基于PLC的水廠加氯自動(dòng)控制探究

摘 要 本文介紹了PLC在水廠加氯消毒工藝自動(dòng)控制中的應(yīng)用，簡(jiǎn)單闡述了控制方案和功能實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞 PLC;水廠;加氯;自動(dòng)控制

引言

加氯消毒是凈水處理過程中非常重要的環(huán)節(jié)，通過滅活病原菌和致病微生物，從而達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)自來水廠廣泛使用成本低廉的液氯消毒工藝，因?yàn)橐郝葘儆趧《疚；?，在采?gòu)、運(yùn)輸、使用等環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格遵守相關(guān)制度和規(guī)程，稍有不慎都可能造成大的安全問題。近年來隨著城鎮(zhèn)供水企業(yè)安全技術(shù)管理體系的建設(shè)，既要提高供水水質(zhì)，又要保障供水安全，對(duì)加氯消毒工藝運(yùn)行和管理提出了更加嚴(yán)苛的要求。在計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的助力下，原始的人工操作方法正在被自動(dòng)化生產(chǎn)逐步取代。這里結(jié)合本人工作，就基于PLC的水廠加氯自動(dòng)控制進(jìn)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(fā)出來的氯氣通過角閥和柔性銅管進(jìn)入無縫鋼管做成的匯流排，經(jīng)過濾器后進(jìn)入真空調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)為負(fù)壓投加管道，經(jīng)加氯機(jī)調(diào)整流量后沿管道到達(dá)高壓水驅(qū)動(dòng)的水射器完成投加過程。加氯后的水經(jīng)在線儀表分析余氯，以檢驗(yàn)投加效果，從而進(jìn)行投加調(diào)整，使得余氯指標(biāo)滿足控制要求。氯瓶底下的電子稱在線檢測(cè)重量情況，正壓管道上安裝有壓力傳感器和用于氯瓶自動(dòng)切換的電動(dòng)閥門，氯瓶庫裝有漏氯探測(cè)報(bào)警儀和排氣扇并與漏氯回收中和裝置聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。

1.2 控制需求

水廠加氯工藝自動(dòng)控制的根本要求就是確保余氯達(dá)標(biāo)和設(shè)備運(yùn)行安全。可以理解為，除了必須現(xiàn)場(chǎng)人工操控的氯瓶與柔性管連接、檢漏和角閥開關(guān)外，其余流程均通過控制系統(tǒng)自動(dòng)處理，根據(jù)水的流量或者余氯自動(dòng)進(jìn)行加氯機(jī)投加調(diào)整，保證出水符合控制指標(biāo)要求;控制系統(tǒng)能對(duì)故障或生產(chǎn)異常狀況進(jìn)行報(bào)警和及時(shí)處理，確保安全運(yùn)行。當(dāng)然了，值班人員可以遠(yuǎn)程集中監(jiān)控加氯生產(chǎn)情況，也可以隨時(shí)手動(dòng)進(jìn)行生產(chǎn)干預(yù)。

1.3 PLC方案

考慮加氯工藝特點(diǎn)和控制要求，控制方案我們選用基于PLC的集散控制系統(tǒng)，由廠級(jí)中央監(jiān)控工作站和現(xiàn)場(chǎng)控制站組成全廠工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。核心PLC系統(tǒng)采用基于Allen-Bradley技術(shù)的ControlLogix集成架構(gòu)，這是一種把I/O邏輯順序控制和伺服運(yùn)動(dòng)控制集成在一起的PLC控制系統(tǒng)，由處理器、輸入/輸出、通信等模塊組成，模塊間通過機(jī)架背板進(jìn)行通信，組網(wǎng)和編程都比較方便。各站點(diǎn)機(jī)架通過雙通道的同軸電纜連成環(huán)狀的主體控制網(wǎng)絡(luò)ControlNet，機(jī)架上的處理器Logix5550可以控制本地輸入輸出和遠(yuǎn)程輸入輸出，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)軟件RSLinx被用作控制（ControlNet）和數(shù)據(jù)通信層（EtherNet）的接口[1]。安裝可視化平臺(tái)RSView32的上位機(jī)通過以太網(wǎng)模塊EtherNet/IP接入ControlNet，實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通訊;工程師可以在中央監(jiān)控工作站通過RSView32WORKS軟件完成用戶監(jiān)控項(xiàng)目的開發(fā)，使用RSLogix5000編程軟件進(jìn)行控制程序的開發(fā)以及在線修改;加氯現(xiàn)場(chǎng)控制站與濾池、加藥等其他站點(diǎn)一樣運(yùn)行RSView32Runtime來實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控[2]。

