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PLC在自来水厂控制系统中应用探究

发表时间：2021/5/12 来源：《基层建设》2021年第1期作者：金雅莉

[导读] 摘要：由于现在人们对水质的要求越来越高，所以对自来水厂的产业升级和资源优化已经成为现在水产业发展的核心环节，要尽量做到水质有保障、耗能更低，收益更好。

        天津泰达水业有限公司天津 300000
        摘要：由于现在人们对水质的要求越来越高，所以对自来水厂的产业升级和资源优化已经成为现在水产业发展的核心环节，要尽量做到水质有保障、耗能更低，收益更好。在自来水厂运用PLC技术不但能够增加整个系统的工作效率和稳定性，还能够减少人工的操作，实现更高的自动化标准。虽然PLC技术能够给自来水厂带来很大的经济收入和社会效益，但是相关人员还必须掌握它的特点以及优缺点。
        关键词：自来水厂； PLC；自动控制系统
        引言：
        随着社会经济的快速发展，人们的生活水平在一步步的提升，人们对于日常饮用水的关注度也在慢慢的增强，目前国内许多自来水厂对水净化处理的工艺要求在越来越严格。现在PLC技术已经广泛的应用在自来水厂的自动控制系统中，这种技术能够在自来水厂进行信息的采集和传递工作，并且还能够参与到水处理过程中的水质监控和工艺优化等方面。本文对PLC自动控制技术在自来水厂中的相关应用进行了探讨，并提出了一些观点供参考和使用。
        一、自来水厂控制系统概述
        自控系统主要由上位机监控系统、现场PLC站与各工艺段的控制设备及检测仪表等组成。其中上位机系统集中监视和控制整个分厂各个现场设备的运行,在线实时采集并显示厂区各现场监视仪表的主要测量参数。现场PLC站则实现对应各个工艺段的生产控制。配水厂和净水厂这两个相对独立的子系统之间通过电话网连接,以实现信息共享与遥控。净水厂与配水厂PLC站各用一个DH+高速数据网连接,同时与上位机通信,形成两个集散型控制子网络,实现了对整个生产过程的集中控制与分散管理。系统采用分层、分布式结构,各PLC工作站可独立地完成数据采集,控制等功能,还可在线调试、故障自诊断以及自带人机联系装置,便于实现功能、地理和负载上的分散。即使局部工作站失效,仅使系统功能略有降低,不影响整个系统的运行,实现了控制上的危险分散。各工作站通过DH+网和上层以太网相互通信,共享系统资源(主要是数据资源),使整个控制系统协调工作,实现集中显示、报警和操作、管理,并实现各种复杂规律的控制。
        系统的自身特点是在整个水厂的管理网上建立一定数量的监测点，由传感器和某些就地监控设备将监测点的信号收集整理，通过无线电台将数据传送到监控中心，中心计算机对各监测点的数据进行分析，然后对各单井运行情况进行合理的调度，使水厂生产安全可靠地运行。
        二、PLC控制系统的工作运行条件
        维护的重点内容是避免故障，不要等出了问题再维修，保证系统的正常运转才是维护工作的真正目的。让PLC处于正常工作状态应注意：第一，PLC安装时避免高温环境，安装位置不能避免震动的要采取减振措施。安装完毕，需要清洁完毕后方可通电。使用过程中也需要检查，以确定是否有松动的迹象，保证器件清洁，确保PLC工作环境(0~50℃为宜)，确保风扇等冷却设备运转正常，保证工作可靠性并且有效提高它工作效率和寿命。第二，抑制电源、输入端、输出端干扰，为PLC接专用线路。动力电缆和控制电缆要分开铺设，输入接点与动力设备接点分开。在使用过程中，要定期对PLC接点接触优良性进行检查，如I/O模块等容易损坏的部件要留有备件。第三，PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。电磁阀、接触器等PLC外部输出元件故障率远远高于PLC本身，这些电子元件短路短路，很可能会将电路板烧毁。所以我们应当选用合适的电熔丝保护输出元件。
        三、PLC自动控制系统设计
        根据本系统的工作流程可得出以下5点对自来水控制系统的控制要求：①当取水区低于最低水位时，抽水泵将会自动停止并在操作台显示相应的水位标志，向上位机发出报警信号。②当清水池水位低于下限水位时，抽水泵开始抽水，并向清水池输水；根据相应的设定值启动加压泵，当清水池的水位高于上限位时，加压泵和抽水泵停止运行。③当水塔的水位低于下限水位时，如果清水池的水位高于下限水位，则各加压泵会向水塔输水；如果水塔水位高于上限水位，则各加压泵会停止向水塔输水。④检测上位机系统的运行状态，及时发出报警信号，实时显示取水区、清水池、水塔的水位。⑤本系统的要求为运行安全、可靠，手动操作、自动操作方便可行。
        四、PLC在自来水厂控制系统中的应用分析
        1.监控系统
        PLC应用到自来水厂的中控室计算机监控系统中，专门用于监督自动化控制系统，把控自来水厂的运行过程。中控室计算机监控系统，是自动化控制系统的核心，连接了自来水厂各个模块的主站PLC。自动化控制中的操作系统，利用通讯联络的方法，复杂联系主站的PLC，实现了自动化控制系统中的资源共享。监控系统运用PLC，不仅能监控自来水厂自动化控制系统的运行，还能展示主站通讯的状态，控制人员在中控室，通过计算机监控系统，就能了解自动化控制系统。PLC配合监控系统中的软件，直观反馈出自动化控制系统内，加药间、沉淀池、送水泵站的基本信息。

