PLC技术在水厂自控系统中的应用

张乃成

张乃成

天津市华淼给排水研究设计院有限公司天津300190

摘要：PLC控制技术在水厂自动化系统水处理中的应用，实现了系统的自动化目标,大大降低了能耗,使工人的劳动强度大大降低,使自来水厂的管理水平和出水质量得到了改善,从而创造了良好的经济和社会效益。

关键词：PLC技术；水厂自控系统；应用

前言

当前只有对水厂的出水水质进行完善、将其能耗进行降低，才能使城市现代化对供水行业的需求得以满足，从而可以使水厂的管理水平和经济收益不断提高。将PLC控制技术应用在水厂的自控系统中，不但可以使系统的性能、可靠性以及产率得到提高，同时可以使水厂的操作成本大大降低，使其启动过程大大加快。因此具体研究PLC控制技术在水厂自控系统中的设计应用具有非常重要的现实意义。

1技术的基本论述

在工业环境中对专门的电子装置通过应用和设计的数学运算进行操作，使其可以监控水厂的水质和其他相关的数据，同时对相关的调节命令进行执行，这就是PLC控制技术。在水厂自控系统中应用PLC控制技术可以使工人们的体力和生产效率在一定程度减轻，同时可以使设备的耐用度和可靠性大大提高。

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，方便巡检人员根据实际情况进行操作。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。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水厂自动控制系统中控制技术的应用

3.1液位自动控制

在自来水厂的污泥处理过程中，搅拌机是必须要露出水面运行的，这样就需要满足一定的水位要求，经过测定表示，搅拌机要想始终在水面之下进行运行，其最低水位要维持在1.4m。如果是采用传统的人工控制，当水位高出这个界限时需要通知启动搅拌机运行，如果水位低于这个界限时就要通知停止搅拌机运行，这样不仅会影响到搅拌机的工作效率，同时也会导致工作人员难以专心进行工作，从而无法保证搅拌机的正常运行。通过运用自动化控制技术，将其与数据库技术紧密结合，对于搅拌机的水位采取中央系统的计算机控制，在此种情况下就不需要人工监控，可以实现计算机的自动监控，当水位高于界限时，中央控制系统就会发动指令启动搅拌机运行，而当水位低于这个界限时，中央控制系统就会发出指令停止搅拌机运行，从而确保搅拌机的正常工作，由此大大提高了搅拌机的工作效率，对于整个污泥处理系统工作效率的提升具有重要的促进作用。

3.2送水泵房PLC站

这一过程中PLC控制技术主要检测的参数包括三个方面：高低配间电量数据；泵机的运行、停止和故障；出厂水的流量、混浊度、余氯、液位以及PH值等相关数据。其控制功能主要体现在两个方面，即控制出水泵机以及对监控计算机的正确指令和参数进行接受和执行。

3.3PLC技术在加聚合氯化铝加二氧化氯的应用

这一过程中PLC控制技术检测的参数主要体现在两个方面：连续检测溶液池液、溶解池以及超高位报警；计量泵的开停、计量泵的故障、搅拌器的开停和故障、计量泵冲程加测以及计量泵变频装置手/自动等。这一过程中的主要作用就是向监控计算机输送加药泵、药池以及加氯设备的运行状态，同时对监控计算机的命令进行接收和执行。主要控制功能体现在以下几点：控制加药泵；监控加氯系统；监控室内聚合氯化铝液相关设备；向监控计算机输送加氯设备、聚合氯化铝液设备以及加聚合氯化铝设备的运行状态，同时对监控计算机的正确指令和参数进行接受和执行。

3.4滤池PLC站

3.4.1PLC技术在公共冲洗中的作用。这一过程中PLC控制技术检测的参数主要有以下几点：反冲洗水泵的开停和故障；反冲洗鼓风机的开停和故障；出口阀的开关和故障以及出口旁路阀开关和故障；反冲洗水泵电流。这一过程PLC控制技术主要的作用就是用FIPWAY网络连接主站和子站，在子站内编写滤池的运行和反冲程序。为系统的安全性提供保障以及便于检修滤池的控制系统是其主要的目的。控制反冲洗、切换反冲洗设备以及对滤格子站进行控制等是这一过程中PLC控制技术的主要控制功能。

3.4.2各滤格PLC站。这一过程中PLC控制技术主要检测的参数包括损失的水头、清水阀的开度、滤格的液位和各个阀门的状态等。控制滤池的恒水位过滤是PLC控制技术的主要控制功能。PLC控制技术对滤格清水阀开度的控制主要是按照每个滤池的液位仪数据进行的，从而为滤池的水位恒定提供保障，低于21cm是其控制的精度。其中过滤周期、强制方式和压差值是控制滤格反冲洗的主要内容。

3.4.3PLC技术在沉淀池中的应用

这一过程中PLC控制技术主要检测的参数有沉淀池水位、沉淀池分管进水阀的状态、开关状态以及故障状态、沉淀后的混浊度；排泥机的运行、停止和故障状态等。PLC控制技术的主要作用就是将沉淀池按照生产的实际需求进行启用或者停止；排泥工作的安排主要是按照污泥浓度的开关或者时间周期决定的，同时对监控计算机的命令进行接受和执行。主要控制功能就是对沉淀池进行启用和停用、对排泥机进行设定以及对排泥阀的运行周期进行设定等。

结束语

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：

[1]王峰.关于PLC在工业自动化控制领域中的应用分析[J].科技展望，2015，（5）：159

[2]曾庆杨.PLC控制技术在水厂自控系统中的设计应用[J].科技与企业，2013，（03）.