PLC在自来水厂滤池控制中的应用

管永亮（中色科技股份有限公司，471039）



PLC在自来水厂滤池控制中的应用

管永亮（中色科技股份有限公司，471039）

自来水的生产过程普遍采用带有PLC控制的自动控制技术，不仅节省了人力，而且也对自来水生产的各个环节进行了合理的调度，同时也能对水质、压力、节约投药量和动力，安全运营提供可靠保证，提取运行数据。因此，可编程控制器在水厂滤池控制系统中的应用，具有很现实的实际意义。

自来水厂滤池系统；自动控制技术；PLC

1　水厂PLC自动控制系统概述

1.1水厂自动控制系统

在当下水厂水处理过程中，自动控制系统的应用是其显著特征。目前在国内主要采用以下的三种自动控制系统：FCS（现场总线控制）、DCS（集散控制）、IPC+PLC（可编程控制器和工业计算机控制系统）。其中IPC+PLC控制系统技术相对成熟，系统的稳定性好，开发简单，操作方便。

1.2水厂自动控制系统的功能

水厂应用自动控制系统的目的：通过自动控制系统的控制来提高水厂的自动化程度，进而来对自来水的生产过程进行监控和调控，以达到提高自来水厂经济效益和社会效益的目的。具体体现在以下几个方面：

1.2.1节约能源

水厂在自来水处理的过程中能耗一直很大，通过自动控制系统的应用能够很好的节约能源。例如对水泵电机的智能控制，使水泵电机按照恒定的转速运行，就能有效避免电能浪费的问题。

1.2.2水质的控制

在自动控制系统调节的作用下，能够保证水质的安全可靠性。例如可以根据原水质的情况，来自动的对原水进行一些处理：如根据设定的随浑浊目标来对原水进行沉淀，计算出需要的加药量。在保证水质的前提下，节约了不少运行成本，包括人力、药剂费用等。

1.2.3单体处理部分的优化运行

自动控制系统根据系统设定的运行要求对各个单体部分的运行进行监控和调节，通过改变反冲洗的周期和冲洗时间来实现各个单体部分在最优状况下安全经济的运行。

2　PLC在水厂自动控制系统中的应用

2.1PLC在水厂监控系统中的作用

监控系统对水厂自来水生产过程起着至关重要的作用，在监控的过程中，操作人员通过上位机来对现场进行监控，以便于及时获取数据来进行实时控制。通过计算机组态软件来实现整个流程的可视化、可操作化。PLC进行数据采集之后通过通讯协议来将实时数据、运行参数上传至上位机，实时的反映整个系统的的运行状态，把整个水厂的工艺设备、送配电的运行状态、水的流量和浑浊程度等工艺参数进行集中处理。以此来保证对水压、水质、和水量的要求。最大限度的保证水处理系统安全可靠的运行，最大限度的实现经济效益。

2.2PLC在水处理系统中远程操作的作用

系统的远程操作就是通过上位机中的操作界面来实现对现场控制设备的控制。如在清水泵房里，水泵的运行方式有自动、机械手动、和远程控制三种操作方式。通过上位机中的操作界面就能实现三种模式之间的切换：用鼠标在上位机的控制窗口中点击需要远程控制的设备，就能自动弹出相应的远程操作界面，进而实现远程控制。

2.3PLC在自来水厂自动控制过滤程序中的应用

在水过滤的过程中为了保证水的品质和生产的平稳运行，滤池在过滤的过程中就需要恒水位过滤。所谓的恒水位控制就是将滤池内的也为控制在一定的设定值，这个设定值是根据水厂的生产经验进行确定。而且恒水位的值是可以进行变化的。其变化的控制就是通过节水阀的开度大小来实现的。

3　PLC在自来水厂滤池反冲洗控制过程中的应用

3.1基于PLC的滤池反冲洗控制

滤池中反冲洗的控制系统包括反冲洗启动过程和反冲洗进行的过程两个部分。反冲洗有两个并列的满足条件：水龙头水量损失的情况进行的反冲洗或者利用上位机进行定时反冲洗。反冲洗的启动有两种方法：反冲洗控制在外界条件具备时自动启动；或者基于上位机控制的控制界面控制来进行。

