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[摘 要]本文笔者结合某水厂滤池自动控制系统成功改造这一实例，分别从控制系统的基本情况、改造缘由、设计想法、施行流程这几方面入手展开具体地阐述，给我国充分引入并借鉴国外滤池的领先技术并将其运用到具体的技术改造工作中奠定基础。
[关键词]水厂；滤池；自动控制系统
中图分类号：TM737 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0036-01
1 系统状况
某水厂滤池自动控制系统于1998年建成投入使用，该系统采用当时较先进的PLC设备和控制软件。该系统是一个集散控制子系统，每个滤池控制台配置1台PLC系统，控制对应滤池的运行，各滤池控制台之间无任何功能联系；公共反冲洗配置一台PLC系统，负责全部滤池的自动反冲洗任务，并通过网络监视和管理全部滤池的运行。
1.1 滤池控制台PLC的主要功能
（1）控制过滤阀门的开闭，并实时调节出水阀的开度，保证恒水位过滤。（2）判断反冲洗条件，并通过网络2向公共反冲洗PLC提出反冲洗申请；在反冲洗过程中，控制各相关阀门的开闭。（3）监视该滤池所有设备的状态，处理故障信息，产生相应报警。
1.2 公共反冲洗PLC主要功能
（1）通过网络监视和管理所有滤池运行状态。（2）对滤池反冲洗申请进行排队，并控制所有反冲洗资源（风机、水泵等），自动完成所有滤池的反冲洗任务。（3）滤池水质数据的采集和处理。（4）通过网络，使中控监控计算机获取滤池运行状态和数据，并能遥控滤池的运行。（5）通过网络，向其它PLC站传送生产数据。（如：向投加PLC传送滤后流量、余氯和后加氯压力开关信号，用于加氯自动控制。）
2 滤池自动控制系统改造原因
滤池自动控制系统在投运之初，具有结构合理，功能较完善，自动化程度高，可靠性较好等优点，为水厂安全供水提供了保障。但是，由于该系统己运行近十几年，设备开始老化故障率增加，己不能保证滤池的正常安全运行。滤池自动控制系统主要隐患如下。
2.1 设备老化、可靠性低
滤池自动控制系统运行至2010年已经近十几年，设备开始老化，故障率增加。近二、三年来，滤池各PLC的模块，特别是电源模块、模拟量模块、人机界面等的故障率明显增加，严重影响滤池运行的安全性、可靠性。
2.2 技术更新快、核心模块无备件
滤池自动控制系统采用的是九十年代的产品，目前随着技术进步而被淘汰，已全部停止施耐德系列备件的供应。我们库存备件也难以为继，而且，PLC的核心模块—CPU模块，我们没有任何备件。
2.3 无手动功能、不能满足工艺新要求
滤池自动控制系统的故障对安全供水的影响严重。由于滤池没有手动控制功能，一旦控制台PLC故障，将使该个滤池停止工作。在水厂满负荷甚至超负荷运行的情况下，一个滤池停止工作，即造成待滤水溢流，产能下降。公共反冲洗PLC故障，将使所有滤池不能自动反冲洗，只能手工反冲洗，增加了很大的工作量。另外，公共反冲洗PLC故障，还会造成中控室不能监控滤池的运行状态和数据。
综上所述，为消除滤池安全生产的隐患，确保水厂的安全可靠供水，应对滤池自控系统进行升级改造。
3 控制系统改造的总体设计思路
3.1 改造的总体原则
（1）滤池自动控制系统的结构必须合理，有较高的安全性和可靠性，既能满足滤池自动控制的需要，又要兼顾与未改造PLC站和中控室的组网和数据交换。并要有一定的先进性，待水厂自控系统全面改造后，能融入全厂自控网络中。（2）滤池自动控制系统软硬件设备的选择必须考虑先进性、通用性、网络兼容性和易用性。要选择目前较主流设备，备件供应充足；要能兼容目前水厂工控网络，并预留光纤以太网能力；要易于维护，技术开放。（3）设备选型是考虑性价比，够用就好，技术可行，经济合理，安全可靠、不选择过于高端的产品。（4）自动控制系统的功能必须达到现有控制和通讯能力，并对原有系统的一些不足进行修改和优化。
3.2 硬件的选型
