程序設計采用PID運算功能并不適合，原因為：加氯機與投加點距離長，系大滯后控制系統（濾后水反應周期為5—9min，出廠水反應時間為13—18min），溫度影響反應時間幅度大，且加氯機開度電機不宜長期頻繁動作，如采用Premium的常規PID控制，參數很難調整，不僅穩定性差，而且加氯機開度電機動作頻繁。現主要采用經驗值結合流量比例控制，在每個判斷周期內通過現場余氯反饋值綜合計算控制加氯量，加氯機開度電機zui多也是單反應周期動作一次（余氯在設定值的±0．1×10-6之間不動作），控制速度快，穩定性好。
　　
　　4.5濾池公共站PLC
　　
　　濾池閥門全部采用氣動閥，反應快，可長期頻繁動作，故障率小。濾池程序的設計是極其關鍵的，對出廠水質的影響至關重要。濾池沖洗，通過主PLC與濾池PLC協調工作來完成，一般情況氣水反沖洗控制包括2部分：
　　
　　（1）*部分為公共反沖洗設備控制，由公用PLC和濾池PLC子站配合實現設備的順序啟停控制，依每格濾池子PLC上送的“請求沖洗”申請的次序，組成一隊列，并按次序啟動各格濾池子PLC共同自動完成反沖洗過程。當有多個濾池同時發出“沖洗”請求時，公用PLC采用FIFO堆棧原則，即*先出原則進行排隊沖洗（FIFO1處理人工請求，FIFO2處理自動請求，FIFO1優先于FIFO2）。
　　
　　（2）第二部分為氣水反沖自動程序控制。當某個格濾池滿足反沖洗條件時，即進入自動反沖洗程序：關閉進水閘板閥，待濾池水位下降到一定值時關閉清水出水閥，開排水閥，關排氣閥，開氣沖閥，起動2臺鼓風機，進行氣沖；約y分鐘后停一臺鼓風機，打開水沖洗閥，起動一臺反沖洗泵，進行氣水混合沖洗；約z分鐘后停鼓風機，關氣沖閥，開排氣閥，起動第二臺反沖洗泵，進行水沖洗；約Ⅳ分鐘后停反沖洗泵，關閉水沖洗閥，關閉排水閥，開進水閘板閥開完成反沖洗過程。
　　
　　待濾池水位上升至一定值時開清水出水閥，濾池進入正常過濾階段。整個沖洗過程主要采用PLC移位指令程序配合一定的數學計算來實現。
　　
　　濾池正常過濾為恒水控制；PLC采集濾格水位，并與設定的控制水位相比較，得出差值進行相應的PID運算后去控制清水蝶閥的開度，來調節濾格的出水量，使得濾池水位保持在設定值。設定水位為1．1Om，上下偏差為0．05m，濾池在啟動時，恒水水位控制軟件自動投入運行。
　　
　　4.6沉淀池行車排泥系統
　　
　　行車行進速度大約為每分鐘lm，沉淀池長約105m，全程排泥累計時問約105min。
　　
　　吸泥行車自動控制PLC程序設計流程（采用Modbus無線網通信）：
　　
　　A一等待排泥時間一*階段前程排泥（排泥時間為設定時間X1）一前排時間到一空車返回一后退到位一停留等待一等待時間到一第二階段前程排泥（排泥時間為設定時間×2）一前排時間到一空車返回一后退到位一停留等待一等待時間到一全程排泥一前進到位一空車返回一后退到位一A。
　　
　　程序同濾格反沖洗一樣，主要采用PLC移位指令程序，如圖4所示。　　　　
　　5、人機界面
　　
　　計算機監控軟件使用美國W0ndeware公司的Intouch軟件作為開發平臺，顯示全廠和各工藝單元流程圖，通：t~MBENET訪問以太網PLC，通信速度及人機界面刷新反應快，主要實現下列功能：
　　
　　（1）動態數據顯示：動態顯示各種模擬信號、開關信號、各類累計量信號數值和范圍清單。
　　
　　（2）趨勢曲線：顯示各主要工藝參數變化曲線，各種模擬量的歷史曲線、即時曲線圖。
　　
　　（3）報表打印：即時報表、日報表、月報表、年報表。
　　
　　（4）控制調節功能：在動態流程圖和參數設置上能進行各種被控工藝參數設定值的調整及運行設備的控制。
　　
　　（5）報警功能：故障發生時中控室及相應PLC發出聲響報警，控制軟件跳出故障報警，顯示故障現象。
　　
　　（6）數據庫管理功能：為提高數據的安全可靠性，采用了微軟公司的SQLserver2005數據庫，根據生產需求和數據類型分別建立了模擬量數據表，累積量數據表，配電數據表等，并進行相關代碼的編寫，增加了自動備份功能，提高了生產數據的安全性。
　　
　　6、自控工程系統特點
　　
　　（1）技術*。現代化的水廠要求與時俱進，自動化控制系統無論是從使用的現場總線、通信網絡、PLC、組態軟件，還是從自動化控制技術來講，都具有*水平。
　　
　　（2）穩定可靠。選用的自動化產品絕大部分來自國外品牌，建立的自動化控制平臺，經過嚴格的測試，可以保證系統穩定可靠地運行。
　　
　　（3）自動化程度高，使用簡單。對于全廠的控制中心——中控室上位機界面，采用全中文的設計界面，下位機采用Premium系列PLC作為主要的控制器，該系列PLC是施耐德公司近年主推的中檔PLC產品。
　　
　　（4）安全性。自動化控制采用全面的設備保護體系，包括潛水泵的保護、自控平臺的信號及電源防雷保護、出水水質異常保護、各類報警系統等，以防止因為某些意外或操作員的疏忽而發生事故。
　　
　　（5）擴展性和兼容性。本系統具有很強的兼容性，為了保證在今后的擴建和改造時滿足控制要求，在設計時充分考慮了系統的擴展能力，在滿足現有功能要求的基礎上，為今后系統的擴展和互連提供了充足的接口。
　　
　　7、總結
　　
　　施耐德電氣PremiumPLC系統運行穩定，采集數據準確快捷，控制的重要設備運行安全，現場安裝方便，程序編寫智能簡便，系統投運后自動化智能化程度高，工作人員維護量小。