基于PLC的水厂自动控制系统

【摘要】文章首先探讨了水处理的工艺流程和PLC控制系统的模块划分，着重介绍了水厂PLC控制系统的应用，以此希望自来水厂能够充分利用并发挥该系统的功能，为企业现代化管理和生产创造更多的价值。

【关键词】自来水厂；水处理；PLC；应用

PLC是集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体且可编程的自动控制系统，其安全可靠、操作简单，在各行各业的应用十分广泛。水厂的水处理程序引用PLC自动控制系统，使水处理的各操作环节更加精确化，提高了供水质量和生产效率，实现自来水厂的现代化管理，并给企业带来十分可观的经济效益。

1、水厂水处理的工艺流程

虽然不同水厂在设备和水处理工艺方面有很大区别，但其基本的处理流程却基本相同，可分为：取水―药剂制备和投加―混凝―沉淀―过滤―消毒―送水。水厂的水源通常利用水泵抽取地表的湖泊、江河或地下水，并输送至净水厂，这种水源水质含有溶解物、胶体、悬浮物、细菌等有害成份，需要经过净水处理，去除水中的有害物质后，才可以向用户供给，保证供水安全。一般情况下，在水抽入至净水厂后，净水厂要按照生产工艺要求，配制各种药剂（通常为聚合化铝、硫酸铝、三氯化铝等），再将药剂和氯气投入原水中。药剂与水均匀的混合后，便开始产生化学反应，生成的氢氧化铝吸附水中的有害物质，形成大颗粒絮状的凝体，这一过程便是水处理的混凝过程。原水在沉淀池内混凝并生成絮状体后，在重力的作用下从水中分离，再流入沉淀区的沿水截面，缓慢流向出口区。此时，水中的杂质形成絮状颗粒并沉于沉淀池的池底。水处理工艺流程的过滤环节，是利用石英砂等具有黏附作用的滤料层，截住原水中的悬浮颗粒，清除细菌、有机物、病毒等有害物质，使原水进一步澄清。由于这个环节的有害物质，被吸附在石英砂等滤料层中，需要定期进行反冲洗工作。消毒处理则是对原水进行的杀菌和消毒过程，经过过滤处理后的原水浑浊度降低，部分残留的细菌、病毒等，将在此阶段被清除。消毒后的水存储在清水池内，再由水泵的提升加压，经过输、配管道，输送至用户。

2、水厂PLC控制系统模块划分

根据水处理的工艺流程，水厂PLC控制系统的子系统模块可以划分为六个子系统：中央控制室自动调度系统（PLC1）、取水泵房的自动控制子系统（PLC2）、加药与混凝自动控制子系统（PLC3）、沉淀自动控制子系统（PLC4）、过滤与消毒自动控制子系统（PLC5）、送水房自动控制子系统（PLC6）。各子系统均独立控制所管辖设备的操作运行，再通过通讯网络联结到中央控制室的上位机操作站。在中控室上位机的人机操作界面，进行控制指令的编程，由中央控制室的自动化调度系统，统一调度控制，实现整个生产过程的自动化控制。

3、水厂的PLC控制系统

3.1水厂PLC控制系统的主要功能

1）显示功能。通过中央控制室的人机交换界面，可实时、动态且形象地显示所有设备的运行状态、各水处理环节的主要技术参数，并以趋势图的形式，提示设定重要参数的变化情况。2）操作和控制功能。系统操作人员，在得到授权的条件下，可在中控室对系统内的任何设备进行人工操作，可直接对任何分控站的PLC做出编程或参数修改。3）报警功能。当运行的设备发生故障或设定的重要参数出现偏离时，PLC自动控制系统的人机交换界面，将做出画面和信息提示，并发出声光报警信号。同时，将事故发生的时间、位置等信息存入报警数据库，以便操作人员的后续事故排除。4）数据管理功能。PLC控制系统提供生产数据储存库，水处理的原始生产数据，将自动储存在数据库中，以便日后的数据分析、统计和事故调查。5）数据处理功能。系统利用在线参数与数据库中的数据，计算主要的生产指标。6）通讯功能。公司的总调度室，可直接向中控室下达指令，中控室也可将所有生产信息发送到公司。当系统接入企业内部建立的WEB服务器后，涉及水务生产的所有实时数据、统计分析数据等，均可通过内部网络查询，公司各部门也可同时共享系统的生产运行信息。7）输出和打印功能。根据公司的要求，系统可输出并打印生产所需要的各类报表。

3.2水厂PLC控制系统的应用

1）开关量的逻辑控制。传统的水厂控制系统对开关量的控制采用继电器，其操作过程复杂，但这种涉及开关量的逻辑控制，对PLC控制系统来说，却是一项最基本且容易实现的功能。通过PLC系统的简便操作，可完成水厂生产流水线中，涉及加矾、加氯等工艺流程的顺序控制、逻辑控制以及对单个设备的控制等。2）PLC的模拟量控制。水处理过程中的液位、压力、流量、温度等是持续变化的模拟量，而PLC控制系统通常会配置模数转换模块，可将模拟量与数字量互相转换（A转换D或D转换A）。操作人员只需在人机交换界面修改参数，即可对这些模拟量进行控制。3）过程控制。所谓过程控制，是指水处理过程中，通过PLC控制系统编制各种控制算法程序，实现对流量、压力、温度等模拟量的闭环控制。大部分PLC控制系统都配置PID模块，通过PID运行专用的PID子程序，是闭环控制系统通用的一种调节方法。4）数据处理。PLC系统具有操作、数据传送、数据转换、数学运算、排序等功能，可以实现对水处理的数据的采集、分析和处理。采集的数据与存储器内的参考值进行比较分析，利用通信网络向智能装置下达控制指令以纠正偏差，完成自动控制操作。同时，将采集的数据值可用表格形式打印，以供操作人员检查。5）通信及网络。PLC控制系统的通信涉及各子系统PLC之间、子系统与中央监控系统、PLC与智能设备间的通信。现如今，各水厂都建立内部WEB网络，净水车间、送水泵房、中央控制室等，通过100MB的工业以太网连接，确保水处理信息传输的及时性。

4、结束语

PLC控制系统是借助于上位机的编程来实现对下位机的自动控制，从而做到对水厂水质实时性和精确性的监控。这种系统功能完善、结构简单、组态灵活并具有较强的抗干扰能力，已成为水厂现代化运行管理的重要组成部分。其先进的自控技术，不仅解决了以往水处理过程的工况复杂、成本高等难题，而且提高了生产效率，降低了能源消耗，为水厂的效益增收和持续发展奠定了基础。

参考文献

冼科实（1989年-）男，汉族，大学本科，助理工程师，从事自来水厂自动化工作。