王喜鋒

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC在工程中應(yīng)用也日益廣泛。在現(xiàn)代凈水廠的控制系統(tǒng)中，PLC的身影隨處可見。文章中，筆者以某凈水廠作為例子，詳細(xì)闡述了PLC在中心控制站、現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作員站、反沖洗間控制單元、濾池控制單元的應(yīng)用并根據(jù)其缺陷提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：PLC；凈水廠；濾池；應(yīng)用；改進(jìn)

PLC在現(xiàn)代凈水廠的應(yīng)用方面占到了舉足重輕的地位，一方面由于其高效、便捷、安全等優(yōu)勢(shì)，而更重要的是其擴(kuò)展靈活、結(jié)構(gòu)開放以及強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，使PLC不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中“分散控制、集中管理”的功能，而且對(duì)于中心控制站、現(xiàn)場(chǎng)控制單元、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制的分級(jí)控制也起著關(guān)鍵作用。

1 PLC在凈水廠濾池控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 中心控制站

目前大部分凈水廠濾池的中心控制站由控制工作站、管理工作站、PLC報(bào)警屏、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)以及UPS備用電源等附屬設(shè)備組成。中心控制站的功能主要是負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程監(jiān)控、控制以及管理水廠的其他生產(chǎn)設(shè)備。其在整個(gè)凈水廠濾池控制系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位，是整個(gè)控制系統(tǒng)的中心樞紐和核心。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)控制站

水廠的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控站主要由可編程邏輯控制器即我們所講的PLC、在線監(jiān)測(cè)儀、執(zhí)行器等構(gòu)成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控器的目的在于通過采集并處理生產(chǎn)過程中的邏輯控制、工況參數(shù)等，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊、修改模擬量設(shè)定點(diǎn)、遠(yuǎn)程診斷、自診斷等功能。一般現(xiàn)場(chǎng)控制站由五個(gè)子控制單元組成，以工藝流程按照順序進(jìn)行編號(hào)：第一號(hào)可編程邏輯控制器（PLC）為格柵及絮凝沉淀池控制單元；第二號(hào)可編程邏輯控制器（PLC）為反沖洗間控制單元；第三號(hào)可編程邏輯控制器（PLC）為自用水泵房控制單元；第四號(hào)可編程邏輯控制器（PLC）為加氯投藥間控制單元；第五號(hào)可編程邏輯控制器（PLC）為報(bào)警盤控制單元。

1.3 操作員站

操作員控制站是利用組態(tài)軟件編制的良好操作界面的工控機(jī)取代原有的操作員控制面板，從而讓操作員更加便捷的直觀了解掌握濾池中的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，使工作人員可以及時(shí)有效的調(diào)節(jié)濾池具體參數(shù)。

1.4 反沖洗間控制單元

反沖洗間控制單元的主要任務(wù)是對(duì)反沖洗泵及其出水閥門、鼓風(fēng)機(jī)及其出氣閥門等設(shè)備進(jìn)行順序控制、故障判斷和保護(hù)，此外，反沖洗間控制單元還對(duì)二十四格濾池可編程邏輯控制器的協(xié)調(diào)工作進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1.5 濾池控制單元

在濾池控制單元中每格濾池均設(shè)立有一臺(tái)獨(dú)立的PLC控制單元?？刂茊卧饕δ苁遣杉扛駷V池的水位、差壓、出水閥開度、閥門等的工況，同時(shí)對(duì)每格濾池的自動(dòng)反沖洗、恒水位閉環(huán)調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。濾池控制單元的工作原理為：在濾池中安裝水位傳感器、阻塞傳感器以及帶有變送器的可調(diào)節(jié)濾后水出水閥，PLC通過對(duì)設(shè)定值與濾池水位傳感器的檢測(cè)值相對(duì)比，從而對(duì)濾后水出水閥的開度進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，最終保證使濾水池在恒水位進(jìn)行工作，即達(dá)到PLC控制V型濾池恒液位運(yùn)行的目的。

