水厂预处理自动控制系统出现的安全问题和调试

来源：核心期刊咨询网时间：2018-03-20 15:2212

摘要：这篇水处理论文发表了水厂预处理自动控制系统出现的安全问题和调试，论文探讨了水厂预处理自动控制系统中的安全问题，对水厂预处理PLC自动控制的逻辑、调试问题及运行实践进行探讨，对PLC的应用进行探讨，并对调试中出现的问题进行分析。

　　这篇水处理论文发表了水厂预处理自动控制系统出现的安全问题和调试，论文探讨了水厂预处理自动控制系统中的安全问题，对水厂预处理PLC自动控制的逻辑、调试问题及运行实践进行探讨，对PLC的应用进行探讨，并对调试中出现的问题进行分析。

　　关键词：水处理论文投稿,水厂处理,双料过滤

　　1简介

　　水厂预处理自动控制系统使用了Allen-Bradley公司出产的PLC5/20(可编程逻辑控制器)，所有的逻辑和数据处理、控制信号均由控制间内的PLC进行管理。整个水厂预处理系统由PLC进行自动或半自动控制，通过HMI上提供的各种软操作，运行人员可以在控制室实现对整个系统的操作和监控。

　　水厂预处理系统通过混凝、澄清、过滤等生产工序，生产出满足生活饮用水标准的生活水并存储在3个生活水箱中。生活水在电厂中有两个主要用途：通过生活水分配系统向1、2号机组提供生产、设备冷却和厂区生活用水;为水厂除盐系统生产除盐水提供足量的生产水。

　　2澄清池和双料过滤器的控制逻辑

　　以预处理中澄清池和双料过滤器的控制逻辑为例，对本控制系统在逻辑上采用的安全措施进行一些介绍。

　　2.1澄清池在运行时逻辑上的安全控制

　　把所有影响澄清池运行的因素都作为输入信号，在梯形图逻辑中对这些信号进行处理，判断澄清池是否具备投运条件;对能够导致澄清池运行失效的信号进行监控，在这些出现前系统给出报警信息，提醒运行人员关注，如为了提前预知澄清池的耙泥机是否会发生故障，在梯形图逻辑中对耙泥机的扭矩进行监测，一旦出现高扭矩的情况控制系统在HMI发出警告提示;在澄清池运行期间，全程监控化学药品的投加、耙泥机、提升搅拌机的运行，一旦出现问题立即改变澄清池的运行状态。

　　2.2双料过滤器在运行时逻辑上的安全控制

　　和澄清池安全逻辑相似，双料过滤器的梯形图也提供了对投运条件的逻辑判断，控制系统会在HMI上给出相关的提示信息，如投运条件不满足，HMI上的部分功能会被屏蔽，运行人员无法进行操作。

　　2.3报警逻辑

　　在控制系统中有一整套完善的报警逻辑，它在每次扫描周期里都会收集生产过程中的异常信号，并和在上次扫描周期内收集的数据进行比较，判断系统是否存在新的报警信号，对于新出现的报警信号报警系统会有5min的声音提示。同时，在HMI给出相关信息。

　　由于在梯形图内编制了大量的安全逻辑，整个控制系统的可靠性大大提高，运行人员在控制间通过HMI能够全盘了解系统运行情况，及时掌握系统出现的各种报警，根据报警信息及时做出处理，这样又进一步保证了控制系统的可靠性。

　　3PLC内部梯形图子程序的结构

　　以3台双料过滤器的运行和反洗控制逻辑为例，对本控制系统PLC内部梯形图子程序的结构进行探讨。

　　梯形图子程序LAD28、LAD29、LAD30分别描述了1#双料过滤器、2#双料过滤器、3#双料过滤器的控制逻辑，而LAD31则描述了双料过滤器的反洗控制逻辑。这些子程序之间通过对PLC内部数据位或字节的读写来互相连锁，参与对方的逻辑控制。

　　正常运行时，水经过双料过滤器入口的流量调节阀(FCV)，进入双料过滤器，然后通过SEVO(出口阀门)到达生活水箱。当双料过滤器运行时间达到24h，控制系统会停止双料过滤器的运行并开始进入反洗程序。双料过滤器反洗的主要步骤有：“排水”“空气擦洗”“充水”“反洗”“沉淀”“正洗”。