2功能實(shí)現(xiàn)

2.1 在線數(shù)據(jù)采集

控制系統(tǒng)按照加氯生產(chǎn)需要對(duì)關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集，為PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)處理提供必要的支持，包括電子秤、流量計(jì)、壓力傳感器、余氯分析儀等在線檢測(cè)儀表的數(shù)據(jù)，以及各種設(shè)備和閥門的就地/遠(yuǎn)程、開關(guān)、啟停、報(bào)警狀態(tài)等。

2.2 實(shí)現(xiàn)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(yīng)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(jìn)水流量計(jì)采集流量信號(hào)，經(jīng)處理后輸出到真空加氯機(jī)的流量配比控制器SCU，由其控制帶傳感器的電動(dòng)馬達(dá)，對(duì)加氯機(jī)投加閥桿進(jìn)行調(diào)整，改變V型槽的大小，隨著原水流量的變化，按比例自動(dòng)調(diào)節(jié)加氯機(jī)的開度。馬達(dá)上的傳感器也會(huì)給出一個(gè)位置信號(hào)至PLC，從而在上位機(jī)上可以遠(yuǎn)程監(jiān)控加氯機(jī)的開度，獲得實(shí)時(shí)投加流量[3]。后加氯采用流量比例與余氯信號(hào)雙因子復(fù)合控制投加，流量和余氯信號(hào)分別由濾池出水總管上的流量計(jì)和余氯分析儀經(jīng)PLC傳遞給加氯機(jī)，復(fù)合環(huán)路控制器PCU根據(jù)流量隨時(shí)對(duì)加氯機(jī)開度進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)把余氯分析儀的反饋信號(hào)與設(shè)定余氯值進(jìn)行比較，經(jīng)過一定的滯后時(shí)間后做出調(diào)節(jié)，直到實(shí)際值和設(shè)定值符合為止[4]。

生產(chǎn)過程中，PLC根據(jù)正壓氯氣輸送管道上的壓力傳感器信號(hào)和電子秤信號(hào)，判斷是否空瓶，并通過開關(guān)相應(yīng)的電動(dòng)閥門完成濾瓶組的切換。當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，漏氯探測(cè)報(bào)警儀在向PLC反饋報(bào)警信號(hào)的同時(shí)，根據(jù)報(bào)警級(jí)別自動(dòng)控制排氣扇或漏氯回收中和裝置的聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，PLC綜合研判后自動(dòng)關(guān)閉加氯系統(tǒng)等待故障處理，確保運(yùn)行安全。

2.3 綜合管理功能

加氯自動(dòng)控制系統(tǒng)除了能按照工藝要求進(jìn)行自動(dòng)化的工作，還能為現(xiàn)場(chǎng)值班人員和調(diào)度提供動(dòng)態(tài)畫面顯示，以監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行工況和其他工藝參數(shù)，能查看實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)，并提供靈活的控制方式，方便必要情況下人工調(diào)整和干預(yù)生產(chǎn)，并完備保存設(shè)備的啟停和關(guān)鍵操作記錄，還具有報(bào)警查詢和報(bào)表打印等功能。

3結(jié)束語

基于PLC的自動(dòng)控制系統(tǒng)能充分滿足水廠加氯工藝生產(chǎn)要求，數(shù)據(jù)采集與通訊正常，運(yùn)行操作方便，控制精度較高。本控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行幾年來，供水水質(zhì)穩(wěn)定，生產(chǎn)成本得到降低，運(yùn)行效果較好。

參考文獻(xiàn)

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

[2] RockwellAutomation.RSView32GettingResultsGuide.

[3] 唐震.自動(dòng)控制技術(shù)在水廠加氯系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2006，28（12）：54-55.

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

作者簡(jiǎn)介

劉淑明（1977-），男;工學(xué)學(xué)士，工程師，現(xiàn)就職單位：煙臺(tái)市福山自來水有限公司，研究方向：從事水廠生產(chǎn)自動(dòng)化研究與應(yīng)用工作。