自動(dòng)化控制在凈水生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

【摘要】隨著科技的發(fā)展，時(shí)代的進(jìn)步，自動(dòng)化控制已是新型企業(yè)的一個(gè)重要標(biāo)志。平定供水管理局凈水站是一個(gè)小型的現(xiàn)代化凈水站，于2017年元月1日正式投運(yùn)。筆者根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)踐，對(duì)自動(dòng)化控制在凈水生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行分析探討。

【關(guān)鍵詞】?jī)羲a(chǎn)；自動(dòng)化控制；PLC技術(shù)

1、凈水站自動(dòng)化控制

自動(dòng)化控制，是指在沒(méi)有人直接參與的情況下，利用外加設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或是生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。它的基本要求是：穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性。

按既定水處理工藝要求，原水→多介質(zhì)過(guò)濾器→保安過(guò)濾器→納濾（產(chǎn)水）→濃水回收納濾系統(tǒng)（產(chǎn)水）進(jìn)行自動(dòng)控制，完成凈水生產(chǎn)任務(wù)。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，以可編程控制器（PLC）組成分布式集散系統(tǒng)，對(duì)凈水生產(chǎn)過(guò)程控制、參數(shù)及運(yùn)行狀況的監(jiān)視，、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)切換、實(shí)時(shí)記錄等。完全實(shí)現(xiàn)中控操作，一鍵啟停，各控制站無(wú)人值守。

2、系統(tǒng)的的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由主站和IO分站組成，并且預(yù)留遠(yuǎn)期擴(kuò)展接口、遠(yuǎn)程監(jiān)控接口，提高系統(tǒng)的可靠性，觸摸屏對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.1控制系統(tǒng)的形式

充分考慮凈水站運(yùn)行管理的需要，采用了集成架構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，全站自控系統(tǒng)分為三層結(jié)構(gòu)：信息層、控制層、設(shè)備層。

信息層：由凈水站監(jiān)控中心操作員站、工程師站、以太網(wǎng)交換機(jī)、LCD顯示屏等監(jiān)控操作設(shè)備及局域網(wǎng)組成。

控制層：由PLC主站、子站及監(jiān)控系統(tǒng)等組成。

設(shè)備層：由現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備、檢測(cè)儀表、高、低壓電氣柜上智能單元及現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)等組成。

2.2 控制模式

所有設(shè)備的控制模式設(shè)三級(jí)控制：就地、現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站、水站監(jiān)控中心。上、下級(jí)控制級(jí)之間，下級(jí)的優(yōu)先權(quán)高于上級(jí)。

就地控制級(jí)：設(shè)有“遠(yuǎn)程/就地”兩種方式 ，各設(shè)備均可通過(guò)“遠(yuǎn)程/就地”選擇開(kāi)關(guān)切換實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，優(yōu)先級(jí)別最高。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)PLC站了發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)就地控制級(jí)的切換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)設(shè)備就地手動(dòng)操作。當(dāng)設(shè)備危及人身安全或管路破裂出現(xiàn)大量出水等緊急情況時(shí)，可立即就地停運(yùn)設(shè)備，避免故障范圍擴(kuò)大以致造成事故。

現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站級(jí)： 現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站通過(guò)軟件設(shè)置“自動(dòng)/手動(dòng)”模式切換。處于本級(jí)控制時(shí)，可對(duì)設(shè)備的控制模式及設(shè)備運(yùn)行操作，并可調(diào)節(jié)本站的設(shè)置參數(shù)。當(dāng)操作權(quán)限在下級(jí)時(shí)，不影響對(duì)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視功能。

水站中心控制室級(jí)：本級(jí)通過(guò)軟件設(shè)置“自動(dòng)/手動(dòng)”模式切換。當(dāng)處于本級(jí)控制時(shí)，可對(duì)凈水站的設(shè)備控制模式及設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行操作，并可調(diào)整運(yùn)行設(shè)置參數(shù)。當(dāng)操作權(quán)限在下級(jí)時(shí)，不影響對(duì)設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視功能。優(yōu)先級(jí)最末，自控操作最頻繁。

2.3 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心集中實(shí)現(xiàn)對(duì)全站的工藝流程的監(jiān)控。在控制圖形上通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行修改，對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)和控制設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)；在設(shè)備及工藝過(guò)程中發(fā)生故障時(shí)發(fā)出警報(bào)，顯示故障點(diǎn)和故障狀態(tài)，按照?qǐng)?bào)警級(jí)別作出相應(yīng)反應(yīng)，記錄故障信息；可設(shè)立不同的安全操作等級(jí)，針對(duì)不同的操作者設(shè)置相應(yīng)的加密等級(jí)，記錄操作員及操作信息。

