LW水厂自控系统的安全联锁设计

摘要：为实现LW水厂的全自动化安全生产目标，本文从自控系统的角度，针对LW水厂反冲洗、砂滤池、炭滤池等关键部位的自动控制要求，分别设计了有针对性的安全技术处理方案，并应用到实际编程中。生产运行结果表明该处理方案，较好的实现了水厂的安全运行，对其他水厂的安全联锁要求有一定的参考价值。

关键词：自动化，自来水厂，安全设计

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2018）07-0056-01

Abstract： in order to realize the fully automatic safety production target of LW water plant， this paper， from the angle of automatic control system， designed the targeted safety technology treatment scheme for the key parts of LW water plant backwashing， sand filter and carbon filter， and applied it to the real programming. Production and operation results show that the treatment scheme can better realize the safe operation of the water plant， and has certain reference value for the safety interlock requirements of other waterworks.

Key words： automation， waterworks， safety design

1 概述

郑州市LW水厂工程设计日供水能力为40万立方米，处理工艺包括常规水处理工艺、臭氧-生物活性炭工艺、二级泵房自动供水、污泥脱水工艺等部分。该项目自动控制系统由加药间PLC1，反冲洗泵房PLC2，二级泵房PLC3，脱水间PLC4等四站组成。下位机采用AB 1769-L71 PLC，上位机采用Intouch。自动化控制的目标是实现整个水厂设备的监控和生产的全自动化，实现无人或少人值守。为了确保供水生产的安全，需要针对不同的控制需要，设计相应的安全联锁条件。

2 反冲洗车间概况

反冲洗车间主要有反冲洗相关的公共设备，主要包括2台炭池反冲洗鼓风机及阀门；2台砂滤池反冲洗鼓风机及阀门，3台反冲洗水泵及阀门等。设置PLC2主站，负责公共设备的开停及20格活性炭滤池、24格V型滤池的全自动化反冲洗过程，需要确保反冲洗流程的稳定运行。

3 反冲洗泵房公共设备的安全

3.1主要控制功能

配合炭滤池、砂滤池气洗过程，实现风机与反冲洗过程联动；实现风机的自动切换；配合砂滤池的混合洗、水洗过程，实现反冲洗泵与反冲洗过程联动；实现反冲洗泵的自动切换；综合处理各炭滤池、砂滤池的反冲洗等请求，协调各滤池的工作；各种综合故障的处理。

3.2安全保护措施

风机与旁通阀、反冲泵与出口阀联动，防止风机带压启动，防止水泵空载运行；砂池风机与砂滤池反冲洗进气阀联动、水泵与砂滤池反冲洗进水阀联动，防止过载；炭洗风机与炭池反冲洗进气阀联动，防止过载运行；炭池、砂滤池紧急停止之后，风机、水泵自动停机；水泵、风机有故障时自动切换到另一台，如果都不可控则报警；风机、水泵自动轮流开停，防止同一台设备一直运行，各设备运行机会均等；风机、水泵停机后时间保护，在30s内不会再次启动；各濾池通讯故障时的报警，10s没有读取到滤池子站数据自动报警；各设备开、停机超时报警；设备过载停机保护；裁决滤池的反洗请求，任何时候保证只有一个滤池冲洗；其他需要冲洗滤池进入等待；炭滤池跨越管液位保护、流量保护，液位、流量报警等；砂滤池自动冲洗滤池超标报警等。

3.3连锁条件

风机与旁通阀、反冲洗泵与出口阀联动；反冲洗风机、水泵与滤池反洗进气、反洗进水阀联动。

4 活性炭滤池的安全

4.1每格滤池的功能

过滤时，开关阀门到要求的状态，遇到故障时发出警报；执行反冲洗流程，并与反冲洗泵房协调开关风机，实现反冲洗流程的自动化；定时反冲洗或者手动启动反冲洗。停运时，主动关闭相关阀门；故障状态上报到主PLC。

4.2安全保护措施

滤池反冲洗条件与回用池液位、手动进水闸阀有连锁关系，防止漫水；反冲洗全过程的时间限制在60分钟，超出后进入过滤，防止出现设备异常时影响后续滤池的冲洗；反冲洗过程中的每一个步骤都有设备状态的检测，不满足时不会进入下一步，防止出现意外情况；同时每一步都有时间限制，超出相应的时间自动报警；每个阀门的开、关状态，风机的启停状态都有时间限制，超出时间自动报警；冲洗流程的第一步会对阀门、风机的当前状态进行检测，不满足条件会报警，且不会进入下一步，尽可能将故障消灭在“萌芽”之时；冲洗过程中的每一步都会执行相关的阀门、设备开停动作，保证在冲洗过程中人工干预之后，设备切为自动后系统自动处理。