改造后的PLC要与未改造的其它工控站组网，从性能兼容性考虑，仍然选择施耐德公司生产的PLC软硬件产品。施耐德的PLC产品由高端至低端依次是：Puantium系列、Premium系列、Micro系列和Neza系列，结合滤池和公共反冲洗自控的功能需求，考虑性价比，选择Premium系列产品用于公共反冲洗站，Micro系列产品用于各滤池控制站。
3.3 控制系统实现的新功能
（1）滤池控制台的新功能。①实现原有滤池自动控制及通讯功能；②在滤池控制台上增加手动控制滤池过滤的功能，使滤池在PLC出现故障时仍能进行过滤工作；③将原来的冲洗第一步排水改为过滤，将滤砂以上70cm的水过滤到清水池；④与公共反冲洗PLC组成通讯网，代替原来的网络。（2）公共反冲洗的新功能。①实现原有公共反冲洗自动控制及通讯功能；②通过新建的网络监控滤池运行状态；③原有网络己淘汰，与投加等的数据交换需通过MODBUS网络由二级PLC转发。
4 自动控制系统改造的技术保障措施
本次改造，必须在保证该水厂正常供水的情况下，要安全、可靠、有序地进行。
（1）改造时机的选择。改造期间，至少会有一个滤池停止运行，减少滤池的产能，因此，我们选择在供水低峰的秋冬季节进行。（2）改造期间，中控室将部分或全部不能监控滤池的运行状态，运行人员改为到现场监控滤池的运行。（3）在滤池停运前，所有PLC等自控设备的配置必须完成，程序的编写必须完成且己写入到PLC内。PLC必须己经进行离线模拟调试，并符合功能要求。（4）为减少停滤池时间，将不再使用控制台内的底板及安装在上面的继电器等电气元件，而是另外制作底板，安装好上面的电气元件（包括PLC），并经过离线调试基本符合功能要求。（5）滤池停池改造遵循逐个改造的原则，每次只停止一个滤池，其它9个滤池仍能正常过滤和反冲洗，而不能进行同时整体改造。滤池改造后即能投入正常自动过滤，并能在简化模式下自动反冲洗。（6）反冲洗PLC改造时，将造成网络和MODBUS网络中断，其它车间（如投加）自动运行所需的一些数据（如后加氯压力开关信号）将不能传送到对应的PLC。因此反冲洗PLC改造前，对其它车间PLC程序进行一些修改，使反冲洗PLC能在整个工控网络中隔离出来。
5 控制系统改造的实施步骤
（1）停止1#滤池的运行，进行现场施工（此时2一10#池能正常工作）。（2） 1#滤池调试：调试滤池进水阀和滤后出水阀的手动控制回路；调试滤池自动过滤程序；调试滤池在简化模式（Reduce mode）下自动反冲洗程序。（3） 1#滤池调试成功后即可进入自动过滤，并能在简化模式（Reduce mode）下自动反冲洗，但此时中控不能监控1#滤池的运行。观察1#滤池的运行一段时间，确保其运行可靠性和稳定性；进行必要的优化修改，并根据1#滤池的调试结果对其它9台PLC进行离线修改。（4）按上述步骤改造2 -5#滤池控制台。至此6一10#滤池仍维持原来的工作状态，1 -5#滤池可进入自动过滤，并能在简化模式（Reducemode下自动反冲洗，但此时中控不能监控它们的运行状态。（5）进行公共反冲洗PLC的改造调试，并与1一5#滤池组成网络，与二级PLC（CP10）组成MODBUS网络，适当修改CP10的程序，激活通讯。此时，公共反冲洗PLC能监控1 -5#滤池并完成自动反冲洗，中控室也能监控1 -5#滤池的运行状态；；6一10#滤池仍能自动过滤，但须在简化模式（Reduce mode）下反冲洗，中控室也不能监控它们运行状态。（6）对6 -10#滤池逐个进行改造，每完成一个则立即接入新组建的网络，即可进行全自动反冲洗和被中控室监控。10#池改造成功后，整个滤池中控系统的改造即告完成。
6 结语
水厂滤池控制系统改造后运行安全可靠，运行更加灵活，将冲洗的首要环节改成过滤后，可成功过滤掉滤砂以上70cm的水，大大减少了制水成本，也为我国引入改造技术领先的整套的水厂自动控制系统奠定基础。对水厂工程技术而言，其目前面临着消化吸收国外领先技术的问题。为此，相关人员应不断地促进经验交流，积极学习拓展自身的思路，从实践中找到启发。随着自动控制技术的不断发展，相信人类势必可建设好、管理好、运用好滤池自动控制系统。
