天津通用水务有限公司 天津 300381
摘要：本文对PLC进行了概述，介绍了自来水厂自动化控制系统的组成、PLC技术在水厂自动化控制系统中的应用，为PLC技术在水厂自动化控制中的应用提供借鉴和参考，从而为保障供水系统的稳定运行奠定基础。
关键词：PLC；自来水厂；自动化控制；应用
1 PLC 概述
PLC 即 Programmable logic Controller，可以将其翻译为英语可编程控制器，具体而言，PLC 指的是以微处理器为主体，集通信、计算机、互联网、自动控制技术等综合开发而成的自动化设备控制系统中的控制装置。在上世纪 70 年代，第一代 PLC 被制造出来，其主要运用于汽车工业制造中，经过后期的发展，日渐成熟，而且其应用范围不断扩大。PLC 应用于我国多个领域，并收到了良好的应用效果，如，PLC 应用在我国煤矿企业输煤系统以及除灰系统，使得企业的输煤作业以及除灰工作逐渐趋于完善，从而极大的提高了煤矿企业的生产效率。而且，PLC 在开关控制方面的应用，极大的提高了开关控制的精确性和安全性。PLC 是计算机技术应用于工业生产的主要形式之一，它的结构包括电源、CPU、存储器、接口电路、功能模块以及通信模块等。在 PLC 控制系统中，其最大的特点之一就是接线量非常少，只在输出端和输入端采用了实际接线，而其它主要利用软件进行连接，所以，在系统应用过程中，如果控制要求发生了变化，仅仅需要将对相应的程序进行修改即可。整体而言，采用 PLC 作为控制器之后，系统的控制更加的灵活、方便。
2水厂自动控制系统
2.1水厂生产工艺
对于自来水生产过程，各个水厂根据自己的实际情况，如取水水质、供水量等因素的影响，存在一定的差异，生产设备和控制系统也略有不同。但是，总体来讲，生产工艺的基本流程基本相同。生产工艺主要包括取水、加药、沉淀、过滤、加氯送入管网等几个过程首先，采用大型并联离心泵取水，将水源地的原水加压送入取水管网，在反应池中加入药剂，主要实现混凝和初步消毒的目的。通过混凝和化学沉淀处理，将原水中的重金属离子、胶体颗粒、部分有机物等进行初步凝絮、沉淀处理。在完成沉淀处理后，清水送入滤池进行下一步处理。污泥水通过增加泵送入污泥处理车间，进行进一步净化和无害化处理后排放。在整个水处理过程中，这个过程是去除水中大部分悬浮物的重要环节，对于保证水质意义重大。清水在滤池中进一步过滤，通过表面过滤、深层过滤的清水送入清水池，加氯消毒后加压送入管网。滤池要定期进行反冲洗，反冲洗废水同样需要进行无害化处理后排放。
2.2水厂控制系统组成
根据水厂的生产工艺，水厂的控制系统主要包括以下几个方面。整个水厂生产系统包括5个PLC工作站。系统采用DCS控制系统，主要包括原水提升增压模块、沉淀模块、加药加氯模块、沉淀模块和送水模块。为了方便控制和维护，为每个沉淀池配置了单独的PLC控制台。整个系统采用总线与中控室通讯。同时，为了方便现场控制，在每个工作模块配置了触摸屏，方便巡检人员为了便于监控和管理，在集控中心配置工作站两台。通过组态建立与PLC通信，实时监控各个模块的工作情况，并根据实际数据和调度要求，对各个模块进行控制。可视化操作人机界面友好，可以实时显示各个设备的工作状态，及时记录历史数据，并实现实时/历史报警功能。在整个PLC控制系统中，控制和通讯基本实现了自动化，对于水厂的高效运行提供了保障。
2.3水厂控制系统存在的问题
尽管我国的自来水厂生产基本实现了基于PLC的自动化控制，但是在实际生产中仍然存在一些问题需要解决。首先，国内大部分水厂没有实现真正的全部自动化。主要原因包括以下两个方面。一方面，我国水厂的生产工艺和管理水平有限，自动化运行受操作人员主观影响较大，最终一些设备不得不改成手动控制，造成自动化控制资源的浪费。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另一方面，由于技术限制，我国自动化控制系统的设备基本需要国外进口，产品之间的兼容和通讯经常出现问题，阻碍了自动化生产的进程。其次，我国的水厂自动化设计和改造过程中，没有充分发挥自动化控制系统的优势，实现自来水生产的稳定、可靠、节能等方面的目的。设计过程没有统一的调度和自上而下的逐层深入设计，造成自动控制关键环节问题多发，最终造成设备闲置，浪费了大量设备资源。
