PLC在水厂自动化控制系统中的应用

摘要:PLC自动控制系统是现代化水厂中不可或缺的技术。本文主要介绍了PLC在水厂自动化控制系统中的应用，对系统的组成与控制方案进行了论述，取得了令人满意的效果，为该技术今后的应用提供指导。

关键词:PLC；自动控制；控制方案；配置

中图分类号：TU991.35 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

进入21世纪，水资源成为了社会关注的热点问题。水是社会发展和人们生活不可缺少了一种资源。自来水厂作为一个地区的重要基础设施，能否安全、经济运行对该地区的生产和生活有着重要影响。随着新技术的出现，PLC在水厂的应用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工作效率和设备的耐用性有着重要意义。因此，该技术在自来水厂中得到了广泛应用。

2 工艺介绍与自动控制内容

2.1工艺介绍

某水厂日处理水80000m3，聚合铝溶液与原水混合后，经反应沉淀，再经过石英砂过滤处理，在处理过程中加入适量的氯气进行杀菌与消毒，并且保证出厂水余氯达到一定量，就是经常所说的水处理常规工艺，流程图如图1。

图1

2.2自动控制内容与要求

2.2.1加药自动

2.2.2前加氯和后加氯自动

2.2.3漏氯需报警（设定值可以改变）并且自动开启中和吸收装置

2.2.4滤池采用恒液位（液位设定值可以改变）控制

2.2.5滤池周期（周期设定可以改变）反冲洗与水头损失反冲洗

2.2.6回收液位报警（设定值可以改变）并且此时滤池不能反冲洗

2.2.7进水流量低于1500m3/h时，滤池不能反冲洗

2.2.8供水采用恒压供水方式并且根据需要能自动启动和停止备用泵

2.2.9出水流量和原水流量累计值要存储

2.2.10现场所有的生产数据均在中央控制中心能监视到，所有的设备都有自动和现场手动两种控制方式，当设备的控制方式切换到自动控制时，该设备可以在中央控制中心进行控制与监视，当设备切换到现场手动控制时，中央控制中心能监视到该设备的运行情况

3 系统的组成与控制方案

3.1系统组成

系统组成使用DCS集散型控制系统见图2现场采用三个一级控制站PLC3、PLC4、PLC5和5个二级控制站（CD01A、CD01B、CD01C、CD01D、CD01E），一级站与一级站和一级站与二级站之间的通讯都用FipwayNet网连接完成，一级控制站与中央控制室内的PC机使用以太网（Ethernet）连接完成。

图2自动控制系统图

下面以其中一个一级控制站为例介绍PLC在此控制系统中硬件配置与软件的设置。

3.1.1硬件配置

PLC硬件配置主要由基架、CPU（TSXP57303）模块、电源模块（TSXPSY5500、TSXPSY2600）、数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块、通讯模块（ETY110），其中基架全部采用的是扩展基架型（在其型号后有个X标志，如：TSXRKY8EX），电源模块必须是从最左端插槽开始，CPU模块其次，其余的模块位置可以任意配置，但一旦配置好后，进行编程即不可更改，修理维护时，除CPU和电源模块需要断电外，其余模块的更换均可以带电热插拔。（如图3）

图3PLC硬件配置图

3.1.2对应的软件设置

首先要对基架进行拨号设置，在基架上有四个拨码按纽，根据现场情况进行设置，主基架定义为“0”号基架，拨码全部为“Off”位置，其余按照16进制来进行拨码。（见图4）

3.2控制方案说明

3.2.1．加药系统采用单闭环自动控制方式见图5

图5加药控制原理图

基于中央控制器设定的一个SCD值，结合原水的瞬时流量、原水PH值、原水浊度等重要参数自动投加药，药和水经过静态混合器混和搅拌后由SCD检测加药的效果，并转化成4-20MA信号反馈给PLC，PLC对设定值和反馈值进行比较后送给其内部PID控制单元计算，计算结果用来控制计量泵的变频器的频率，调整电机的转速改变加药的多少，从而达到自动投加药的效果。