[关键词]水厂；滤池；自动控制系统
中图分类号：TM737 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）18-0036-01
1 系统状况
某水厂滤池自动控制系统于1998年建成投入使用，该系统采用当时较先进的PLC设备和控制软件。该系统是一个集散控制子系统，每个滤池控制台配置1台PLC系统，控制对应滤池的运行，各滤池控制台之间无任何功能联系；公共反冲洗配置一台PLC系统，负责全部滤池的自动反冲洗任务，并通过网络监视和管理全部滤池的运行。
1.1 滤池控制台PLC的主要功能
（1）控制过滤阀门的开闭，并实时调节出水阀的开度，保证恒水位过滤。（2）判断反冲洗条件，并通过网络2向公共反冲洗PLC提出反冲洗申请；在反冲洗过程中，控制各相关阀门的开闭。（3）监视该滤池所有设备的状态，处理故障信息，产生相应报警。
1.2 公共反冲洗PLC主要功能
（1）通过网络监视和管理所有滤池运行状态。（2）对滤池反冲洗申请进行排队，并控制所有反冲洗资源（风机、水泵等），自动完成所有滤池的反冲洗任务。（3）滤池水质数据的采集和处理。（4）通过网络，使中控监控计算机获取滤池运行状态和数据，并能遥控滤池的运行。（5）通过网络，向其它PLC站传送生产数据。（如：向投加PLC传送滤后流量、余氯和后加氯压力开关信号，用于加氯自动控制。）
2 滤池自动控制系统改造原因
滤池自动控制系统在投运之初，具有结构合理，功能较完善，自动化程度高，可靠性较好等优点，为水厂安全供水提供了保障。但是，由于该系统己运行近十几年，设备开始老化故障率增加，己不能保证滤池的正常安全运行。滤池自动控制系统主要隐患如下。
2.1 设备老化、可靠性低
滤池自动控制系统运行至2010年已经近十几年，设备开始老化，故障率增加。近二、三年来，滤池各PLC的模块，特别是电源模块、模拟量模块、人机界面等的故障率明显增加，严重影响滤池运行的安全性、可靠性。
2.2 技术更新快、核心模块无备件
滤池自动控制系统采用的是九十年代的产品，目前随着技术进步而被淘汰，已全部停止施耐德系列备件的供应。我们库存备件也难以为继，而且，PLC的核心模块—CPU模块，我们没有任何备件。
2.3 无手动功能、不能满足工艺新要求
滤池自动控制系统的故障对安全供水的影响严重。由于滤池没有手动控制功能，一旦控制台PLC故障，将使该个滤池停止工作。在水厂满负荷甚至超负荷运行的情况下，一个滤池停止工作，即造成待滤水溢流，产能下降。公共反冲洗PLC故障，将使所有滤池不能自动反冲洗，只能手工反冲洗，增加了很大的工作量。另外，公共反冲洗PLC故障，还会造成中控室不能监控滤池的运行状态和数据。
综上所述，为消除滤池安全生产的隐患，确保水厂的安全可靠供水，应对滤池自控系统进行升级改造。
3 控制系统改造的总体设计思路
3.1 改造的总体原则
（1）滤池自动控制系统的结构必须合理，有较高的安全性和可靠性，既能满足滤池自动控制的需要，又要兼顾与未改造PLC站和中控室的组网和数据交换。并要有一定的先进性，待水厂自控系统全面改造后，能融入全厂自控网络中。（2）滤池自动控制系统软硬件设备的选择必须考虑先进性、通用性、网络兼容性和易用性。要选择目前较主流设备，备件供应充足；要能兼容目前水厂工控网络，并预留光纤以太网能力；要易于维护，技术开放。（3）设备选型是考虑性价比，够用就好，技术可行，经济合理，安全可靠、不选择过于高端的产品。（4）自动控制系统的功能必须达到现有控制和通讯能力，并对原有系统的一些不足进行修改和优化。
3.2 硬件的选型