3.2滤池控制中反冲洗控制系统的原理

滤池自动控制的过程中因为需要对一系列的开关阀，风机和水泵进行控制才能达到设定目的，所以反冲洗的过程相当的繁琐和复杂，反冲洗控制的过程如流程图1所示，由以下的滤池反冲洗原理（流程图）可以大致的看出反冲洗的过程。值得注意的是，在编制PLC程序的时候一定要严格限制开关阀的动作条件。因为阀门是故障率较高的部件，所以在程序设计时，报警程序的合理编制也是必不可少的：其中有几个阀门的故障报警更需要特别处理。分别是：在反冲洗的过程中清水阀容易发生故障，要解决这个问题，除了设计合理的报警程序，如果在较短的时间内不能解决问题，那么就需要对进水阀进行打开控制，不然液位会不停的下降，直到沙面暴漏；在鼓风机停止运作后，关气阀的故障，当阀门故障产生时，正确的做法是避免其他滤格反冲洗的同时控制反冲洗结束并且进入过滤环节。这样才能有效避免出现滤格在切换手动模式的时候，鼓风机仍然处于运行状态，尽量避免故障的发生。

图1　

4　PLC在水位控制过程中的应用

4.1基于PLC滤清池水位控制

自来水对水位的控制要求不是特别严格，允许存在一定的误差。在这样的要求下就可以采用开关阀来对液位进行调节，这样就能节约投资成本。在采用开关阀对液位进行控制的前提下就要求必须要人为的编写PLC控制程序，程序需要控制阀门的作用时间来控制阀门的位置，相应的要求开关原件的动作需要根据开关命令来进行打开或者关闭。

4.2基于PLC的滤清池水位控制的过程

根据PLC滤清池水位控制的要求，设计如图2的PLC控制回路框图。

图2　

PLC将从液位计来的液位值与设定值进行比较，进而判断是不是超出预设的范围，如果不在设定的数值范围内就就进行水位判断，决定是否对阀进行动作：当水位在设定值之上的时候，进行开发操作，当水位在设定值的下限时就给予开阀信号。水位合适的时候阀门就不进行动作。在具体的实现的过程中需要解决两个问题：①清水阀的动动作时间对水位的升降来说非常短，如果PLC不给出开关阀的命令，开关阀会一直动作到底；②水位信号始终不是静态的，这就对水位的升降判断造成一定影响。在实际的应用中，这些问题是通过两个定时器来进行解决的。第一个定时器加载在开关阀的命令中，这通过这样的设计方法把开关阀的动作限定在较短的时间内。第二个定时器加在采样的前面，把采样的时间设定为每个定时器周期一次。通过这样的方法便可以消除水位波动产生的影响。在编制程序的过程中需要对旧的采样值进行保存，并且和最新的采样值进行比较，就可以判断水位的升降。

5　未来展望

伴随着社会的进步和社会的发展，自来水厂（企业）的自动化控制程度会越来越高，而自动控制的应用也会越来越重要，自来水厂的自动化研究方向主要表现在下面几个方面：

5.1多种优化控制模型的开发和利用

多种优化控制模型的开发和利用是自来水厂（企业）实现最大化的经济效益和社会效益的关键。其中泵站的多个目标调度控制模型、供水管网的故障诊断模型、水厂工况的预测模型等都是开发的热点。

5.2完全开放的自动化控制系统

网络化、分散化、智能化是自动化控制系统领域的发展趋势。在这样大的趋势下，20世纪80年代开始，FCS（现场总线控制系统）诞生了。在FCS的工作系统下，能够形成真正意义上分散化控制，能够很大程度上提高系统的可靠性。

5.3管控一体化的流行

在时代飞速发展的今天，对现代企业的管理要求和水平在不断的提高，这就需要企业在对故障诊断、现场控制等信息进行综合处理的基础上，形成一个更广泛的管控一体化系统。

6　结束语

自来水厂自动控制系统的设计中，滤池控制是比较难设计的部分。其难度主要表现在反冲洗过程中各个动作原件的开闭顺序和开闭条件上。对一些不方便使用PLC实现的功能，可以适时的采用上位机的编程来解决，通过上位机和PLC的结合来实现自动控制的目的，能够相互补充，能达到良好的效果。

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2095-2066（2016）14-0005-02