管永亮（中色科技股份有限公司，471039）

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PLC在自來水廠濾池控制中的應(yīng)用

管永亮（中色科技股份有限公司，471039）

自來水的生產(chǎn)過程普遍采用帶有PLC控制的自動控制技術(shù)，不僅節(jié)省了人力，而且也對自來水生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了合理的調(diào)度，同時也能對水質(zhì)、壓力、節(jié)約投藥量和動力，安全運(yùn)營提供可靠保證，提取運(yùn)行數(shù)據(jù)。因此，可編程控制器在水廠濾池控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，具有很現(xiàn)實(shí)的實(shí)際意義。

自來水廠濾池系統(tǒng)；自動控制技術(shù)；PLC

1　水廠PLC自動控制系統(tǒng)概述

1.1水廠自動控制系統(tǒng)

在當(dāng)下水廠水處理過程中，自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用是其顯著特征。目前在國內(nèi)主要采用以下的三種自動控制系統(tǒng)：FCS（現(xiàn)場總線控制）、DCS（集散控制）、IPC+PLC（可編程控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）。其中IPC+PLC控制系統(tǒng)技術(shù)相對成熟，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好，開發(fā)簡單，操作方便。

1.2水廠自動控制系統(tǒng)的功能

水廠應(yīng)用自動控制系統(tǒng)的目的：通過自動控制系統(tǒng)的控制來提高水廠的自動化程度，進(jìn)而來對自來水的生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)控，以達(dá)到提高自來水廠經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的目的。具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.2.1節(jié)約能源

水廠在自來水處理的過程中能耗一直很大，通過自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠很好的節(jié)約能源。例如對水泵電機(jī)的智能控制，使水泵電機(jī)按照恒定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行，就能有效避免電能浪費(fèi)的問題。

1.2.2水質(zhì)的控制

在自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)的作用下，能夠保證水質(zhì)的安全可靠性。例如可以根據(jù)原水質(zhì)的情況，來自動的對原水進(jìn)行一些處理：如根據(jù)設(shè)定的隨渾濁目標(biāo)來對原水進(jìn)行沉淀，計(jì)算出需要的加藥量。在保證水質(zhì)的前提下，節(jié)約了不少運(yùn)行成本，包括人力、藥劑費(fèi)用等。

1.2.3單體處理部分的優(yōu)化運(yùn)行

自動控制系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的運(yùn)行要求對各個單體部分的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)節(jié)，通過改變反沖洗的周期和沖洗時間來實(shí)現(xiàn)各個單體部分在最優(yōu)狀況下安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

2　PLC在水廠自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1PLC在水廠監(jiān)控系統(tǒng)中的作用

監(jiān)控系統(tǒng)對水廠自來水生產(chǎn)過程起著至關(guān)重要的作用，在監(jiān)控的過程中，操作人員通過上位機(jī)來對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控，以便于及時獲取數(shù)據(jù)來進(jìn)行實(shí)時控制。通過計(jì)算機(jī)組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)整個流程的可視化、可操作化。PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之后通過通訊協(xié)議來將實(shí)時數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)上傳至上位機(jī)，實(shí)時的反映整個系統(tǒng)的的運(yùn)行狀態(tài)，把整個水廠的工藝設(shè)備、送配電的運(yùn)行狀態(tài)、水的流量和渾濁程度等工藝參數(shù)進(jìn)行集中處理。以此來保證對水壓、水質(zhì)、和水量的要求。最大限度的保證水處理系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，最大限度的實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。

2.2PLC在水處理系統(tǒng)中遠(yuǎn)程操作的作用

系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操作就是通過上位機(jī)中的操作界面來實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場控制設(shè)備的控制。如在清水泵房里，水泵的運(yùn)行方式有自動、機(jī)械手動、和遠(yuǎn)程控制三種操作方式。通過上位機(jī)中的操作界面就能實(shí)現(xiàn)三種模式之間的切換：用鼠標(biāo)在上位機(jī)的控制窗口中點(diǎn)擊需要遠(yuǎn)程控制的設(shè)備，就能自動彈出相應(yīng)的遠(yuǎn)程操作界面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2.3PLC在自來水廠自動控制過濾程序中的應(yīng)用

在水過濾的過程中為了保證水的品質(zhì)和生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行，濾池在過濾的過程中就需要恒水位過濾。所謂的恒水位控制就是將濾池內(nèi)的也為控制在一定的設(shè)定值，這個設(shè)定值是根據(jù)水廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。而且恒水位的值是可以進(jìn)行變化的。其變化的控制就是通過節(jié)水閥的開度大小來實(shí)現(xiàn)的。

3　PLC在自來水廠濾池反沖洗控制過程中的應(yīng)用

3.1基于PLC的濾池反沖洗控制

濾池中反沖洗的控制系統(tǒng)包括反沖洗啟動過程和反沖洗進(jìn)行的過程兩個部分。反沖洗有兩個并列的滿足條件：水龍頭水量損失的情況進(jìn)行的反沖洗或者利用上位機(jī)進(jìn)行定時反沖洗。反沖洗的啟動有兩種方法：反沖洗控制在外界條件具備時自動啟動；或者基于上位機(jī)控制的控制界面控制來進(jìn)行。

