基于PLC的水廠加氯自動控制探究

摘 要 本文介紹了PLC在水廠加氯消毒工藝自動控制中的應用，簡單闡述了控制方案和功能實現。

關鍵詞 PLC;水廠;加氯;自動控制

引言

加氯消毒是凈水處理過程中非常重要的環節，通過滅活病原菌和致病微生物，從而達到飲用水標準。國內自來水廠廣泛使用成本低廉的液氯消毒工藝，因為液氯屬于劇毒危化品，在采購、運輸、使用等環節都必須嚴格遵守相關制度和規程，稍有不慎都可能造成大的安全問題。近年來隨著城鎮供水企業安全技術管理體系的建設，既要提高供水水質，又要保障供水安全，對加氯消毒工藝運行和管理提出了更加嚴苛的要求。在計算機技術和通信技術的助力下，原始的人工操作方法正在被自動化生產逐步取代。這里結合本人工作，就基于PLC的水廠加氯自動控制進行初步探討。

1控制方案

1.1 加氯工藝

典型的水廠加氯工藝主要包括氯瓶存貯、正壓供氣、真空投加、余氯分析、漏氯處置等幾部分。氯瓶里揮發出來的氯氣通過角閥和柔性銅管進入無縫鋼管做成的匯流排，經過濾器后進入真空調節器，轉為負壓投加管道，經加氯機調整流量后沿管道到達高壓水驅動的水射器完成投加過程。加氯后的水經在線儀表分析余氯，以檢驗投加效果，從而進行投加調整，使得余氯指標滿足控制要求。氯瓶底下的電子稱在線檢測重量情況，正壓管道上安裝有壓力傳感器和用于氯瓶自動切換的電動閥門，氯瓶庫裝有漏氯探測報警儀和排氣扇并與漏氯回收中和裝置聯動運行。

1.2 控制需求

水廠加氯工藝自動控制的根本要求就是確保余氯達標和設備運行安全。可以理解為，除了必須現場人工操控的氯瓶與柔性管連接、檢漏和角閥開關外，其余流程均通過控制系統自動處理，根據水的流量或者余氯自動進行加氯機投加調整，保證出水符合控制指標要求;控制系統能對故障或生產異常狀況進行報警和及時處理，確保安全運行。當然了，值班人員可以遠程集中監控加氯生產情況，也可以隨時手動進行生產干預。

1.3 PLC方案

考慮加氯工藝特點和控制要求，控制方案我們選用基于PLC的集散控制系統，由廠級中央監控工作站和現場控制站組成全廠工業控制網絡。核心PLC系統采用基于Allen-Bradley技術的ControlLogix集成架構，這是一種把I/O邏輯順序控制和伺服運動控制集成在一起的PLC控制系統，由處理器、輸入/輸出、通信等模塊組成，模塊間通過機架背板進行通信，組網和編程都比較方便。各站點機架通過雙通道的同軸電纜連成環狀的主體控制網絡ControlNet，機架上的處理器Logix5550可以控制本地輸入輸出和遠程輸入輸出，網絡組態軟件RSLinx被用作控制（ControlNet）和數據通信層（EtherNet）的接口[1]。安裝可視化平臺RSView32的上位機通過以太網模塊EtherNet/IP接入ControlNet，實現上下位機通訊;工程師可以在中央監控工作站通過RSView32WORKS軟件完成用戶監控項目的開發，使用RSLogix5000編程軟件進行控制程序的開發以及在線修改;加氯現場控制站與濾池、加藥等其他站點一樣運行RSView32Runtime來實現工藝設備運行狀態監控[2]。

2功能實現

2.1 在線數據采集

控制系統按照加氯生產需要對關鍵運行參數進行采集，為PLC內部數據處理提供必要的支持，包括電子秤、流量計、壓力傳感器、余氯分析儀等在線檢測儀表的數據，以及各種設備和閥門的就地/遠程、開關、啟停、報警狀態等。

2.2 實現工藝控制要求

一般水廠的加氯工藝都分為前加氯和后加氯兩種投加方式，前加氯多選擇在吸水井或反應池前端投加，后加氯多選擇在濾池出水總管或清水池投加。前加氯按流量比例投加，PLC從原水進水流量計采集流量信號，經處理后輸出到真空加氯機的流量配比控制器SCU，由其控制帶傳感器的電動馬達，對加氯機投加閥桿進行調整，改變V型槽的大小，隨著原水流量的變化，按比例自動調節加氯機的開度。馬達上的傳感器也會給出一個位置信號至PLC，從而在上位機上可以遠程監控加氯機的開度，獲得實時投加流量[3]。后加氯采用流量比例與余氯信號雙因子復合控制投加，流量和余氯信號分別由濾池出水總管上的流量計和余氯分析儀經PLC傳遞給加氯機，復合環路控制器PCU根據流量隨時對加氯機開度進行調整，同時把余氯分析儀的反饋信號與設定余氯值進行比較，經過一定的滯后時間后做出調節，直到實際值和設定值符合為止[4]。

生產過程中，PLC根據正壓氯氣輸送管道上的壓力傳感器信號和電子秤信號，判斷是否空瓶，并通過開關相應的電動閥門完成濾瓶組的切換。當發生泄漏時，漏氯探測報警儀在向PLC反饋報警信號的同時，根據報警級別自動控制排氣扇或漏氯回收中和裝置的聯動運行，PLC綜合研判后自動關閉加氯系統等待故障處理，確保運行安全。

2.3 綜合管理功能

加氯自動控制系統除了能按照工藝要求進行自動化的工作，還能為現場值班人員和調度提供動態畫面顯示，以監視設備運行工況和其他工藝參數，能查看實時和歷史趨勢，并提供靈活的控制方式，方便必要情況下人工調整和干預生產，并完備保存設備的啟停和關鍵操作記錄，還具有報警查詢和報表打印等功能。

3結束語

基于PLC的自動控制系統能充分滿足水廠加氯工藝生產要求，數據采集與通訊正常，運行操作方便，控制精度較高。本控制系統穩定運行幾年來，供水水質穩定，生產成本得到降低，運行效果較好。

參考文獻

[1] RockwellAutomation.ControlLogixSystemUserManual[ED/OL].https：//www.doc88.com/p-1768982829761.html，2016-03-09.

[2] RockwellAutomation.RSView32GettingResultsGuide.

[3] 唐震.自動控制技術在水廠加氯系統中的應用[J].制造業自動化，2006，28（12）：54-55.

[4] 劉淑明，井新，張先松.PLC在水廠加氯自動控制系統中的應用[J].可編程控制器與工廠自動化，2009，（6）：62-64，83.

作者簡介

劉淑明（1977-），男;工學學士，工程師，現就職單位：煙臺市福山自來水有限公司，研究方向：從事水廠生產自動化研究與應用工作。