一、項目簡介

A縣某自來水廠擔(dān)負(fù)著供應(yīng)A縣市民生活用水供應(yīng)，不僅對水質(zhì)要求較高，而且要求用水的持續(xù)性供應(yīng)要穩(wěn)定，必須保證一天24小時不間斷的供水。由于原建的水廠建廠時間較早，自動化程度不高；尤其是凈水劑的投加系統(tǒng)采用人工投加方式，無法保證出水濁度的穩(wěn)定等要求。因此決定對全廠自動化系統(tǒng)進(jìn)行升級和改造。

經(jīng)過對PLC組網(wǎng)性能、維護(hù)方便、相對投資等多個方面性能指標(biāo)的對比，最終決定在本項目中自動化控制部分采用300系列PLC作為主控PLC，在沉淀池、濾池等部分采用OYES200系統(tǒng)PLC作為智能從站。在保證了數(shù)據(jù)傳輸處理快的同時，OYES200系統(tǒng)也可以在通訊網(wǎng)絡(luò)斷開等故障情況下能夠獨立運(yùn)行等來保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

二、凈水投加系統(tǒng)介紹

1、凈水劑投加系統(tǒng)項目工藝

在自來水廠中，源水要經(jīng)過投加凈水劑、沉淀、過濾、消毒然后進(jìn)入清水池。對源水投加凈水劑后，水中雜質(zhì)便絮凝成礬花，此時才能進(jìn)行進(jìn)一步水質(zhì)凈化處理，因此凈水劑投加工藝是影響出廠水質(zhì)量的要因。同時凈水劑的投加直接影響到沉淀池的使用效率和濾池反沖用水量的大小，對消毒也有直接的影響。因此投加凈水劑是自來水廠中工藝要求比較高的一個環(huán)節(jié)。

2、控制器組成

凈水劑投加項目中使用的CPU、擴(kuò)展模塊、控制對象等如下：

主機(jī)OYES231--IM177ADP擴(kuò)展從站模塊（自帶8DI/4DO)1個

模擬量輸入模塊OYES231--OHC221個

OYES231--OKF22（支持電流型輸入）1個

模擬量輸出模塊OYES232-0HD221個

變頻器1.5KW2個計量泵1.5KW2個

三、控制系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)中一共有模擬量輸入9個：源水濁度、源水流量（2個）、游動電泳儀、沉淀池濁度、計量泵開度（2個）、變頻器電流（2個）。模擬量輸出4個：1#、2#變頻器頻率、1#、2#計量泵開度。開關(guān)量輸入6個：1#、2#變頻器手/自動，1#、2#變頻器運(yùn)行，1#、2#變頻器故障。開關(guān)量輸出3個：1#、2#變頻器運(yùn)行，故障報警。聯(lián)網(wǎng)功能采用OYES231--IM177ADP擴(kuò)展從站模塊和系統(tǒng)中CPU315-2DP連接。

一共采用：OYES231--IM177ADP擴(kuò)展從站模塊、OYES231--OHC22、OYES231--0KF22、OYES232-0HD22各一個就完成了這個控制。

注：游動電泳儀可以測量水中可以結(jié)合雜質(zhì)的游離電子的數(shù)目，而游離電子數(shù)目必須保持在一定范圍，如果測量值偏大則說明投加凈水劑過多影響混凝效果，反之說明投加量不夠?qū)е禄炷怀浞?。計量單位為SCD。

四、控制系統(tǒng)完成的功能

1、控制要求

原系統(tǒng)的凈水劑投加過程采用手動投加方式，這就直接影響到出廠水的濁度，同時也會產(chǎn)生投加量過度的問題。經(jīng)過詢問現(xiàn)場人員、實際調(diào)查總結(jié)了以下主要原因

