PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水廠中的實(shí)踐探析

李 炯

（浙江中控信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，浙江 杭州 310051）

引言

PLC自動(dòng)化控制技術(shù)在近年來開始迅速發(fā)展，并在社會(huì)中的多個(gè)領(lǐng)域被廣泛使用，尤其在自來水廠中，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)更加凸顯其重要地位。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)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(zhì)量，而且減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，降低了維護(hù)成本，對水廠的整體運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，也是保障人們獲取更高質(zhì)量飲用水的重要手段[1-3]。

1 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)介紹

1.1 PLC控制系統(tǒng)概述

從用途上來講PLC屬于一種工業(yè)控制器，是工業(yè)控制系統(tǒng)的核心，主要用來接收現(xiàn)場信號(hào)，根據(jù)生產(chǎn)工藝、控制要求進(jìn)行邏輯判斷，控制輸出設(shè)備運(yùn)行。若從結(jié)構(gòu)和原理上來講PLC屬于是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是與繼電器控制系統(tǒng)完全不同的兩類控制系統(tǒng)。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(nèi)部所有的控制和監(jiān)視操作。其次是存儲(chǔ)器，大體可分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器兩類，用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序和各類數(shù)據(jù)。然后是輸入輸出電路（I/O電路）主要作用是將PLC內(nèi)部和工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行電器隔離，起到一定的保護(hù)作用，其次能夠調(diào)理信號(hào)，將現(xiàn)場信號(hào)調(diào)理成CPU能夠處理的信號(hào)。最后是通信接口、電源以及外部設(shè)備等，以上是PLC的硬件組成。利用PLC實(shí)現(xiàn)控制的第一步是要編寫程序，首先要在計(jì)算機(jī)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(chǔ)器當(dāng)中；第二步是連接系統(tǒng)，也就是將按鈕與PLC的輸入電路進(jìn)行連接、控制電動(dòng)機(jī)的交流接觸器與PLC的輸出電路進(jìn)行連接，以此來完成系統(tǒng)的硬件連接；當(dāng)上述步驟完成后就可以運(yùn)行程序，實(shí)現(xiàn)控制，當(dāng)按下按鈕后，電信號(hào)就會(huì)被傳送到PLC，首先PLC的輸入電路會(huì)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU可以處理的數(shù)據(jù)形式，存放到存儲(chǔ)器當(dāng)中，然后CPU按照程序的控制邏輯讀取存儲(chǔ)器中相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果存放到存儲(chǔ)器中，最后輸出電路將存儲(chǔ)器中的結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)接觸器需要的電信號(hào)[4]。

1.2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

1）具有較強(qiáng)的可靠性與抗干擾能力：這是PLC最重要的特點(diǎn)，根據(jù)調(diào)查研究顯示PLC可在幾十萬個(gè)小時(shí)之內(nèi)保持無故障產(chǎn)生，而且通過掃描的方式大大降低了外界的干擾，其中還設(shè)置了故障的檢測與診斷程序，若受到外界干擾發(fā)生故障時(shí)可以自動(dòng)將重要信息進(jìn)行存儲(chǔ)。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(huán)境中都可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)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(tǒng)，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(yōu)點(diǎn)，不需要學(xué)習(xí)太多復(fù)雜的計(jì)算機(jī)知識(shí)也能夠在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行掌握。同時(shí)具有較高的容量，能夠根據(jù)運(yùn)行生產(chǎn)的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，并且運(yùn)算速度較快、性價(jià)比較高。

