PLC在自來水廠濾池控制中的應用

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用

管永亮（中色科技股份有限公司，471039）

自來水的生產過程普遍采用帶有PLC控制的自動控制技術，不僅節省了人力，而且也對自來水生產的各個環節進行了合理的調度，同時也能對水質、壓力、節約投藥量和動力，安全運營提供可靠保證，提取運行數據。因此，可編程控制器在水廠濾池控制系統中的應用，具有很現實的實際意義。

自來水廠濾池系統；自動控制技術；PLC

1　水廠PLC自動控制系統概述

1.1水廠自動控制系統

在當下水廠水處理過程中，自動控制系統的應用是其顯著特征。目前在國內主要采用以下的三種自動控制系統：FCS（現場總線控制）、DCS（集散控制）、IPC+PLC（可編程控制器和工業計算機控制系統）。其中IPC+PLC控制系統技術相對成熟，系統的穩定性好，開發簡單，操作方便。

1.2水廠自動控制系統的功能

水廠應用自動控制系統的目的：通過自動控制系統的控制來提高水廠的自動化程度，進而來對自來水的生產過程進行監控和調控，以達到提高自來水廠經濟效益和社會效益的目的。具體體現在以下幾個方面：

1.2.1節約能源

水廠在自來水處理的過程中能耗一直很大，通過自動控制系統的應用能夠很好的節約能源。例如對水泵電機的智能控制，使水泵電機按照恒定的轉速運行，就能有效避免電能浪費的問題。

1.2.2水質的控制

在自動控制系統調節的作用下，能夠保證水質的安全可靠性。例如可以根據原水質的情況，來自動的對原水進行一些處理：如根據設定的隨渾濁目標來對原水進行沉淀，計算出需要的加藥量。在保證水質的前提下，節約了不少運行成本，包括人力、藥劑費用等。

1.2.3單體處理部分的優化運行

自動控制系統根據系統設定的運行要求對各個單體部分的運行進行監控和調節，通過改變反沖洗的周期和沖洗時間來實現各個單體部分在最優狀況下安全經濟的運行。

2　PLC在水廠自動控制系統中的應用

2.1PLC在水廠監控系統中的作用

監控系統對水廠自來水生產過程起著至關重要的作用，在監控的過程中，操作人員通過上位機來對現場進行監控，以便于及時獲取數據來進行實時控制。通過計算機組態軟件來實現整個流程的可視化、可操作化。PLC進行數據采集之后通過通訊協議來將實時數據、運行參數上傳至上位機，實時的反映整個系統的的運行狀態，把整個水廠的工藝設備、送配電的運行狀態、水的流量和渾濁程度等工藝參數進行集中處理。以此來保證對水壓、水質、和水量的要求。最大限度的保證水處理系統安全可靠的運行，最大限度的實現經濟效益。

2.2PLC在水處理系統中遠程操作的作用

系統的遠程操作就是通過上位機中的操作界面來實現對現場控制設備的控制。如在清水泵房里，水泵的運行方式有自動、機械手動、和遠程控制三種操作方式。通過上位機中的操作界面就能實現三種模式之間的切換：用鼠標在上位機的控制窗口中點擊需要遠程控制的設備，就能自動彈出相應的遠程操作界面，進而實現遠程控制。

2.3PLC在自來水廠自動控制過濾程序中的應用

在水過濾的過程中為了保證水的品質和生產的平穩運行，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的也為控制在一定的設定值，這個設定值是根據水廠的生產經驗進行確定。而且恒水位的值是可以進行變化的。其變化的控制就是通過節水閥的開度大小來實現的。

3　PLC在自來水廠濾池反沖洗控制過程中的應用

3.1基于PLC的濾池反沖洗控制

濾池中反沖洗的控制系統包括反沖洗啟動過程和反沖洗進行的過程兩個部分。反沖洗有兩個并列的滿足條件：水龍頭水量損失的情況進行的反沖洗或者利用上位機進行定時反沖洗。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；或者基于上位機控制的控制界面控制來進行。

3.2濾池控制中反沖洗控制系統的原理

濾池自動控制的過程中因為需要對一系列的開關閥，風機和水泵進行控制才能達到設定目的，所以反沖洗的過程相當的繁瑣和復雜，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格限制開關閥的動作條件。因為閥門是故障率較高的部件，所以在程序設計時，報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生故障，要解決這個問題，除了設計合理的報警程序，如果在較短的時間內不能解決問題，那么就需要對進水閥進行打開控制，不然液位會不停的下降，直到沙面暴漏；在鼓風機停止運作后，關氣閥的故障，當閥門故障產生時，正確的做法是避免其他濾格反沖洗的同時控制反沖洗結束并且進入過濾環節。這樣才能有效避免出現濾格在切換手動模式的時候，鼓風機仍然處于運行狀態，盡量避免故障的發生。

圖1　

4　PLC在水位控制過程中的應用

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格，允許存在一定的誤差。在這樣的要求下就可以采用開關閥來對液位進行調節，這樣就能節約投資成本。在采用開關閥對液位進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，相應的要求開關原件的動作需要根據開關命令來進行打開或者關閉。

4.2基于PLC的濾清池水位控制的過程

根據PLC濾清池水位控制的要求，設計如圖2的PLC控制回路框圖。

圖2　

PLC將從液位計來的液位值與設定值進行比較，進而判斷是不是超出預設的范圍，如果不在設定的數值范圍內就就進行水位判斷，決定是否對閥進行動作：當水位在設定值之上的時候，進行開發操作，當水位在設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行動作。在具體的實現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不給出開關閥的命令，開關閥會一直動作到底；②水位信號始終不是靜態的，這就對水位的升降判斷造成一定影響。在實際的應用中，這些問題是通過兩個定時器來進行解決的。第一個定時器加載在開關閥的命令中，這通過這樣的設計方法把開關閥的動作限定在較短的時間內。第二個定時器加在采樣的前面，把采樣的時間設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生的影響。在編制程序的過程中需要對舊的采樣值進行保存，并且和最新的采樣值進行比較，就可以判斷水位的升降。

5　未來展望

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

5.1多種優化控制模型的開發和利用

多種優化控制模型的開發和利用是自來水廠（企業）實現最大化的經濟效益和社會效益的關鍵。其中泵站的多個目標調度控制模型、供水管網的故障診斷模型、水廠工況的預測模型等都是開發的熱點。

5.2完全開放的自動化控制系統

網絡化、分散化、智能化是自動化控制系統領域的發展趨勢。在這樣大的趨勢下，20世紀80年代開始，FCS（現場總線控制系統）誕生了。在FCS的工作系統下，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的可靠性。

5.3管控一體化的流行

在時代飛速發展的今天，對現代企業的管理要求和水平在不斷的提高，這就需要企業在對故障診斷、現場控制等信息進行綜合處理的基礎上，形成一個更廣泛的管控一體化系統。

6　結束語

自來水廠自動控制系統的設計中，濾池控制是比較難設計的部分。其難度主要表現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實現的功能，可以適時的采用上位機的編程來解決，通過上位機和PLC的結合來實現自動控制的目的，能夠相互補充，能達到良好的效果。

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

［2］胡曉春.水廠自動化設計［J］.給水排水，2009（23）.

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2016-5-1

TP273.5

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2095-2066（2016）14-0005-02