2.4 現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站

PLC控制站可獨(dú)立于監(jiān)控中心進(jìn)行本區(qū)域及相關(guān)工藝流程的監(jiān)控。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站內(nèi)設(shè)備，包括水泵、閥門設(shè)備監(jiān)控、對(duì)液位、取水總管壓力、流量、溫度、壓力、液位、流量、PH值、濁度值、ORP值、電導(dǎo)率值等數(shù)據(jù)值檢測(cè)，實(shí)時(shí)檢測(cè)查膜處理工藝進(jìn)出水水質(zhì)變化，一級(jí)二級(jí)納濾膜過(guò)濾，出水及每個(gè)膜組件沖洗過(guò)程、輔助設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控等。其控制系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)通過(guò)環(huán)網(wǎng)送至中心控制室，接受遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3、PLC控制是凈水站自動(dòng)化控制的核心

PLC即可編程邏輯制器，它將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)融為一體，成為實(shí)現(xiàn)凈水站自動(dòng)化的核心設(shè)備，其具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、組合靈活、編程簡(jiǎn)單、維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。本站采用的西門子s7-300模塊化小型PLC系統(tǒng)。它通過(guò)分布式的主機(jī)架和3個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，可操作多達(dá)32個(gè)模塊。各種單獨(dú)模塊之間可以廣泛組合，以用于擴(kuò)展。

3.1 系統(tǒng)組成

s7-300PLC主要由下列幾個(gè)模塊組成：中央處理單元（CPU）；

信號(hào)模塊（SM）：用于數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出；通信處理器（CP）：用于連接網(wǎng)絡(luò)和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)接；功能模塊（FM）：用于高速計(jì)數(shù)，定位操作和閉環(huán)控制；負(fù)載電源模塊（PS）：用于將SIMATIC S7-300連接到120/230V交流電源或4/48/60/110V直流電源；接口模塊（IM）：用于多機(jī)架配置時(shí)連接主機(jī)架（CR）和擴(kuò)展機(jī)架（ER）。

3.2 在凈水生產(chǎn)中，PLC的主要功能是：

提升泵根據(jù)濃水回收池液位進(jìn)行啟停；

清洗泵根據(jù)CIP水箱的液位進(jìn)行啟停；

高壓泵根據(jù)提升泵房提升泵的運(yùn)行情況，可在人機(jī)界面手動(dòng)控制啟停，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間，自動(dòng)切換；

采集高壓泵、提升泵、CIP清洗水泵、風(fēng)機(jī)、加藥泵等機(jī)組的故障信號(hào)和運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)；

各機(jī)組根據(jù)運(yùn)行時(shí)間自動(dòng)切換；

采集車間現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)控制量

開(kāi)關(guān)量控制作為繼電器控制的替代品，PLC的自動(dòng)開(kāi)關(guān)量控制可以大大提高控制的可靠性。凈水站共有600多個(gè)開(kāi)關(guān)量， 每個(gè)開(kāi)關(guān)量模塊最多控制成32個(gè)開(kāi)關(guān)量。主要用于電動(dòng)閥的啟停、泵的啟停、加熱器啟停、攪拌器的啟停、手動(dòng)/自動(dòng)的切換等。

PLC的模擬量可以大大地提高過(guò)程控制系統(tǒng)的精度，它對(duì)液位、速度、壓力等量的升、降過(guò)程是進(jìn)行嚴(yán)格的控制，給過(guò)程的控制設(shè)計(jì)和維護(hù)帶來(lái)了極大的方便。凈水站200多個(gè)模擬量，每個(gè)模塊最多8通道。分別對(duì)溫度、壓力、液位、流量、PH值、濁度值、ORP值、電導(dǎo)率值進(jìn)行的設(shè)定與控制等。

4、結(jié)語(yǔ)

凈水站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制根本目的是提高生產(chǎn)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低耗和高效供水獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中，加大對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的探究，以更好地為凈水生產(chǎn)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 胡壽松 自動(dòng)控制原理 科學(xué)出版社 2001

[2] 鄧則明 鄺穗芳 程良倫 電器與可編程控制器的應(yīng)用技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 2002