2 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水廠運(yùn)行中具備的優(yōu)勢分析

2.1 提高了水廠的管理效率

利用PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)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(jù)實(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常，PLC系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)按照系統(tǒng)預(yù)設(shè)的分級(jí)將相應(yīng)的警告信息發(fā)送到監(jiān)測平臺(tái)，便于工作人員開展檢查。不僅如此還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測水廠的工作區(qū)域和控制室，將收集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)娇偲脚_(tái)，通過數(shù)據(jù)顯示，工作人員能夠及時(shí)查看到設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和人員的操作情況，以此來降低設(shè)備發(fā)生故障的概率以及人員操作誤差[1]。當(dāng)水廠的設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題時(shí)，PLC系統(tǒng)會(huì)第一時(shí)間將發(fā)生故障的具體位置圖片傳輸至監(jiān)測平臺(tái)中，自動(dòng)分析故障原因并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，方便維修人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)和檢修，節(jié)省了大量的檢查時(shí)間，也降低了設(shè)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(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)測管理，不僅增加了水廠的投入成本，而且難以保障各個(gè)環(huán)節(jié)的監(jiān)測不會(huì)出現(xiàn)誤差。利用PLC技術(shù)可以完全規(guī)避此類問題的出現(xiàn)，系統(tǒng)能夠?qū)⒏鱾€(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)信息全部傳輸至平臺(tái)中，工作人員無需到現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)測就能夠?qū)崟r(shí)掌握各環(huán)節(jié)的運(yùn)行情況。其次PLC系統(tǒng)還能將水處理的動(dòng)態(tài)畫面?zhèn)鬏數(shù)狡脚_(tái)當(dāng)中，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化動(dòng)態(tài)管理，通過平臺(tái)工作人員可完全掌握水處理的各環(huán)節(jié)情況，做好提前預(yù)防工作。

2.2 提高了信息的管理效率

過去在水廠運(yùn)行過程中需要技術(shù)人員對相關(guān)的儀器設(shè)備做好檢查并實(shí)時(shí)記錄，這樣的模式不僅容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)誤差，還會(huì)嚴(yán)重影響水廠的管理效能，而且相關(guān)人員在檢查和記錄的過程中避免不了會(huì)產(chǎn)生漏檢或記錄不全的情形，如此一來對水廠的供水質(zhì)量和穩(wěn)定運(yùn)行都會(huì)造成不利影響[2]?，F(xiàn)如今隨著PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)的引入使用，可以融合計(jì)算機(jī)技術(shù)開展檢測，在相關(guān)軟件安裝完成后，就可以對水廠中的各項(xiàng)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行檢測并對最終檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和上報(bào)，完全規(guī)避了傳統(tǒng)人工模式容易出現(xiàn)誤差、漏檢的現(xiàn)象。此外在水凈化過程中工序較多，也會(huì)產(chǎn)生許多數(shù)據(jù)信息，此時(shí)PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)基于自身的存儲(chǔ)功能會(huì)將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)并運(yùn)算，最后根據(jù)運(yùn)算結(jié)果開展自動(dòng)化分析，工作人員只需根據(jù)平臺(tái)分析的結(jié)果對設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，從而降低水廠的運(yùn)行成本，提高信息管理效率的同時(shí)，也提高了水廠的供水質(zhì)量。

3 PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水廠中的具體實(shí)踐

隨著人們對飲用水質(zhì)要求越來越高，現(xiàn)如今PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水廠中的應(yīng)用越來越廣泛，實(shí)現(xiàn)了全面的智能化管理，提高了水廠的管理效率和供水質(zhì)量，在一定程度上滿足了人們對水質(zhì)的要求。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)在水廠中的實(shí)踐具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

3.1 PLC自動(dòng)化控制在水廠投加系統(tǒng)中的實(shí)踐

投加系統(tǒng)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(xué)試劑使水質(zhì)達(dá)標(biāo)，比如在水中加入明礬可以將水中極小的不溶性雜質(zhì)凝聚在一起，形成較大的不溶性雜質(zhì)，便于沉淀過濾，或者利用氯進(jìn)行消毒等等[3]。在投加化學(xué)試劑的過程中，試劑量的多少是備受關(guān)注的問題。在過去的水廠中，加入多少化學(xué)試劑完全取決于相關(guān)人員的經(jīng)驗(yàn)，而且投加的設(shè)備比較簡單，如此一來經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)化學(xué)試劑投加過少導(dǎo)致水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，或化學(xué)試劑投加過多導(dǎo)致資源浪費(fèi)等現(xiàn)象?，F(xiàn)如今利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)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(zhì)，此時(shí)利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)比對自然水源的渾濁程度和經(jīng)過處理后水的渾濁程度，以此來控制加藥泵，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)測量值對明礬試劑的投加量進(jìn)行調(diào)整，提高了試劑投加的精度。PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對濁度儀、流量計(jì)、加藥泵等儀表的動(dòng)態(tài)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(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，完全規(guī)避了傳統(tǒng)人工操作容易出現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或試劑浪費(fèi)等現(xiàn)象[4]。另外還需要利用氯對水進(jìn)行處理，一方面是在水源進(jìn)入絮凝池前加入氯試劑來降解水中的有機(jī)物，另一方面是在水源投入使用前加入氯進(jìn)行消除處理。利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)可根據(jù)傳感器的接收信息對氯試劑的投加量進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控取樣泵、加氯機(jī)和漏氯警報(bào)器等設(shè)備。相比于傳統(tǒng)人工模式，減少了氯試劑浪費(fèi)的同時(shí)，還能使最終出水的水質(zhì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)了水廠投加系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。