3水厂供水系统PLC控制系统设计
供水系统是水厂自动化控制系统中的重要组成部分，保证整个城市供水管网的供水平衡、水压稳定，同时保证恒定的流量和扬程。既要保证用户用水的水压，又要保证水压稳定在管网额定压力以下的稳定数值，防止管网由于压力过大出现爆裂。因此，选取水厂供水系统进行PLC控制系统的设计，为水厂自动化生产系统PLC设计和优化提供参考和借鉴。
3.1控制方案设计
根据城市管网供水系统的用水特点，为了满足供水要求，水厂的供水控制系统一般采用分布式控制系统结构。整个系统一般包括以下三个层次的设计既：设备层、控制层和监管层，。其中，设备层主要包括变频器、流量、液位、压力传感器以及各类开关装置；控制层是供水控制系统的核心组成部分，选用PLC作为控制设备，实现对现场I/O设备的控制。通过现场总线与设备连接，将各个设备输入的信号经过运算后输出控制信号，实现系统自动化控制。同时，PLC通过现场总线与上位机通讯。由于上位机良好的人机界面优势，可以对系统进行实时监控和数据记录等。
3.2控制系统硬件设计
根据城市管网的用水特点，一般供水系统采用恒压变量的供水系统。该系统需要对数字量信号进行输入/输出，同时还需要完成模拟量信号的采集。例如，水压、流量、液位等测试信号都属于模拟量信号，需要输入PLC进行A/D转换后，在上位机进行显示记录。因此，在进行系统硬件设计时，需要预留模拟量I/O接口。水泵变频控制系统采用西门子公司的PLC完成，主机采用S7-300系列PLC中的CPU功能较强的315-2DP模块。变频器采用西门子公司的M4系列变频器，根据水泵的变频要求，采用适用范围较广的MM440变频器，对水泵电机进行变频控制。通过PWM方式运行，可利用数字量来控制模拟量，对降低成本、提高设备的使用寿命提供了保证。通过对模拟量信号的支持，可以直接采集模拟量信号，并计算电机转速。
3.3控制系统软件设计
根据设计，供水系统采用一台变频器控制三台机组。实际的运行工作中，根据管网需求，通过控制水泵调节管网的流量和压力。整个系统采用PID控制原理，首先PLC将传感器反馈的信号进行比较，通过PID控制运算，将结果输送到变频器。通过变频器控制水泵转速的增加和减小，实现管网流量的调节。同时，为了便于检修和维护，系统要定期按照要求进行倒泵。整个过程控制流程图。在实际编程过程中，为了编程方便，可以把变频程序进行单独编辑，实际运用中只需对功能模块调用就可以实现控制目的。
4结语
总而言之，随着时代的进步和城镇化建设的深入，对自来水厂的自动化控制也提出了更高要求。自来水供应要求实现连续性和不间断性。PLC技术作为过程工业应用最为广泛的自动化控制技术，其在自来水厂中的应用，对于提高自来水供水品质和供水的自动化、无人值守化程度提供了重要保障。为了保证系统的稳定运行，需要对控制系统的各个环节，包括泵房、滤池、加药等各个环节的自动化控制做好设计和选型，进而实现全厂运行自动化，充分发挥PLC的性能，为供水的安全、连续、稳定提供保障。
参考文献
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[2]敖波，黄锦绣.西门子S7-300PLC在自来水厂自动控制中的应用[J].沈阳大学学报，2004，（6）：24-26.
论文作者:田红梅
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/14
标签：水厂论文; 控制系统论文; 管网论文; 供水系统论文; 系统论文; 自动化控制论文; 自来水厂论文; 《基层建设》2017年第7期论文;