PLC自動化控制系統在水廠中的實踐探析

李 炯

（浙江中控信息產業股份有限公司，浙江 杭州 310051）

引言

PLC自動化控制技術在近年來開始迅速發展，并在社會中的多個領域被廣泛使用，尤其在自來水廠中，PLC自動化控制系統更加凸顯其重要地位。該系統具有較強的可靠性和抗干擾性，使用便捷靈活，在水廠中大大提高水處理質量，而且減輕工作人員的負擔，降低了維護成本，對水廠的整體運行起著至關重要的作用，也是保障人們獲取更高質量飲用水的重要手段[1-3]。

1 PLC自動化控制系統介紹

1.1 PLC控制系統概述

從用途上來講PLC屬于一種工業控制器，是工業控制系統的核心，主要用來接收現場信號，根據生產工藝、控制要求進行邏輯判斷，控制輸出設備運行。若從結構和原理上來講PLC屬于是一種計算機系統，是與繼電器控制系統完全不同的兩類控制系統。PLC典型硬件組成首先是中央處理器（CPU），它的作用是完成PLC內部所有的控制和監視操作。其次是存儲器，大體可分為系統程序存儲器、用戶程序存儲器兩類，用于存放系統程序、用戶程序和各類數據。然后是輸入輸出電路（I/O電路）主要作用是將PLC內部和工業現場進行電器隔離，起到一定的保護作用，其次能夠調理信號，將現場信號調理成CPU能夠處理的信號。最后是通信接口、電源以及外部設備等，以上是PLC的硬件組成。利用PLC實現控制的第一步是要編寫程序，首先要在計算機上編寫控制程序，也就是所謂的用戶程序，然后將程序下載到PLC的用戶存儲器當中；第二步是連接系統，也就是將按鈕與PLC的輸入電路進行連接、控制電動機的交流接觸器與PLC的輸出電路進行連接，以此來完成系統的硬件連接；當上述步驟完成后就可以運行程序，實現控制，當按下按鈕后，電信號就會被傳送到PLC，首先PLC的輸入電路會將電信號轉換成CPU可以處理的數據形式，存放到存儲器當中，然后CPU按照程序的控制邏輯讀取存儲器中相應數據進行運算，并將運算結果存放到存儲器中，最后輸出電路將存儲器中的結果數據轉換為驅動接觸器需要的電信號[4]。

1.2 PLC自動化控制系統的特點

1）具有較強的可靠性與抗干擾能力：這是PLC最重要的特點，根據調查研究顯示PLC可在幾十萬個小時之內保持無故障產生，而且通過掃描的方式大大降低了外界的干擾，其中還設置了故障的檢測與診斷程序，若受到外界干擾發生故障時可以自動將重要信息進行存儲。從硬件方面來講PLC的接口使用光電隔離且較為直觀，能夠有效消除高頻干擾，在不同的控制環境中都可以實現運用[5]。

2）使用較為便捷靈活：PLC的功能模塊較多，能夠形成不同功能的控制系統，而且PLC編程采用的是梯形圖作為編程語言，具有直觀形象的優點，不需要學習太多復雜的計算機知識也能夠在短時間內進行掌握。同時具有較高的容量，能夠根據運行生產的實際需要進行調整，并且運算速度較快、性價比較高。

2 PLC自動化控制系統在水廠運行中具備的優勢分析

2.1 提高了水廠的管理效率

利用PLC自動控制系統可以實現手動、自動控制任意切換，操作較為簡便，在凈化水的過程中，操作人員可根據實際情況所需選擇最適宜的控制方式。還可以對水凈化的過程進行實時監控，如果在運行過程中出現異常，PLC系統就會自動按照系統預設的分級將相應的警告信息發送到監測平臺，便于工作人員開展檢查。不僅如此還可以實時監測水廠的工作區域和控制室，將收集的各項數據信息傳輸到總平臺，通過數據顯示，工作人員能夠及時查看到設備的運轉情況和人員的操作情況，以此來降低設備發生故障的概率以及人員操作誤差[1]。當水廠的設備在運行過程中出現問題時，PLC系統會第一時間將發生故障的具體位置圖片傳輸至監測平臺中，自動分析故障原因并發出報警信號，方便維修人員及時發現故障點和檢修，節省了大量的檢查時間，也降低了設備的損壞程度。此外在水廠中需要大量的人力對水處理的各個環節進行監測管理，不僅增加了水廠的投入成本，而且難以保障各個環節的監測不會出現誤差。利用PLC技術可以完全規避此類問題的出現，系統能夠將各個環節的數據信息全部傳輸至平臺中，工作人員無需到現場進行監測就能夠實時掌握各環節的運行情況。其次PLC系統還能將水處理的動態畫面傳輸到平臺當中，完全實現了自動化動態管理，通過平臺工作人員可完全掌握水處理的各環節情況，做好提前預防工作。

2.2 提高了信息的管理效率

過去在水廠運行過程中需要技術人員對相關的儀器設備做好檢查并實時記錄，這樣的模式不僅容易產生數據誤差，還會嚴重影響水廠的管理效能，而且相關人員在檢查和記錄的過程中避免不了會產生漏檢或記錄不全的情形，如此一來對水廠的供水質量和穩定運行都會造成不利影響[2]。現如今隨著PLC自動化控制系統的引入使用，可以融合計算機技術開展檢測，在相關軟件安裝完成后，就可以對水廠中的各項運行設備進行檢測并對最終檢測的數據進行總結和上報，完全規避了傳統人工模式容易出現誤差、漏檢的現象。此外在水凈化過程中工序較多，也會產生許多數據信息，此時PLC自動化控制系統基于自身的存儲功能會將產生的數據信息進行存儲并運算，最后根據運算結果開展自動化分析，工作人員只需根據平臺分析的結果對設備的運行進行風險規避，從而降低水廠的運行成本，提高信息管理效率的同時，也提高了水廠的供水質量。

