中山市小榄水务有限公司
摘要：PLC在水厂自动化建设中的应用，可以有效提高自动化水平，节约资源。对自动化控制领域中的各个工作运转起到稳定有序的运行状态。本文主要对PLC在水厂自动化控制系统中的应用进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：水厂；PLC；自动化控制
前言
PLC系统构成灵活，编程较为简单，另外具有抗干扰能力强，可靠性高等特征，能适应各种恶劣的工作环境，可以有效的实现生产过程的综合自动化控制，有着极高的经济价值和社会效益。PLC的控制模式一般可以分为三种，即三级控制模式。第一，每一个PLC工作站根据实时监测的各类仪表数据、还有仪表参数以及设备的状态达到一种自动控制目的；第二，中心控制室中的工作人员需要利用计算机手动控制；第三，在自来水厂自动化系统中的现场工作人员需要根据不同的位置分配相应的责任，需要在PLC面板、操作台还有控制箱三个地方手动操作控制。本文从理论研究和实践应用入手，就PLC在水厂自动化控制系统中的应用进行了分析。
1.PLC的定义
PLC的发展代替了传统的继电器，在工业环境下实现整个工厂流程的自动化控制，并且具备可靠性强、体积小、组装灵活、编程简单等特点。如今电力领域、自来水厂等领域都广泛应用PLC系统，极大程度地推进PLC的发展速度。过程控制、生产管理、顺序控制等都是PLC技术主要涉及的领域。由于越来越成熟的PLC技术，和越来越短的更新换代周期，新型的PLC的性价比也相对更高。其功能特点：一、高速计数器已经达到了32位，拥有100kHz的基数频率，改变PLC的输出可采用显示计数频率的方式。二、输出功能非常高速。三、拥有捕获脉冲的功能，对输入脉冲能够迅速捕获。其具体结构如图1所示。
图1 PLC的组成结构
2.PLC的工作原理
PLC在水厂自动化控制系统中主要由输入采样、用户程序执行、输出刷新三个部分组成，完成这三个部分之后才算是一个扫描周期，按照标准速度不断重复完成这三部分工作：（1）输入采样，这一阶段，PLC将各接口的状态和数据读入，然后存入I/O映象区中所对应的单元内，当扫面周期一致的情况下，存入单元内的状态和数据不变。在此阶段需要注意一个问题，当输入脉冲信号时，需要保证输入信号宽度大于一个扫描周期，这样才能保证信号被读入；（2）用户程度执行，PLC扫描用户程序的顺序形式是按梯形图进行自上而下扫描的，而各梯形图各个触电构成的控制线路，是按照从左往右、先上后下的顺序进行逻辑运算的。在该项工作完成后，需要根据运算结果，对输出点的逻辑线圈内对应的存储区状态或I/O映象区状态进行刷新处理，而排在上面的数据刷新需要在下一个扫描周期内进行。（3）输出刷新，这一阶段是PLC工作流程的最后一个环节，在这过程中，中央处理单元要根据上部分的具体情况进行处理，对上部分I/O映象区内对相应的数据状态进行刷新处理，另外，还需要在输出电路中的驱动程序帮助下对锁定电路进行刷新处理，驱动输出电路输出到相应的外设，以此完成PLC的一个工作流程。
3.水厂制水工艺流程
各个水厂根据实际情况，其工艺流程千差万别，设备有增有减，但基本的流程相似。主要分为以下几个工艺过程：（1）取水：通过多台大型离心泵将江、河、地表等处的水抽入净水厂。（2）药剂的制备与投加：按工艺要求制备合适的混凝剂，并投入混凝剂及氯气，达到混凝和消毒的目的。（3）混凝：包括混合与絮凝，即源水投入混凝剂后进行反应，并排出反应后沉淀的污泥。（4）平流沉淀：与混凝剂反应后的水低速流过平流沉淀池，以便悬浮颗粒沉淀，并排出沉淀的污泥。（5）过滤沉淀：水通过颗粒介质（石英砂）以去除其中悬浮杂质使水澄清，并定时反冲洗石英砂。（6）送水：多台大型离心泵将自来水以一定的压力和流量送入供水管网。
4.水厂自动控制系统主要控制
4.1水质检测
