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基于PLC的老供水设备自动化改造

2018年10月19日 16:23:12 中国传动网

引言

进入新世纪以来,城市人口增加,各行各业发展迅速,供水人口和供水面积不断增加,而在改革开放前修建的供水厂仍然保持着人工值守,手工操作的现状,其安全及稳定供水都达不到现在的需要。基于以上原因,老供水设备需要进行自动化改造。老供水设备需要进行改造的原因有:①管理效率偏低;②供水设备需要有人看守,一般实行三班倒,大量费用用于人工;③上级不能随时掌握供水设备的运行情况,设备隐患不能及时发现。而PLC(可编程控制器)是实现自动化改造的关键,所有的自动化控制内容都由控制器编程实现。对于滤池来说,采取集中、单独控制器共同工作的方式来降低控制器故障的风险性,这是滤池控制系统自动化发展的一种趋势。

1  PLC可编程控制器概况

PLC(可编程控制器)是在传统的顺序控制器的基础上引入了通讯技术、微电子技术、自动控制技术和计算机技术而形成的一代新型工业控制装置,有取代计数继电器、记时、执行逻辑等顺序控制功能,建立柔性的远程控制系统口。国际电工委员会(IEC)对PLC的规定是:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。PLC是采取顺序扫描,不断循环的方式进行工作的,即在PLC运行时,PLC根据用户按控制要求编好并存放于用户程序存储器中的程序,按指令步序号或地址号作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束,然后重新返回第一条指令,开始下一轮扫描,在每一次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必须经过输入采样,程序执行和输出刷新三个阶段及其他一些辅助阶段,其中的输入采样和输出刷新在有的场合也称之为I/O刷新。

2  改造方案

以广西某水厂为例:该水厂有一个进水泵房、一个送水泵房。作为改革开放时期修建的供水设备,自动化水平相对较低,人员须在各生产工艺段的设备周围手动控制。供水厂中的供水设备需要进行自动化系统升级改造,做以下改进:对于进水泵和送水泵上安装的真空泵、手动阀、电动阀等需同时启动的设备,安装PLC设备对其实行远程控制,以减少操作设备的复杂性,保证人员的安全。而对于水泵电机的各点工作温度数据的采集采用分级控制模式,本系统的主控站是中控室(调度室),本地子控制站就是泵房现场。操作员站实时监控全厂的生产运行状况所使用的是中控室两台互为冗余的操作员级的上位机,可自动控制或手动供水设备;为了使系统在最佳的状态下运行,使用一台监控上位机作为工程师管理员站,以便及时修改生产运行的控制程序和重要数据等。

3  流程

3.1进水泵房调度的具体流程

为保证进水压力的稳定,进水泵房需设定不同规格的供水设备的启动顺序以及停止顺序,并保证一定的延迟时间。对于一级泵站来说,若出水量超过在用斜管沉淀池的最大负荷量时,则减少l台潜水泵的运行。为了保证斜管沉淀池的出水水质:减少运行供水设备时,以运行累计台时多的供水设备投入运行;每次增开供水设备时,则以运行累计台时少的供水设备投入运行。要保证供水设备不能频繁开关,与此同时也要保持清水池经常处于较高的水位。一台供水设备在启动后,要不少于1h的运行时间。目前,供水厂控制中心为进一步实现自动化控制。在下达开启设备的指令后,最先做的是确定清水池水位高低,进一步决定是否有启动真空泵的必要。当水位未达到规定值,则打开与之相对应的抽气电磁阀,开启真空泵;若水位高于规定值,供水设备直接启动,打开与之对应的出水电动蝶阀。如果引水成功,真空信号发生器会发出信号,这时需要关闭电磁阀,启动水泵,并打开与之相对应的出水电动蝶阀。如果供水设备没有按规定流程启动,机器就会报警。供水设备的电机发生故障,运行系统会自动停泵,并及时发出故障信号。为保证整个系统的正常运行,备用供水设备会自动投入运行。供水设备在运行之后,紧接着启动加药间“RTU”程序。关泵指令下达后,按照规程,先关闭对应出水电动蝶阀,供水设备再停止运转。

