1  引言
   
自來水凈化廠是城市自來水供水前端的重要環節，對整個水源進行凈化過程的全自動監控是一個較大的自動控制工程，包括對原水加混凝劑反應、沉淀池沉淀、v型濾池過濾、加氯氣消毒等工藝過程進行實時控制。
   
v型濾池由于其出水水質好、濾速高、運行周期長、反沖洗效果好、節能和清晰的工藝流程等特點，已在我國較多的凈水廠得到應用。本文所針對的對象是合肥供水集團某水廠10組v型濾池反沖洗過程中的控制流程和系統的多層網絡結構，著重解決反沖洗控制過程的流程算法。
   
 目前很多行業自動控制系統的系統框架是dcs模式下某底層結點的集中采集和傳統電流傳遞模式，這種模式電纜敷設的工作量很大，并且由于測控單元出現故障而導致的一個節點的整體數據紊亂，進而增加整個系統的控制風險。本文在傳統dcs模式下，引入上層互聯網、廠內局域網、操作站與現場測控單元的485網絡和現場測控設備的現場總線模式。同時對底層對象在此細化，對v型濾池進行網絡構建。采用10套微型plc對10個v型濾池進行控制，增設1套小型plc作為反沖洗公共控制單元對10格v型濾池的反沖洗進行流程管理。

v型濾池的反沖洗過程的流程控制較為復雜，所有的i/o設備都參與了控制過程。根據實際工藝過程和性能要求，各微型plc的運行流程都具有規律性，所有的設備運行都必須按照v型濾池的實時運行參數和工藝設置的流程而作出相應的控制操作。

2  系統的網絡及plc控制單元設計
   
 城市供水是現代化城市建設的主要基礎設施之一，水質的優劣又投射出現代化建設的質量；自來水源的穩定供給同時要求生產設備的高度可靠性。將控制系統中的硬件設備在此“分散”化顯得極有必要，使設備故障而產生的風險再次減小。根據i/o設備點的分布，構成了包含互聯網、局域網、485網和現場總線的多層網絡框架設計；而針對v型濾池等各個子站，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，通過適當的通訊適配器，將上述控制單元組網。底層多plc模式的控制系統網絡結構圖如附圖所示。

  
單組濾池的控制單元根據可控設備和工藝要求，選用具有兩塊式組合設計方式的rockwell公司的micrologix1500系列控制器，構成24點i/o控制器單元，再配置16點di模塊、4點ai和2點ao混合模塊，完成v型濾池運行參數的采集和對執行機構進行控制。
   
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、能接入整個廠區光纖環網的以太網通訊接口、3塊8點ai模塊、2塊4點ao模快、3塊16點di模塊和2塊16點do模塊，完成公共控制單元設備運行參數的采集和對反沖洗公共設備進行控制。
   
micrologix1500系列控制器和slc500系列控制器之間可以有多種組網方式，對于10組v型濾池的信號連接提供了及其便利的模式，同時兩類控制器還可以支持ethernet/ip的以太網網絡、現場總線devicenet網絡以及dh-485網絡等，非常適合本工程的需求，鑒于本系統的基建范圍在一個不大的區域，選取dh-485網絡作為性價比較高的方案。
   
 dh-485網絡一般設計用于傳遞車間級各種設備之間的信息，該網絡可以監控過程參數、設計參數、設備狀態和應用程序，以支持數據采集、數據監控、程序上載/下載和監測控制。在dh-485網絡中，使用專用的接口轉換模塊將所有的控制單元連接起來。

3  系統控制流程算法設計
   
反沖洗流程是v型濾池工藝運行的重要組成部分，控制流程算法設計的合理和科學，直接影響到v型濾池的良好運行狀態，更進一步將直接影響到v型濾池的運行效率及使用壽命。因此根據工藝要求和實際運行工況，反沖洗流程按照工藝以順序控制為主干，設計了九個步驟，包括了每一個閥門的開啟和關閉、等待和到位、閥門和設備的連鎖和保護、配套設備的運行狀態監視等，結合水質和過濾效果，調節氣沖時間、氣水沖時間和累積時間。表1為反沖洗流程部分設備動作真值表。
   
由plc完成反沖洗流程，其核心內容主要是給出一個反沖洗步進變量，該變量為數字量，通過反沖洗進行的階段特征以及公共控制單元發出的指令來控制步進信號在需要的時候輸出一個上升沿，以驅動順序輸出指令按照順序輸出文件設定的位來控制相應的閥門動作，直至反沖洗過程結束。
   
 在濾池進行反沖洗時，每組濾池都需要和公共控制單元進行數據交換以保證反沖洗過程中單組濾池的執行機構與反沖洗公共設備之間的協調運行，在dh-485網絡環境中，rslogix500提供了通訊(msg)指令用于數據交換。以4#濾池為例，在反沖洗流程中與公共控制單元建立了2張數據映射表。

   
公共控制單元反沖洗流程設計的核心是依據單組濾池控制單元與公共控制單元建立的2張數據映射表，單組濾池反沖洗及時地通過網絡將自身反沖洗階段完成信號向公共控制單元傳遞，公共控制單元則根據這些信號向單組濾池發出反沖洗階段指令并控制反沖洗公共設備配合單組濾池的反沖洗流程。
4  運行分析及結論
   
v型濾池是凈水廠工藝流程的重要環節，其反沖洗控制是一個相對較復雜并且非常連續的過程，除了軟件的編制以外，各硬件設備如閥門、電機等以及網絡通訊狀況都直接影響到反沖洗控制的穩定性與連續性。
   
v型濾池的反沖洗控制系統在合肥供水集團某水廠10組v型濾池反沖洗過程中已經運行了半年，即從去年下半年開始到現在，反沖洗次數已經達到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組中的一個閥門到位開關信號線頭接觸不良而導致無此信號，系統報錯停止反沖洗。因此系統在強化硬件可靠性后，進一步加強對硬件系統的維護工作。
   
 反沖洗控制流程算法在后續的進一步設計中，將考慮結合各類時間的調節數據累積量作為硬件是否出現故障的輔助判據。

5  結束語
   
 本文結合v型濾池反沖洗工藝流程，提出了多plc組網的方式，將具體的控制過程分散到各網絡節點上去，降低了系統的控制風險，提高了控制系統的管理功能；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定性。文中所探討的系統對供水行業水處理工藝流程的自動控制有參考意義。

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