　　为了实现上述控制过程，每个双料过滤器都有对应的梯形图子程序来实现自己的运行控制。考虑到3个双料过滤器的反洗过程完全相同，相关设备的控制已经在各自的梯形图子程序中完成。因此，3个压力过滤器的反洗单独作为一个控制子程序，每个压力过滤器在需要进行反洗时，通过自己运行状态的变化直接进入反洗控制。通过这种逻辑划分，提高了整个系统控制逻辑的执行速度，并且减少PLC内部存储单元的消耗。

　　1#双料过滤器所对应的子程序LAD28，从逻辑语句0000到0006，主要是PLC对1#双料过滤器监测信号的处理。如逻辑语句0000到0001，它为3台双料过滤器的进出口压差提供一个高压差报警逻辑，当现场的压差开关动作后，PLC会接收到一个高压差信号，此时PLC开始记时，一旦此信号存在时间超过30s，系统就会产生一个报警。而逻辑语句0002到0003为1#双料过滤器的流量提供监测处理，当PLC发现入口流量大于等于175m3/s或者小于等于50m3/s并且超过30s时，控制系统会给出流量报警。逻辑语句0004到0006，提供了对滤料捕捉器的压差和双料过滤器出口浊度的监测。

　　在子程序LAD28中，逻辑语句0008主要对双料过滤器是否具备投运条件进行逻辑判断。从逻辑语句0009到0014对双料过滤器的运行方式进行逻辑控制。从逻辑语句0015到0020对双料过滤器在运行中各种状态的确定和变换进行逻辑处理，并记录运行时间。逻辑语句0021到0024根据生活水箱液位和双料过滤器入口流量的控制关系，对双料过滤器不同状态下的入口调节阀进行逻辑运算。逻辑语句0025到0033，根据控制要求处理在每种运行状态下相关阀门的开/关。

　　4水厂预处理自动控制系统的调试及调试中出现的问题

　　1)PLC内部逻辑在编写时没有考虑到现场实际设备，导致现场设备的动作和控制要求不符。

　　在通常情况下，在图2(A)中会选用失电排气类型的电磁阀，既电磁阀控制回路带电后，仪表用压缩空气正常供给通断气动阀，此阀门全开;当电磁阀的控制回路失电后，通断气动阀会失去阀门的驱动压缩空气，此阀门全关。图2(B)中的阀门定位器根据传送来的电流信号，通过处理输出相对应压力的压缩空气，控制调节阀的开度。通常都是4mA对应调节阀的0%开度，20mA对应调节阀的100%开度。但是，在实际应用中，为满足某些特殊要求，图2(A)中会选用带电排气类型的电磁阀。当PLC的控制逻辑需要打开通断气动阀时，阀门相应的输出I/O模块通道在PLC内的文件地址会被赋值“1”，I/O模块通道此时相当于一对闭合接点，电磁阀的控制回路带电，通断气动阀失气关闭，这样控制意图和现场设备的实际动作正好相反。

　　2)控制系统在HMI上存在错误，导致运行人员得到错误的现场信息。

　　在HMI上显示的参数和报警以及设备状态和PLC内的数据文件存在着映射关系，PLC内这些被映射的数据文件一旦发生变化，在HMI上的相关显示内容也会跟着改变。这类问题在调试中相对来说是最好解决的，只要拥有组态软件的编辑权限，就能够直接对这些错误进行修改。

　　HMI上的所有显示信息都是以PLC内部的数据文件为依据的，如果在编写HMI的过程中发生错误，使得某个显示信息错误的映射到PLC内其它数据文件上，那么在运行中HMI上这个显示信息就会和现场实际情况不一致。在调试中需要对PLC内每个HMI上显示信息映射的数据文件进行测试，人为改变这些数据文件的值，确认HMI上显示信息能够正确反应PLC内这些数据文件的变化。或者在HMI上改变设备和系统的状态，在PLC内检查显示信息映射的数据文件能够发生正确变化。

　　先对梯形图子程序LAD28中的逻辑进行分析：

　　从逻辑语句0000到0006，对双料过滤器的各类运行参数进行监测，这些逻辑不直接参与双料过滤器的控制，它们属于控制系统的安全控制部分。而逻辑语句0007对双料过滤器的投运条件进行判断，这个逻辑不参与双料过滤器的控制，但是和HMI的提示信息连锁，能够在HMI给运行人员提供警告的作用。