改造后的PLC要与未改造的其它工控站组网，从性能兼容性考虑，仍然选择施耐德公司生产的PLC软硬件产品。施耐德的PLC产品由高端至低端依次是：Puantium系列、Premium系列、Micro系列和Neza系列，结合滤池和公共反冲洗自控的功能需求，考虑性价比，选择Premium系列产品用于公共反冲洗站，Micro系列产品用于各滤池控制站。
3.3 控制系统实现的新功能
（1）滤池控制台的新功能。①实现原有滤池自动控制及通讯功能；②在滤池控制台上增加手动控制滤池过滤的功能，使滤池在PLC出现故障时仍能进行过滤工作；③将原来的冲洗第一步排水改为过滤，将滤砂以上70cm的水过滤到清水池；④与公共反冲洗PLC组成通讯网，代替原来的网络。（2）公共反冲洗的新功能。①实现原有公共反冲洗自动控制及通讯功能；②通过新建的网络监控滤池运行状态；③原有网络己淘汰，与投加等的数据交换需通过MODBUS网络由二级PLC转发。
4 自动控制系统改造的技术保障措施
本次改造，必须在保证该水厂正常供水的情况下，要安全、可靠、有序地进行。
（1）改造时机的选择。改造期间，至少会有一个滤池停止运行，减少滤池的产能，因此，我们选择在供水低峰的秋冬季节进行。（2）改造期间，中控室将部分或全部不能监控滤池的运行状态，运行人员改为到现场监控滤池的运行。（3）在滤池停运前，所有PLC等自控设备的配置必须完成，程序的编写必须完成且己写入到PLC内。PLC必须己经进行离线模拟调试，并符合功能要求。（4）为减少停滤池时间，将不再使用控制台内的底板及安装在上面的继电器等电气元件，而是另外制作底板，安装好上面的电气元件（包括PLC），并经过离线调试基本符合功能要求。（5）滤池停池改造遵循逐个改造的原则，每次只停止一个滤池，其它9个滤池仍能正常过滤和反冲洗，而不能进行同时整体改造。滤池改造后即能投入正常自动过滤，并能在简化模式下自动反冲洗。（6）反冲洗PLC改造时，将造成网络和MODBUS网络中断，其它车间（如投加）自动运行所需的一些数据（如后加氯压力开关信号）将不能传送到对应的PLC。因此反冲洗PLC改造前，对其它车间PLC程序进行一些修改，使反冲洗PLC能在整个工控网络中隔离出来。
5 控制系统改造的实施步骤
（1）停止1#滤池的运行，进行现场施工（此时2一10#池能正常工作）。（2） 1#滤池调试：调试滤池进水阀和滤后出水阀的手动控制回路；调试滤池自动过滤程序；调试滤池在简化模式（Reduce mode）下自动反冲洗程序。（3） 1#滤池调试成功后即可进入自动过滤，并能在简化模式（Reduce mode）下自动反冲洗，但此时中控不能监控1#滤池的运行。观察1#滤池的运行一段时间，确保其运行可靠性和稳定性；进行必要的优化修改，并根据1#滤池的调试结果对其它9台PLC进行离线修改。（4）按上述步骤改造2 -5#滤池控制台。至此6一10#滤池仍维持原来的工作状态，1 -5#滤池可进入自动过滤，并能在简化模式（Reducemode下自动反冲洗，但此时中控不能监控它们的运行状态。（5）进行公共反冲洗PLC的改造调试，并与1一5#滤池组成网络，与二级PLC（CP10）组成MODBUS网络，适当修改CP10的程序，激活通讯。此时，公共反冲洗PLC能监控1 -5#滤池并完成自动反冲洗，中控室也能监控1 -5#滤池的运行状态；；6一10#滤池仍能自动过滤，但须在简化模式（Reduce mode）下反冲洗，中控室也不能监控它们运行状态。（6）对6 -10#滤池逐个进行改造，每完成一个则立即接入新组建的网络，即可进行全自动反冲洗和被中控室监控。10#池改造成功后，整个滤池中控系统的改造即告完成。
6 结语
水厂滤池控制系统改造后运行安全可靠，运行更加灵活，将冲洗的首要环节改成过滤后，可成功过滤掉滤砂以上70cm的水，大大减少了制水成本，也为我国引入改造技术领先的整套的水厂自动控制系统奠定基础。对水厂工程技术而言，其目前面临着消化吸收国外领先技术的问题。为此，相关人员应不断地促进经验交流，积极学习拓展自身的思路，从实践中找到启发。随着自动控制技术的不断发展，相信人类势必可建设好、管理好、运用好滤池自动控制系统。