3 PLC自動化控制系統在水廠中的具體實踐

隨著人們對飲用水質要求越來越高，現如今PLC自動化控制系統在水廠中的應用越來越廣泛，實現了全面的智能化管理，提高了水廠的管理效率和供水質量，在一定程度上滿足了人們對水質的要求。PLC自動化控制系統在水廠中的實踐具體體現在以下幾個環節。

3.1 PLC自動化控制在水廠投加系統中的實踐

投加系統是水廠的重要組成部分之一，在水廠取到水源后，需要在水中投加化學試劑使水質達標，比如在水中加入明礬可以將水中極小的不溶性雜質凝聚在一起，形成較大的不溶性雜質，便于沉淀過濾，或者利用氯進行消毒等等[3]。在投加化學試劑的過程中，試劑量的多少是備受關注的問題。在過去的水廠中，加入多少化學試劑完全取決于相關人員的經驗，而且投加的設備比較簡單，如此一來經常會出現化學試劑投加過少導致水質不達標，或化學試劑投加過多導致資源浪費等現象。現如今利用PLC自動化控制系統完全改善了此類問題。比如水廠獲取水源后，在水中需加入明礬來去除不溶性雜質，此時利用PLC自動化控制系統能夠自動比對自然水源的渾濁程度和經過處理后水的渾濁程度，以此來控制加藥泵，PLC自動化控制系統根據測量值對明礬試劑的投加量進行調整，提高了試劑投加的精度。PLC自動化控制系統實現了對濁度儀、流量計、加藥泵等儀表的動態測量，合理控制明礬的投加量，將水廠沉淀池出水濁度控制在標準范圍內，完全規避了傳統人工操作容易出現水質不達標或試劑浪費等現象[4]。另外還需要利用氯對水進行處理，一方面是在水源進入絮凝池前加入氯試劑來降解水中的有機物，另一方面是在水源投入使用前加入氯進行消除處理。利用PLC自動化控制系統可根據傳感器的接收信息對氯試劑的投加量進行調節，能夠實時監控取樣泵、加氯機和漏氯警報器等設備。相比于傳統人工模式，減少了氯試劑浪費的同時，還能使最終出水的水質達到標準要求，實現了水廠投加系統的自動化控制。

3.2 PLC自動化控制在水廠濾池系統中的實踐

水廠過濾池是水處理的核心部分，主要是用來去除低濃度懸濁液中微小的顆粒物。當水廠獲取原水后，雖投加了氯試劑和明礬試劑來降解水中的有機物，但是水質仍不能滿足飲用要求，此時就需要進行過濾操作。水廠的過濾池主要是由液位系統和反沖洗系統構成[5]。液位系統主要是用來控制水量，通過感應水量對水泵的水量進行調節，實現合理分配，確保供水系統的正常運行。利用PLC自動化控制系統能夠對液位傳感器、觸摸屏、變頻器等設備進行自動化控制。液位傳感器可以感應到液位的變化，將感知到的數據轉換為電信號進行輸出，達到液位測量的目的；觸摸屏可以向計算機中輸出信息，利用觸摸屏取代傳統人工對現場信號的實時監控，使現場的設備具有更高的穩定性；變頻器能夠使電機獲取可變頻率電源，使水管中的壓力連續變化。其次反沖洗系統主要是用來清除濾料上的雜物，在系統啟動時需要對其進行控制，利用PLC自動化控制系統能夠確保反沖洗系統連續不斷的運行，對水泵進行良好控制，從而獲得穩定的沖洗水壓，此外還能實時監控水質參數，合理控制反沖洗系統的啟動時間。

3.3 PLC自動化控制在水廠出水加壓站中的實踐

原水在經過一系列處理后，再進行升壓處理就可為人們提供使用。利用PLC自動化控制系統不僅可以減少人員的投入成本，還能提高加壓站的安全性。通過信號柜獲取信息，再利用執行器柜控制各項設備，PLC自動化控制系統可以對出水水壓、水位、流量等進行實時監控，如若發現異常，會自動采取措施來恢復指標，與此同時也會發出警報信號，通知相關人員。由此可見利用PLC自動化控制系統不僅提高了出水加壓站的自動化水平，而且有效保護了加壓站的機組安全。

3.4 PLC自動化控制在水廠水質檢測中的實踐

待原水凈化過后需要開展水質檢測工作。利用PLC自動化控制系統與檢測設備相結合，對檢測設備中顯示的各項參數進行實時采集，如果發現某一項參數超出了標準，系統可自動定位并通知相關人員，實現了24 h水質檢測控制，進一步提高了水質的檢測效率，保障了水資源供應的安全性。

3.5 PLC自動化控制在水廠監控系統中的實踐

過去自來水廠的監控系統大多依靠于人工和相關設備的相互協作。利用PLC自動化控制系統后，可以結合順序控制和邏輯控制，實現對多項設備進行同時控制。水廠中的所有監控設備都與PLC控制中心相連，各臺監控設備的運行狀態及參數都可以傳輸到控制中心。而且PLC自動化控制系統還可以實現動靜態生產過程的數據采集，提高了資源配置效率。

4 結語

隨著人們生活水平的提高，對生活用水的水質提出了更高的要求，自來水廠傳統的水凈化處理模式已經難以滿足當下社會發展所需，所以引用PLC自動化控制技術是水廠發展的必然趨勢。