南片水廠排泥行車運行方式的PLC及Wincc程序改造探析

金成志

摘要：文章以南片水廠排泥行車運行方式的PLC及Wincc程序改造為例，設(shè)計和實現(xiàn)了以PLC和Wincc為核心技術(shù)的遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)，并提出了以PLC、繼電器等作為“小腦”做底層簡單行為控制，以Wincc、生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心等作為“大腦”做上層復雜行為控制的技術(shù)模型。以這種“大腦與小腦”上下協(xié)作的模型概念，實現(xiàn)了“三段式排泥”的控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：PLC程序；Wincc程序；行車式排泥機；遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)；程序改造 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP273 文章編號：1009-2374（2015）12-0034-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.12.017

1 傳統(tǒng)排泥方式的缺點

南片水廠排泥行車長期運行實踐表明，傳統(tǒng)連續(xù)勻速往返的排泥方式有兩個十分明顯的缺點：（1）南片水廠沉淀池在高峰供水和原水水質(zhì)高濁度時，沉淀池底部的淤泥將比平時淤積更厚。沉淀池上排泥行車運行時排泥量有限，不能將淤泥全部排出，使得排泥行車經(jīng)常發(fā)生滑出軌道、拋錨，由此給南片水廠的生產(chǎn)造成了嚴重的影響；（2）在原水超大流量或者原水濁度嚴重超標的情況下，沉淀池積泥量將很大，而排泥行車的排泥量又有限，使得排泥行車運行時不能將積泥及時排除，排泥行車經(jīng)常發(fā)生滑出軌道的故障，嚴重影響了生產(chǎn)的正常運行。

沉淀池底部的積泥量呈現(xiàn)從始端到末端明顯減少的特點。南片水廠平流式沉淀池長108米，積泥大多沉積在前60米，甚至可以說在前30米。

排泥行車的運行模式過于單一，不能應對沉淀池復雜情況下的排泥要求。通過PLC和Wincc的自動化改造，將排泥行車的運行模式改為連續(xù)運行和間斷運行模式，在原水超大流量、原水濁度嚴重超標和沉淀池始端的情況下用可調(diào)時間的間斷模式，在其他積泥小的情況下用連續(xù)運行模式。

2 沉淀池積泥的解決方法

針對沉淀池積泥的厚度因不同時間和不同距離而不相同的情況，有兩種解決方法：（1）加裝變頻器，用變頻器的頻率調(diào)節(jié)來改變排泥行車的運行速度，達到將沉淀池底的積泥清理干凈的要求。此方案的缺點：需增加2臺三相變頻器（因有2個沉淀池），增加的費用為8000左右；優(yōu)點：改造簡單，不需要對現(xiàn)有設(shè)備整改，增加變頻器即可；（2）通過修改西門子S7-200系列PLC程序，使得排泥行車能在連續(xù)模式和間斷模式這兩種模式中任意切換進行。間斷運行模式的運行方式為：設(shè)定排泥行車可調(diào)節(jié)的運行時間和停止時間。排泥行車運行幾秒，停止幾秒，再運行幾秒，往復進行，在此期間，排泥行車虹吸排泥并不停止。

排泥行車在使用中，根據(jù)實際情況來靈活切換運行模式：積泥少的時候用連續(xù)模式；在積泥多的時候用間斷模式，積泥越多，間斷模式中運行時間設(shè)置越短、停止時間設(shè)置越長。增加運行周期的修改，使排泥行車能根據(jù)實際需要實現(xiàn)在任意的地方自動停止運行。此方案缺點：需對現(xiàn)有程序進行修改，難度不大；優(yōu)點：不增加設(shè)備，節(jié)省費用。

利用排泥行車上現(xiàn)有的西門子S7-200系列PLC來修改程序，不增加額外的費用。西門子S7-200系列PLC有如下優(yōu)點：（1）A/D、D/A轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換速度高，一個模擬量模塊帶3路A/D，1路D/A，A/D、D/A轉(zhuǎn)換速度高為125us，為保證系統(tǒng)的采樣、控制精度及調(diào)節(jié)速度提供了基本的物理條件；其他廠家PLC的模擬量模塊的A/D、D/A轉(zhuǎn)換速度均為ms級，不具備必要條件，而且S7-200PLC的模擬量模塊的每路價不過300元，為同類最低，因此具有很好的性能價格比；（2）CPU運算速度快，0.37us/位，指令豐富：具有浮點運算、指針運算、中斷、通訊響應、PID運算、PWM脈沖輸出等功能，存儲容量大，充分適應現(xiàn)代控制技術(shù)，如最優(yōu)控制、自適應控制、變結(jié)構(gòu)控制等控制算法的要求；（3）輸

入/輸出點多、響應快，24輸入/16，每點可設(shè)置濾波參數(shù)，4個20kHz高速計數(shù)器，2個高速輸出口，適應實時控制的要求；（4）通訊組網(wǎng)能力強，配有2個232/485通訊口，可方便連接232/485/422等通訊接口，適應監(jiān)控系統(tǒng)的要求；（5）可靠性高，將CPU模塊，輸入/輸出IO模塊，通訊模塊高度集成一體，簡化結(jié)構(gòu)，使用

方便。

利用了現(xiàn)有的西門子Wincc6.0軟件修改排泥行車操作界面，同樣不需增加費用。西門子Wincc6.0軟件的優(yōu)點如下：Wincc集生產(chǎn)自動化和過程自動化于一體，實現(xiàn)了相互之間整合、通用的應用程序，適合所有工業(yè)領(lǐng)域的解決方案；多語言支持，全球通用；可以集成到所有自動化解決方案內(nèi)；內(nèi)置所有操作和管理功能，可簡單、有效地進行組態(tài)；可基于Web持續(xù)延展，采用開放性標準，集成簡便；集成的Historian系統(tǒng)作為IT和商務(wù)集成的平臺；可用選件和附加件進行擴展；“全集成自動化”的組成部分，適用于所有工業(yè)和技術(shù)領(lǐng)域的解決方案。

3 平流式沉淀池

平流式沉淀池是南片水廠重要工藝構(gòu)筑物，是給水處理工藝流程的重要一環(huán)。原水與聚合氯化鋁藥劑混合后進入反應池，然后再進入沉淀池，原水中大部分雜質(zhì)與聚合氯化鋁結(jié)合形成的污泥逐步沉淀到池底，上清液在沉淀池末端溢流進濾池，利用虹吸式排泥行車及時

排除。

整個排泥行車系統(tǒng)主要由滑觸線、桁架、吸泥管及附屬閥門、抽虹潛水泵、減齒輪速機、電氣控制箱、固定鋼軌等組成。虹吸形成后排泥行車可無人操作，通過沉淀池兩端的行程開關(guān)勻速往返行走。該虹吸式排泥特點有：（1）本機采用桁架結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)重量大大減輕，選用熱鍍鋅防腐工藝加工處理，可確保5年內(nèi)不銹蝕，與水接觸的部件使用304不銹鋼制作，使用壽命大大加長；（2）維護量小，配用動力小運行費用低，選泵合理，運行平穩(wěn)可靠；（3）新型的傳動機構(gòu)，避免兩端行走誤差；（4）行走輪為鋼輪，保證了使用壽命；（5）可連續(xù)排泥，池底結(jié)構(gòu)較簡單，操作方便和便于使排泥工作實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。