3.2送水泵房调度的具体流程

自来水公司中心调度室向送水泵房控制发出调度命令,水厂中值班的工作人员通过中央控制室对供水设备发出指令进行操作。为保证出厂压力的稳定送水泵房需安装变频器。如果出厂水压瞬间大幅度(0.1~0.15MPa)下降,此时出厂的输水总管道发生爆裂,应及时应,立即关闭与之相对应的水泵和闸阀。送水泵房需安装两个设备,一个是PLC,另一个是终端触摸屏,两个设备配合实现数据的采集、共享及就地远程控制。如遇到突发状况,比如停电故障,送水泵房所有供水设备都已通过远程控制被锁定,在恢复供电时,再逐台启动,直至达到系统稳定运行所需供水设备的台数。现场泵房的操作由中控室控制、机旁操作箱控制、泵站控制箱控制三部分组成。

3.3数据最后汇总

送水泵房和进水泵房的采集的数据,通过PLC的通讯模块及现场网络收集后,传输到与2部PC机组成一个总线网络,这2部Pc机再通过网卡联机,实现数据资源的共享。供水设备控制中心的终端触摸屏,一方面对该供水厂的设备进行操作显示,另一方面还可了解其他供水点的时时情况。供水设备控制中心在中控室显示进水、送水窗口。在各自的窗口显示与之相关的生产工艺参数,并能进行远程操作,随时控制机器,提高了效率以及操作的准确性。

4  老供水设备自动化改造的意义

(1)加速供水厂设备自动化改造建设的进程,打造一个高自动化、高效率的供水厂,以打破以前的局面。工艺流程自动化的实现,提高产水质量和生产效率,节约劳动力,加快调度反应速度,在药耗和能耗方面做到节能的最大化。

(2)通过PLC对老供水设备的改造,进一步完善了供水设备,各个阶段的设备都处于热备用状态,通过远程控制,开停机、泵、阀做到准确遥控,准确微调,将生产运行的可靠性和安全性进一步提高了,减少了设备维护费用,延长了设备使用寿命。

5  老供水设备自动化控制的发展方向

5.1向开放式系统发展

PLC系统在发展的最初时期,缺少标准,在当时这个过程领域中发展起来的分布式网络系统,多为非标准封闭式系统,有很多不方便的地方。经过几十年的发展,在开放型和实施标准化的过程中,逐渐趋向于采用Windows.NET、UNIX等,这样的视窗技术和开放式操作系统。

5.2发展小型系统

PLC系统具有质量好、功能强的优点,但其缺点是价格昂贵。鉴于这些原因,PLC系统现在向小规模方向发展,入机联系和通讯功能进一步加强。对于老供水厂而言,小型化降低了改造的成本,也保证了供水系统的稳定性。

5.3控制系统中引入媒体技术

在机器运行过程中,对数据进行的实时监测,以及在运行过程中发生故障或是数据的不稳定,多媒体技术通过成像,声音等远程监控,并操作供水设备,进一步提高了设备调控的及时性,也在一定程度上保证了人员的安全,避免了不必要的伤害。将多媒体技术引入自动化的控制系统,将给供水设备的自动化改造带来新的跨越。

5.4管控一体化

供水厂的管控一体化是指在一个终端对整体设备的运行状况进行实时监测,并针对出现的突发状况进行及时的调整,以保证整个系统运行的稳定性。通过该系统还可对用水用户管理、水费管理等。利用该系统,不但对本水厂供水设备进行自动管理,还能对全市的各个地区的供水流量、压力的供水指标实时汇总,实时分析。

6 结束语

供水厂作为一个民生部门,老供水厂的自动化建设与新建水厂的自动化建设有很大的不同,在建设老供水厂的自动化系统时要坚持两个原则:一是要保护已有投资,不能大肆变动,否则会失去改造的意义;二是不影响正常供水。改造工程的实施要分部分项进行,在实施过程中应充分了解各工艺段的运行情况,将复杂重复和操作不便的劳动自动化,减少无意义功能的改建,将运行风险和投资风险降到最低。老供水厂的改造受到多方面因素的共同制约,在自动化改造过程中要稳重求快,并保证居民正常用水不受影响。

供稿:网络

本文链接:http://www.chuandong.com/tech/detail.aspx?id=33899

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