3.2.2．加氯系统自动控制方式与漏氯控制方式

3.2.2.1前加氯控制方式

中央控制器设定的一个前加氯系数值给PLC3，PLC3将采集到原水的瞬时流量与此设定值相乘做相应的处理后将结果转化成4-20MA信号送给前加氯机，前加氯机按照此值进行加氯。

图4硬件对应软件地址图

3.2.2.2后加氯控制方式

中央控制器给PLC4设定一个滤后水的余氯所需值，PLC4对现场的余氯分析仪器所测的的余氯值进行实时采集，将两值进行比较，将此结果通过Fipway网送给PLC3，PLC3发出指令来控制后加氯机的加氯量。

3.2.2.3漏氯控制方式

当现场测量仪器测的现场氯气量超过中央控制器设定的限定值时，PLC3发出报警信号，并且开启漏氯吸收中和装置。

3.2.3．滤池过滤与反冲洗控制方式

3.2.3.1滤池的恒液位控制方式见图6

图6恒液位控制原理图

PLC4对现场的液位变送器送出的模拟量进行采集后同中央控制器给出的液位设定值进行比较，若是现场的液位比设定液位高，PLC4发出指令让出水阀门开启大点直至全开，若是现场的液位比设定值小，PLC4发出指令让出水阀门关小点直至全关，这样达到恒液位的控制方式。

3.2.3.2滤池反冲洗

滤池在自动控制方式下有两种因素引起反冲洗，一种是按照冲洗周期（中央控制器内设定），周期性的过滤与反冲洗，另外一种是PLC对现场的水头损失信号进行实时采集，若是采集到的信号超过中央控制器内设定值,滤池进行反冲洗。但是不管是什么情况引起，在冲洗前都要通过Fipway网络检测另外一个控制站（PLC3）中的信号——回收池液位和进水流量。若回收液位过高报警或者进水流量低于1500m3/h时滤池反冲洗不能进行，直到该报警消除为止方可进行反冲洗。

3.2.4．恒压供水控制方式以及水泵的运行

3.2.4.1恒压供水控制方式

供水过程采用目前水厂最常用的恒压供水方式，是用PLC、变频器、水泵、出水压力变送器，液位变送器组成的一套闭环控制，原理图见下图7

图7恒压供水控制原理图

控制中心给PLC5一个基准压力值，PLC5将该值与出水压力变送来的值进行比较，经过PID计算后，用此结果来调节变频器的频率，调整水泵的转速达到恒压供水的效果。

3.2.4.2自动方式下，水泵的运行

在自动运行方式下开始启动运行时，合上变频器上的手动开关，PLC5首先检测水池水位，若水池水位符合设定水位(≥2.0m,5m*40%)要求，变频器输出频率从0Hz开始上升，此时压力变送器检测压力信号反馈给PLC5，由PLC5经PID运算后控制变频器的频率输出；如压力不够，则频率上升至49Hz，延时一定时间后，将备用工频泵投入使用。如用水量减小，出水压力超过设定压力，则PLC5控制变频器降低变频泵的输出频率，减少出水量来稳定出水压力。若变频器输出频率低于设定值（33Hz），而出水压力仍高于设定压力值时，PLC5开始计时，若在一定时间内，出水压力降低到设定压力，PLC5放弃计时，继续变频调速运行；若在一定时间内出水压力仍高于设定压力，PLC5将停止正在运行的工频水泵，单一运行一台变频泵。（按照目前的供水实际情况，开启一台变频泵和一台工频泵一定能够满足要求，因实际原因只有三台工频泵是用来备用的。）

3.2.5使用PLC的高速计数单元对现场流量计的脉冲进行累计，然后通过计算，把计算结果送到中央控制中心PC机内存储。

4 总结

该水厂采用PLC自动控制后，能耗和水质一直在同行业中保持领先。同时还提高了工人的工作效率，减轻了劳动强度，运行成本也稳步下降。

参考文献

[1] 林洁.PLC控制在水厂自动化控制中的运用[J].科技风,2011(08)

[2] 吴晓青.PLC在自来水厂滤池控制系统中的应用[J].中国仪器仪表,2002(S1)