3.2 PLC自動(dòng)化控制在水廠濾池系統(tǒng)中的實(shí)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(dāng)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(jī)物，但是水質(zhì)仍不能滿足飲用要求，此時(shí)就需要進(jìn)行過濾操作。水廠的過濾池主要是由液位系統(tǒng)和反沖洗系統(tǒng)構(gòu)成[5]。液位系統(tǒng)主要是用來控制水量，通過感應(yīng)水量對水泵的水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)合理分配，確保供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠?qū)σ何粋鞲衅?、觸摸屏、變頻器等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。液位傳感器可以感應(yīng)到液位的變化，將感知到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行輸出，達(dá)到液位測量的目的；觸摸屏可以向計(jì)算機(jī)中輸出信息，利用觸摸屏取代傳統(tǒng)人工對現(xiàn)場信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使現(xiàn)場的設(shè)備具有更高的穩(wěn)定性；變頻器能夠使電機(jī)獲取可變頻率電源，使水管中的壓力連續(xù)變化。其次反沖洗系統(tǒng)主要是用來清除濾料上的雜物，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)需要對其進(jìn)行控制，利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠確保反沖洗系統(tǒng)連續(xù)不斷的運(yùn)行，對水泵進(jìn)行良好控制，從而獲得穩(wěn)定的沖洗水壓，此外還能實(shí)時(shí)監(jiān)控水質(zhì)參數(shù)，合理控制反沖洗系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。

3.3 PLC自動(dòng)化控制在水廠出水加壓站中的實(shí)踐

原水在經(jīng)過一系列處理后，再進(jìn)行升壓處理就可為人們提供使用。利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)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(hào)柜獲取信息，再利用執(zhí)行器柜控制各項(xiàng)設(shè)備，PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以對出水水壓、水位、流量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如若發(fā)現(xiàn)異常，會(huì)自動(dòng)采取措施來恢復(fù)指標(biāo)，與此同時(shí)也會(huì)發(fā)出警報(bào)信號(hào)，通知相關(guān)人員。由此可見利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)不僅提高了出水加壓站的自動(dòng)化水平，而且有效保護(hù)了加壓站的機(jī)組安全。

3.4 PLC自動(dòng)化控制在水廠水質(zhì)檢測中的實(shí)踐

待原水凈化過后需要開展水質(zhì)檢測工作。利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)與檢測設(shè)備相結(jié)合，對檢測設(shè)備中顯示的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，如果發(fā)現(xiàn)某一項(xiàng)參數(shù)超出了標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)可自動(dòng)定位并通知相關(guān)人員，實(shí)現(xiàn)了24 h水質(zhì)檢測控制，進(jìn)一步提高了水質(zhì)的檢測效率，保障了水資源供應(yīng)的安全性。

3.5 PLC自動(dòng)化控制在水廠監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)踐

過去自來水廠的監(jiān)控系統(tǒng)大多依靠于人工和相關(guān)設(shè)備的相互協(xié)作。利用PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，可以結(jié)合順序控制和邏輯控制，實(shí)現(xiàn)對多項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行同時(shí)控制。水廠中的所有監(jiān)控設(shè)備都與PLC控制中心相連，各臺(tái)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)都可以傳輸?shù)娇刂浦行?。而且PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜態(tài)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)采集，提高了資源配置效率。

4 結(jié)語

隨著人們生活水平的提高，對生活用水的水質(zhì)提出了更高的要求，自來水廠傳統(tǒng)的水凈化處理模式已經(jīng)難以滿足當(dāng)下社會(huì)發(fā)展所需，所以引用PLC自動(dòng)化控制技術(shù)是水廠發(fā)展的必然趨勢。