在水厂自动控制中，水质检测是重要内容，即在整个过程中通过水质检测技术来保证供水和排水的水质，水质检测所获取的数据是整个系统运行的重要参数，近年来，随着自动化技术、机械制造技术的发展，越来越多的新型自动化检测仪表被应用于水厂自动控制系统水质检测之中，推动了水厂自动控制系统的发展。
目前水厂自动控制所采用的水质检测技术包括流量检测技术、水位检测技术、压力检测技术、温度检测技术、水质测量分年仪表，包括PH检测分析、流动电流检测分析、漏氯检测分析、余氯检测分析、高低浊度检测分析等，所应用的仪器除了传统的电磁接触式仪器外，目前还应用了大量非接触式仪表。
4.2水处理控制
水处理控制是利用水厂工艺流程各个环节所设置的自动化感应部件、检测传感器、变送器、间接测量设备、执行机构等各种基层设备，以及各种自动回路调节器、自动控制单元、大小型装置控制系统、综合优化调度系统等，实现对整个水处理过程的自动控制。当前，水质指标和水处理效率的要求越来越高，大量新工艺、新设备被广泛应用于水厂整个工艺流程的各个环节，一方面提高了水厂水处理能力，另一方面也对整个工艺流程的自动控制提出了更高的要求。
4.3变频节能
在水厂整个流程中，从取水到处理到送水，整个过程都存在着水量变化频繁的问题，这主要是因为不同季节性、不同时段，用户用水的需求量有着很大的差别，存在着用水高峰和用水低峰，基于此种原因，水厂的给水压力并不是固定不变的，而是跟随用户用水需求量在不断发生变化的，整个过程中的水量受用户需求量的变化不断变化。虽然可以通过调节相关阀门来调节供水以满足用户用水需求，但如果说在用户需求量低峰时段，水泵机组依然按高峰用水量运行工作，将会造成巨大的供水能量损耗，同时还会影响水泵机组的正常运行和使用寿命，而如是果在高峰时段不能足够负荷的运转，则会造成用户用水需求不能满足现象，影响供水服务质量。因此，水厂自动控制系统需要根据用户用水需求，自动控制水泵机组的运行，以实现节能减耗的目的。
变频调速是水厂自动控制系统常用的节能降耗技术，这种技术节电效率极高，能有效的降低因水量变化造成的供水冗余。这种技术是利用变频调速的原理，在保证用户用水需求能可靠有效的被满足的前提下，利用用水量的变化情况，自动控制整个系统的水泵工况，使水泵机组能在高效率的区间内运行，提高工作效益，降低能源消耗，降低成本。
4.4供水综合自动化
水厂除了内部自动控制外，还存在大量与外部信息的交换，水厂自动控制系统需要一个集成化、开放式的，涉及到整个水处理和供水的综合自动化系统，将水厂横向控制和纵向控制集成在一起，实现水厂经营管理、计划调度、故障诊断、现场控制等的综合处理，这在大型水厂中显得尤为重要。大型水厂除了内部大量先进的设备需要应用自动控制系统提高工作效率，降低工作成本外，还需要实现对整个供水范围内的自动管理。包括哪管网地理信息系统，自动抄表收费系统，生产过程数据采集与监控系统，数据仓库中心数据管理系统，信息管理中心系统等。水厂自动化控制系统需要与这些供水环节的系统集成起来，实现整个供水的综合自动化控制。
5.结束语
随着城市化进程的加快，城市自来水显得愈来愈珍贵，如何实现生产污水的大规模自动化处理，实现水资源的有效利用，这是每一个自来水厂都需要面对的问题。将PLC控制技术应用于自来水厂中，会对提高水厂水质监控的准确性和实时性以及提高水厂工人的生产效率和设备的耐用性有着积极意义，并因此而得到了广泛的应用。
参考文献
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[3]张连忠.现代自来水厂自动化控制系统的研究应用[J].中国石油和化工标准与质量，2012，07：266.
论文作者:梁振辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/27
标签：水厂论文; 水质论文; 自动控制论文; 自来水厂论文; 用水论文; 用户论文; 混凝剂论文; 《建筑学研究前沿》2018年第10期论文;