3.2濾池控制中反沖洗控制系統(tǒng)的原理

濾池自動控制的過程中因?yàn)樾枰獙σ幌盗械拈_關(guān)閥，風(fēng)機(jī)和水泵進(jìn)行控制才能達(dá)到設(shè)定目的，所以反沖洗的過程相當(dāng)?shù)姆爆嵑蛷?fù)雜，反沖洗控制的過程如流程圖1所示，由以下的濾池反沖洗原理（流程圖）可以大致的看出反沖洗的過程。值得注意的是，在編制PLC程序的時候一定要嚴(yán)格限制開關(guān)閥的動作條件。因?yàn)殚y門是故障率較高的部件，所以在程序設(shè)計(jì)時，報(bào)警程序的合理編制也是必不可少的：其中有幾個閥門的故障報(bào)警更需要特別處理。分別是：在反沖洗的過程中清水閥容易發(fā)生故障，要解決這個問題，除了設(shè)計(jì)合理的報(bào)警程序，如果在較短的時間內(nèi)不能解決問題，那么就需要對進(jìn)水閥進(jìn)行打開控制，不然液位會不停的下降，直到沙面暴漏；在鼓風(fēng)機(jī)停止運(yùn)作后，關(guān)氣閥的故障，當(dāng)閥門故障產(chǎn)生時，正確的做法是避免其他濾格反沖洗的同時控制反沖洗結(jié)束并且進(jìn)入過濾環(huán)節(jié)。這樣才能有效避免出現(xiàn)濾格在切換手動模式的時候，鼓風(fēng)機(jī)仍然處于運(yùn)行狀態(tài)，盡量避免故障的發(fā)生。

圖1　

4　PLC在水位控制過程中的應(yīng)用

4.1基于PLC濾清池水位控制

自來水對水位的控制要求不是特別嚴(yán)格，允許存在一定的誤差。在這樣的要求下就可以采用開關(guān)閥來對液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣就能節(jié)約投資成本。在采用開關(guān)閥對液位進(jìn)行控制的前提下就要求必須要人為的編寫PLC控制程序，程序需要控制閥門的作用時間來控制閥門的位置，相應(yīng)的要求開關(guān)原件的動作需要根據(jù)開關(guān)命令來進(jìn)行打開或者關(guān)閉。

4.2基于PLC的濾清池水位控制的過程

根據(jù)PLC濾清池水位控制的要求，設(shè)計(jì)如圖2的PLC控制回路框圖。

圖2　

PLC將從液位計(jì)來的液位值與設(shè)定值進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷是不是超出預(yù)設(shè)的范圍，如果不在設(shè)定的數(shù)值范圍內(nèi)就就進(jìn)行水位判斷，決定是否對閥進(jìn)行動作：當(dāng)水位在設(shè)定值之上的時候，進(jìn)行開發(fā)操作，當(dāng)水位在設(shè)定值的下限時就給予開閥信號。水位合適的時候閥門就不進(jìn)行動作。在具體的實(shí)現(xiàn)的過程中需要解決兩個問題：①清水閥的動動作時間對水位的升降來說非常短，如果PLC不給出開關(guān)閥的命令，開關(guān)閥會一直動作到底；②水位信號始終不是靜態(tài)的，這就對水位的升降判斷造成一定影響。在實(shí)際的應(yīng)用中，這些問題是通過兩個定時器來進(jìn)行解決的。第一個定時器加載在開關(guān)閥的命令中，這通過這樣的設(shè)計(jì)方法把開關(guān)閥的動作限定在較短的時間內(nèi)。第二個定時器加在采樣的前面，把采樣的時間設(shè)定為每個定時器周期一次。通過這樣的方法便可以消除水位波動產(chǎn)生的影響。在編制程序的過程中需要對舊的采樣值進(jìn)行保存，并且和最新的采樣值進(jìn)行比較，就可以判斷水位的升降。

5　未來展望

伴隨著社會的進(jìn)步和社會的發(fā)展，自來水廠（企業(yè)）的自動化控制程度會越來越高，而自動控制的應(yīng)用也會越來越重要，自來水廠的自動化研究方向主要表現(xiàn)在下面幾個方面：

5.1多種優(yōu)化控制模型的開發(fā)和利用

多種優(yōu)化控制模型的開發(fā)和利用是自來水廠（企業(yè)）實(shí)現(xiàn)最大化的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的關(guān)鍵。其中泵站的多個目標(biāo)調(diào)度控制模型、供水管網(wǎng)的故障診斷模型、水廠工況的預(yù)測模型等都是開發(fā)的熱點(diǎn)。

5.2完全開放的自動化控制系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)化、分散化、智能化是自動化控制系統(tǒng)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。在這樣大的趨勢下，20世紀(jì)80年代開始，F(xiàn)CS（現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)）誕生了。在FCS的工作系統(tǒng)下，能夠形成真正意義上分散化控制，能夠很大程度上提高系統(tǒng)的可靠性。

5.3管控一體化的流行

在時代飛速發(fā)展的今天，對現(xiàn)代企業(yè)的管理要求和水平在不斷的提高，這就需要企業(yè)在對故障診斷、現(xiàn)場控制等信息進(jìn)行綜合處理的基礎(chǔ)上，形成一個更廣泛的管控一體化系統(tǒng)。

6　結(jié)束語

自來水廠自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，濾池控制是比較難設(shè)計(jì)的部分。其難度主要表現(xiàn)在反沖洗過程中各個動作原件的開閉順序和開閉條件上。對一些不方便使用PLC實(shí)現(xiàn)的功能，可以適時的采用上位機(jī)的編程來解決，通過上位機(jī)和PLC的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)自動控制的目的，能夠相互補(bǔ)充，能達(dá)到良好的效果。

［1］郭鳳文.水工業(yè)自動化控制技術(shù)的發(fā)展趨勢［J］.中國給水排水，2012 （07）.

［2］胡曉春.水廠自動化設(shè)計(jì)［J］.給水排水，2009（23）.

［3］汪光煮.城市供水行業(yè)2009發(fā)展規(guī)劃［M］.北京：工業(yè)出版社，2009：67～68.

2016-5-1

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