　　逻辑语句0008主要对双料过滤器是否存在投运需求进行逻辑判断。逻辑语句0009判断控制系统目前使用的控制方式，是自动模式还是半自动模式。逻辑语句0010判断是否1#双料过滤器处于OFF，并对相应的内部数据N13：0/0进行赋值。逻辑语句0011和0014，确定了1#双料过滤器是处于“LEAD”还是“LAG”或者两者都不是，并通过对内部数据N13：0/8和N13：0/9的赋值参与系统的自动模式控制。

　　逻辑语句0015是对1#双料过滤器的运行状态进行控制的主要部分，它和逻辑语句0016、0017、0018、0019、0020共同完成1#双料过滤器的状态控制。当1#双料过滤器在备用状态时，如果不是自动控制模式，只要按下HMI的"SERVICE"按钮，就会进行运行状态;如果是自动控制模式，只要存在投运的要求并且处于“LEAD”或“LAG”时，1#双料过滤器也能自动进入运行状态。只要1#双料过滤器处于运行状态，一旦出现运行超时信号，并且另外两台双料过滤器不处于反洗或存在反洗要求时，1#双料过滤器就会出现反洗要求。此时，如果系统是自动控制模式，1#双料过滤器会自动进入反洗状态，并在反洗结束后变成备用状态;如果不是自动控制模式，运行人员在HMI上按下“反洗要求”按钮后，在HMI的反洗操作界面上按下“反洗开始”按钮，1#双料过滤器进入反洗状态，当反洗结束时1#双料过滤器进入备用状态。

　　逻辑语句0021主要是根据工艺要求，当生活水箱液位从95%～50%发生变化时，3台双料过滤器总流量从250m3/h～370m3/h变化，并对每一台双料过滤器的允许流量进行计算。而逻辑语句0022、0023和0024，在自动控制模式下把这些计算值作为SP值，对双料过滤器的入口调节阀的开度进行PID控制。同时，控制反洗时双料过滤器的入口流量调节阀的开度。

　　从逻辑语句0025到0033，对1#双料过滤器在不同运行状态时的相关设备状态进行控制，实现1#双料过滤器的备用、运行、反洗以及水质取样。

　　继续对梯形图子程序LAD31中的逻辑进行分析：

　　逻辑语句0000确定了双料过滤器反洗控制模式，是自动还是半自动。逻辑语句0001对双料过滤器的反洗条件进行判断。逻辑语句0002确认双料过滤器反洗过程是否会被暂停。逻辑语句0003判断双料过滤器反洗过程是否继续。从逻辑语句0004到0009，对双料过滤器反洗状态的变换进行逻辑控制，其中，逻辑语句0006是反洗步骤顺序进行的关键。当1#双料过滤器进入反洗时，触发SQO指令，在N17：11内存放的时间值被输出到计数器C5：6.PRE，反洗进入第一步骤，同时计数器开始记数;当反洗处于第1到第6任何步骤时，控制系统在自动控制模式下每一步骤的时间完成后，或者在半自动模式下按“下一步骤”按钮，都会触发SQO指令，反洗进入下一步，同时把这一步骤的时间放入计数器C5：6.PRE。当反洗处于最后一步并触发SQO指令后，控制系统的控制逻辑对SQO指令进行复位，为下次双料过滤器反洗作好准备。

　　梯形图LAD28和LAD31能够按照工艺要求实现双料过滤器的运行控制逻辑，但是没有注意到梯形图子程序LAD28和LAD31之间的一个不在设计意图内的隐藏连锁，下面对这个隐藏的连锁进行解说。

　　6结束语

　　经过调试和多年运行的验证，水厂预处理控制系统是一套成功的自动控制系统，整个系统的设计方案安全可靠、经济实用、易于编程、操作及维修。PLC控制系统功能完善、结构简单、组态灵活并具有较强的抗干扰能力，已成为水厂现代化运行管理的重要组成部分，其先进的自控技术，不仅解决了以往水处理过程的工况复杂、成本高等难题，而且提高了生产效率，降低了能源消耗，使水处理的各操作环节更加精确化，提高了供水质量和生产效率。

　　推荐阅读：《工业用水与废水》(双月刊)创刊于1970年，是经国家科学技术部批准，全国化工给水排水设计技术中心站主办，国内外公开发行的专业性期刊。

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