        图1 系统控制流程
        2.送水泵房的PLC系统
        送水泵里的PLC系统的主要监控有：高配间和低配间的电量信息；从自来水厂流出去的水的流量、浑浊度、PH等一系列数据；还有水泵的各种运转信息等。这个系统还能控制水泵执行来自监控站的信息和指令。
        3.加药系统
        自来水厂中的加药系统，运行比较复杂，而且操作的时间长，加药过程中，涉及到大量的影响因素，增加了自动化控制的难度。我国很多自来水厂，采用目测观察的方法，监测水质加药的用量，不利于加药的准确性，也会降低自来水厂自动化控制系统的工作效益，导致加药操作没有依据。例如：自动化控制系统中的混凝剂投入量，采用PLC控制，确保混凝剂投入的准确性，保障自来水厂出水清洁，更重要的是提升水质质量，既可以缓解自动化控制系统的工作强度，又可以提升自来水厂的水质。PLC在加药的自动化控制中，主要利用了流动电流的方法，前馈变量是自来水厂的原水流量，加药取样之后，获取流动电流的反馈变量，此时PLC会接收到自来水厂的流动电流信号，和自动化控制系统内的设定值比较，进而实现了加药量的控制。PLC不仅可以控制加药量，还可以自动化的控制加药频率，直接控制系统的变频器，实时控制加药系统的工作频率以及加药量，确保实际加药量，贴近自动化控制系统的设定值。
        4.沉淀池PLC技术
        沉淀池中也大量应用了PLC自动控制技术，这个系统检测的主要参数有：沉淀池的液位高低、液体SCD值、浑浊度、各个水阀的实时状态；排泥机的多个实时运行状态等。这个系统的主要作用是根据检测到的信息来控制沉淀池的工作，就是说可以根据沉淀池中污泥浓度的高低来控制排泥机是否工作。
        五、PLC系统在自来水厂中的应用发展趋势
        因为计算机的操作和执行几乎不会出现错误，而我们日常很多的工作都充满着枯燥和乏味，这些工作正好可以使PLC技术得到发展。如今PLC技术不仅仅使用在自来水厂，它已经更多的渗透到日常工作和生活中的方方面面。预计在不久之后，自来水厂的许多工作都会由计算机来代替，而人们要做的只是负责维护和保养计算机进行正常的工作就行.所以说，PLC技术在自来水自动控制方面一定会有很大的发展潜力。
        六、结束语
        随着城市经济建设的发展，城市现代化水平也不断提高。为了适应城市现代化对供水行业的要求，最大限度地改善自来水厂出水水质、降低能耗、提高企业的管理水平和效益，对自来水生产过程进行自动控制就成为实现这一目标的主要技术手段。PLC自动控制对于水厂自动化控制的最基本、也是最广泛的影响，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于水厂单个设备的控制，也可同时用于多个水厂自动化流水线。该技术既节省人力，满足经济运行也能改善出水水质的需要，因此，在自来水厂中得到了广泛的应用。
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