滤池通讯故障报警：当超过10s没有与主机通讯时提示报警；紧急停运时风机联动停机；阀门开、关超时报警；滤池可以独立设定为投入自动或者禁用自动冲洗，部分设备故障时不会影响生产；每个设备都可以独立操作，可以在自动过程中介入人工操作，方便运行。

4.3跨越管的安全要求

由于1#～2#沉淀池之间联通，南北侧进水量差很多，因此单组自动控制时多余的水会自动分配到另一组池，可能导致漫水，因此必须两组同时投入自动。由于两组池配水差别很大，会出现南北侧池只能有一组池子到达设定流量的情况。南侧进水不能小于北侧，北侧也难以达到2000m3/h的量。可能出现的问题是，跨越管阀门有电，且处于远程模拟量控制时，如果此时炭滤池PLC没有电，会出现PLC没有开度输出，阀门会自动关闭！

4.4连锁条件

反冲洗条件与回用池进水板阀、回用池高高液位连锁；跨越管阀门与炭滤池的每组进水流量连锁（目标值的1.3倍或者单个池子最大800m3/h）；跨越管阀门与每组炭滤池进水液位连锁；反冲洗进气阀与反冲洗风机联动（不可设定解锁）。

5 砂滤池的安全

5.1每格滤池的功能

过滤时，开关阀门到要求的状态，遇到故障时发出警报；恒水位过滤过程，根据设定液位自动PID计算，控制调节阀；执行反冲洗流程，并与反冲洗泵房协调开关水泵、风机，实现反冲洗流程的自动化；反冲洗条件3个，定时时间到、浊度超过设定值、滤阻超过设定值；停运时，主动关闭相关阀门；故障状态上报到主PLC。

5.2安全保护措施

滤池反冲洗条件与回用池液位、手动进水闸阀有连锁关系，防止漫水；反冲洗全过程的时间限制在60分钟，超出后进入过滤，防止出现设备异常时影响后续滤池的冲洗；反冲洗过程中的每一个步骤都有设备状态的检测，不满足时不会进入下一步，防止出现意外情况；同时每一步都有时间限制，超出相应的时间自动报警；每个阀门的开、关状态，水泵、风机的启停状态都有时间限制，超出时间自动报警；冲洗流程的第一步会对阀门、水泵、风机的当前状态进行检测，不满足条件会报警，且不会进入下一步，尽可能将故障消灭在“萌芽”之时；冲洗过程中的每一步都会执行相关的阀门、设备开停动作，保证在冲洗过程中人工干预之后，设备切为自动后系统自动处理；

滤池通讯故障报警：当超过10s没有与主机通讯时提示报警；阀门开、关超时报警；滤池可以独立设定为投入自动或者禁用自动冲洗，部分设备故障时不会影响生产；每个设备都可以独立操作，可以在自动过程中介入人工操作，方便运行；当发生滤池设备发生故障时，自动关闭进水阀门，停止该格滤池的运行；如果清水阀处于正常狀态，优先进入过滤状态；紧急停运时与风机、水泵联动停机；每组滤池参数独立，过滤液位独立设置，不会因为池子标高、铺沙量少而影响过滤；反冲洗周期统一设置，自动情况下不会出现“扎堆”冲洗，由于滤阻、浊度而自动洗池超过数量时会报警；

5.3连锁条件

反冲洗条件与回用池进水板阀、回用池液位连锁；反冲洗进水阀与反冲洗泵联动，反冲洗进气阀与反冲洗风机联动（不可设定解锁）。

6 结论

本文对LW水厂炭滤池、砂滤池、反冲洗泵等主要工艺控制功能设计了相应的安全联锁条件，目前已经应用到水厂自控系统的编程过程中。该项目已稳定运行1年多，很好的实现了水厂的无人或少人值守目标，取得了较好的运行效果。

参考文献

[1]王鼎顺.现代自来水厂自动化控制系统的研究与实现[D].湖南大学，2007

[2]安群香，王鼎顺.自来水厂自动加药系统的设计[J].大众科技.2014（4）

[3]王鼎顺，安群香.运城某污水处理厂自动控制系统的设计[J].工业控制计算机.2015，28（8）

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