2 PLC在凈水廠濾池控制系統(tǒng)中的問題

經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤調(diào)查顯示，隨著水廠實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的時(shí)間的推移，濾池的問題會(huì)逐漸暴漏。主要問題表現(xiàn)為：濾池出水氣動(dòng)閥門的氣缸動(dòng)作較剛投入使用時(shí)變得相對(duì)緩慢，閥門密封圈出現(xiàn)磨損導(dǎo)致發(fā)生氣體泄漏等。針對(duì)以上兩種問題通過排查等方法最終確定出現(xiàn)此項(xiàng)問題的原因?yàn)闉V池控制程序缺乏合理性不盡完善。在以上文中講述的控制方案，所有的控制都是基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)濾池水位而進(jìn)行的，對(duì)濾池出水閥的工作控制主要依靠給定開關(guān)閥的時(shí)長(zhǎng)來達(dá)到。此種模式局限在于未將出水調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作頻率考慮進(jìn)來，使液位完全控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。我們對(duì)其中一個(gè)格濾池的水位變換趨勢(shì)及閥門動(dòng)作趨勢(shì)展開跟蹤記錄其動(dòng)作曲線，與此同時(shí)統(tǒng)計(jì)濾后水調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作頻率發(fā)現(xiàn)：在30分鐘之內(nèi)閥門開關(guān)運(yùn)行了一百七十次，其動(dòng)作頻率竟然高達(dá)每分鐘5.8次，合計(jì)每天需要進(jìn)行八千三百五十二次動(dòng)作。這樣頻繁的動(dòng)作在實(shí)際運(yùn)行中無可避免的會(huì)對(duì)閥門產(chǎn)生非常大的損傷。因此閥門各部分構(gòu)件的磨損也在情理之中，這直接導(dǎo)致了驅(qū)動(dòng)蝶閥的雙作用氣缸缸體橡膠密封圈開始漏氣。一段時(shí)間以后，氣缸就必須要更換橡膠密封圈，否則氣缸因?yàn)閯?dòng)作緩慢而無法正常工作。

3 PLC在凈水廠濾池控制系統(tǒng)中的改進(jìn)措施

為了解決以上問題，完善控制程序，需要進(jìn)行三個(gè)階段的分析研究。第一個(gè)階段，為了得出PID控制算法表達(dá)式，我們需要搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)此項(xiàng)系統(tǒng)進(jìn)行整體辨識(shí)。第二階段，通過測(cè)試氣動(dòng)蝶閥的特性以及濾池特性，展開對(duì)氣動(dòng)蝶閥和濾池在整個(gè)控制系統(tǒng)的作用研究，從而得到其最優(yōu)的工作方法，從新整定PID算法參數(shù)值。第三個(gè)階段為試驗(yàn)階段。主要是借助PLC軟件進(jìn)行模擬測(cè)試，通過試驗(yàn)得到大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)尋找最優(yōu)方式，并對(duì)相關(guān)系統(tǒng)增加輔助條件，從而使系統(tǒng)得到完善和改進(jìn)。對(duì)于PID控制器參數(shù)的整定，我們采用工程整定法，借助于實(shí)際的工程相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，再充分考慮了執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其濾池特性對(duì)系統(tǒng)的影響后做出選擇，用試湊法得出結(jié)果。即：

對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及濾阻分析后修正為：

為了驗(yàn)證結(jié)果的可靠性，我們需隨機(jī)選擇兩格濾池進(jìn)行兩個(gè)周期即四十八小時(shí)監(jiān)控和檢測(cè)。實(shí)踐檢驗(yàn)證明該算法無誤已經(jīng)達(dá)到預(yù)期要求，但為進(jìn)一步完善，我們嘗試進(jìn)一步增加輔助條件：第一，每?jī)煞昼娸斎胍淮蜳ID指令；第二，在PID運(yùn)算后當(dāng)閥門小于百分之二的幅度時(shí)，不再輸出動(dòng)作指令；第三，加大PID調(diào)節(jié)死區(qū)的調(diào)節(jié)范圍，其在0.01米范圍波動(dòng)時(shí)，不再輸出閥門命令；第四，限制閥門調(diào)節(jié)幅度，禁止閥門的動(dòng)作超過百分之十。經(jīng)過對(duì)后期算法轉(zhuǎn)化的PLC系統(tǒng)、試驗(yàn)控制算法系統(tǒng)與源控制系統(tǒng)相比較，在水位控制指標(biāo)、閥門動(dòng)作計(jì)數(shù)以及閥門開度等各項(xiàng)數(shù)據(jù)中，后期算法轉(zhuǎn)化的PLC系統(tǒng)明顯有較大幅度的提升。這樣我們便得到最優(yōu)算法即改進(jìn)后的算法，證實(shí)其改進(jìn)的正確性、合理性，適合水廠進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。

4 結(jié)束語

總而言之，PLC在今后水廠的應(yīng)用中會(huì)越來越廣泛，越來越重要，功能也將越來越強(qiáng)大。但是不可忽視的是，隨著其長(zhǎng)期的不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，PLC中部分靈敏的電子元件參數(shù)不可避免的會(huì)受到影響乃至發(fā)生改變，這就直接導(dǎo)致了PLC算法會(huì)出現(xiàn)較大誤差。因此，在今后的應(yīng)用中，我們不但要享受PLC帶來的巨大效益，更應(yīng)該注意到它的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

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