a、凈水劑投加設(shè)備落后：當(dāng)源水濁度發(fā)生改變時無法及時調(diào)整提高投加量；

b、凈水劑投加由人為掌握：投加量靠經(jīng)驗投加；

c、凈水劑配制無標(biāo)準(zhǔn)：藥劑濃度由配置人員靠經(jīng)驗配置，而濃度不準(zhǔn)使投加量更加難以掌握；

d、投加量計算困難：操作人員水平差異較大，投加量隨意性比較大；

以上種種原因造成投加量不準(zhǔn)確，從而影響到絮凝效果、并直接導(dǎo)致出廠水水質(zhì)下降。

系統(tǒng)改造要求：

水廠更換新的自動化投加系統(tǒng)，新系統(tǒng)可根據(jù)水質(zhì)變化情況隨時調(diào)整投藥量，將沉淀池出水均在8NTU（NTU為濁度計量單位）以下，出廠水在1NTU以下；經(jīng)防疫站檢測：出廠水濁度達(dá)標(biāo)率必須為100%。并可在控制系統(tǒng)中加入?yún)?shù)調(diào)節(jié)和監(jiān)控功能。

2、控制難點及控制方法實現(xiàn)

根據(jù)對工藝過程的分析，本系統(tǒng)屬于典型的大滯后系統(tǒng)?？紤]到一般的PID算法對于滯后時間長的系統(tǒng)難以實現(xiàn)控制目標(biāo)，而模糊控制等高級算法實現(xiàn)成本較高等原因。決定在系統(tǒng)中采用經(jīng)驗值投加和PID算法相結(jié)合的辦法，既解決了PID算法的不足，又解決了成本問題。

整個系統(tǒng)軟件中主要包括以下幾個主要方面：

a、PID算法：定時采集沉淀池濁度，應(yīng)用300系列內(nèi)置的PID進(jìn)行運(yùn)算。得到的模擬輸出值為X。

b、經(jīng)驗值：對應(yīng)一定流量的經(jīng)驗投加量進(jìn)行運(yùn)算——采用查表法查找對應(yīng)的經(jīng)驗值，得出相應(yīng)流量的投加量為Y。

c、按照得出PID運(yùn)算和經(jīng)驗投加之和。用Z直接控制計量泵開度。（其中a可以在一段時間運(yùn)行后進(jìn)行修改以達(dá)到最優(yōu)化控制。）

d、將原水濁度按照經(jīng)驗值，SCD按照PID算法進(jìn)行入2、3進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果控制變頻器頻率以保證游動電泳儀測量值在設(shè)定值左右。

e、按照設(shè)定運(yùn)行時間轉(zhuǎn)換變頻器和計量泵以便設(shè)備輪換使用。

f、報警功能：按照要求將有關(guān)故障均進(jìn)行現(xiàn)場蜂鳴報警，并上傳至CPU315-2DP中以便中控室進(jìn)行記錄和處理。

五、方案特點

1、用OYES231--IM177ADP擴(kuò)展從站模塊。所有的EM均屬于200產(chǎn)品系列模塊,大大的節(jié)約的成本。

2、獨立的作為DP從站，可擴(kuò)展7個IO模塊。

3、系統(tǒng)故障自行診斷功能，及時消除運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

4、300主機(jī)+OYES200系列產(chǎn)品，穩(wěn)定可靠，性價比極高。

結(jié)束語

采用新的凈水劑投加系統(tǒng)后，經(jīng)過幾年的使用過程證明：采用濁度控制計量泵開度、SCD控制變頻器頻率的方法不僅可以讓投加量更加精確，還可以更加方便的控制投加量以達(dá)到在源水濁度低的季節(jié)中節(jié)省凈水劑的效果。出廠水濁度由過去的3NTU以內(nèi)降到了1NTU以下，在防疫部門多次檢測中達(dá)標(biāo)率達(dá)到了100%；凈水劑的投加達(dá)到了最優(yōu)投加量，避免了凈水劑的浪費(fèi)。經(jīng)過統(tǒng)計，去年4~11月凈水劑使用量比往年同期平均使用量減少了約15000Kg。同時由于沉淀池出水濁度的下降，濾池反沖周期延長了近12小時，使生產(chǎn)自用水量降低了約1.5%，運(yùn)行穩(wěn)定高效。