PLC及DCS在自控工艺中的应用探究

程少亭+汤进民+徐红艳

摘要：随着我国社会经济的不断发展，城市规模不断扩大、居民生活质量显著提高，生产生活需水量也逐步增加，对用水安全、用水质量和用水保障等提出了更高要求，这就需要不断加大供水系统自动化控制工艺的应用。本文就是对PLC技术和DCS技术在自控工艺中的应用进行的探究。

关键词：PLC技术；DCS技术；自控技术

【分类号】TE328

为适应当前城镇化快速发展背景下城市供水量不断增加、供水水质和持续性要求提高的供水形势，对供水系统稳定性和自动化控制水平提出了更高要求。PLC 技术和DCS技术综合了工业生产系统中信息采集、集成和传输处理，并在供水系统的工艺调度、水质情况监测和自动投加药等方面的应用不断深入，因此，有必要对这两种技术在供水系统自控工艺中的应用进行一定的探究。

一、PLC 技术在自控工艺中的应用

随着我国工业生产信息化程度的提高，自控技术在水厂应用程度不断深入，一般通过光纤进行环形的布网，由操作人员在控制站通过自控系统操作功能对滤池、沉淀池、加药间等站点进行控制即可。而将PLC 技术应用在水厂自控系统中，还需要配套相应的应用软件。当前供水系统PLC 控制模式分为手动和自动控制两类，在自动化控制模式下，PLC可完全依靠输出系统进行设备控制；在手动控制模式下，设备虽然不能被系统自动的控制，但是其运行状态却能被PLC 系统进行有效地采集和分析，对出现的故障及时进行报警。比如反冲洗作业作为供水系统的重要环节，在具体工作中，需要滤池进行自动化控制，这一过程主要是凭借PLC 技术的集成控制功能，实现对反冲洗水泵和设备运行状况的监测和控制，确保每格滤池都可以在保持在恒定的水位下运行，无论是任何一格的滤池进行反冲洗作业，都可以实现由滤池PLC控制系统和反冲洗PLC控制系统相互配合下的有效衔接。当自动化控制系统对滤池的控制难以满足工艺实施的需要时，工作人员还可以根据实际情况，通过手动控制的方式操纵滤池阀门和反冲洗设备。

PLC 技术应用于滤池运行和反冲洗作业，首先是在过滤工艺的实施中，过滤操作中要检测设备的阻塞程度和水头损失，一般情况下，系统中的液位传感器会对滤后水阀门产生控制作用，在水头损失超过1.5米后，或者是运行时间超过了自控系统的设计值后，滤池就会在PLC 技术的自动控制下启动反冲洗作业，这时的滤池会处于自动控制的模式下。水流在过滤完成后，需要继续通过滤池的开孔流入侧面的“V”形槽，并实现向上不间断的供水，水流在流过滤砂和滤头后，会经过滤板进入滤后水管道。在供水过滤完成后，停止供水并关闭出水阀门。在反冲洗自动化控制中，主要是在停止过滤并关闭滤池阀门后，打开自动排水阀，待水位下降到反冲洗排水堰后，打开进水阀门并启动鼓风机，持续一分钟时间左右，就可以使空气进入滤池并在下部形成气垫。待滤池气垫完全形成后，启动反冲泵并打开反冲洗的进气阀门，持续进行6分钟以上的气冲洗，并仔细查看是否存在跑砂等异常现象，如果存在的话需要减小流量进行抑制。在气冲完成后，需要再进行水洗，直至冲洗排净。

PLC 技术应用于水厂的自控系统，在运行模式上，主要是依靠前置条件实现控制，在滤池运行时间超过设定值、水头损失比设定值高以及控制系统发出反冲洗作业要求后，启动反冲洗周期，但要注意同一时间只能进行一个滤池的清洗。在滤池手动模式下，可以设定阻塞值、过滤时间，并通过以下方式进行冲洗：自动冲洗模式，自动化控制系统收到冲洗要求，或是达到设定值后就会自动启动冲洗；分步制冲洗，由操作人员操纵冲洗作业请求，按步骤启动冲洗，在冲洗结束后，滤池也会相应停止，但需要注意的是，只有在PLC 控制下的手动模式下，该模式才能发挥作用。

二、DCS技术在自控工艺中的应用

DCS技术实现了工业生产控制和管理功能的有效集成，综合了PLC、FCS 、RTU等自动化控制技术的应用优势，并能集成各种信息采集和回路调节器的功能。在自控工艺中应用DCS技术，操作人员可以通过系统对设备层的基础信息进行采集，并根据这些信息在DCS系统中进行分析，及时作出相应的操纵和控制决策，并根据系统整体运行情况推算出输出数据，不仅可以发挥信息化自动控制功能，还能发挥信息综合管理平台的作用。在供水系统应用中，DCS技术可以对大部分设备和整个供水系统水流流量、压力等情况进行判别，并相应的对泵类、阀门类设备进行管理，形成综合性自动化控制系统，便于系统维护和自动化控制。

在具体的供水系统利用中，DCS技术具备较多的应用优势：分散自治性，可以借助技术将分散的设备实现积木化管理，将软件系统实现模块化管理，通过控制站在收集系统运行信息的基础上进行控制信息的输入、输出和运算，并以此为基础进行对应的控制，提升操作人员对系统整体的控制，具备较强的安全性；集中协调性，集中协调是指借助DCS技术实现整个系统运行情况的实时监测和管理，利用DCS技术的信息通信功能将设备构成统一的整体，实现系统信息的集成和共享；灵活扩展性，借助积木式的硬件组织结构，对各类系统进行科学配置，通过模块化软件进行信息控制，使各类设备可以灵活组合运行，并根据工艺流程变化改变设备搭配，提升供水系统的设备利用率，降低系统能耗；广泛适应性，DCS系统中各类设备采用的元器件性能较高、制造工艺较为先进，具备热拔插、抗干扰、故障自诊断和系统故障自动屏蔽等功能，提升了供水系统运行的可靠性，可适应不同的工作环境；先进继承性，DCS技术更新比较快，可以借助计算机、通信网络等技术的进步实现技术发展，不断提升技术的先进性，逐步加大预测、推理等先进的事前预防功能，并在更新的同时考虑与新老系统的兼容结合，提升自动化控制水平。

三、结论

综上所述，PLC技术和DCS技术作为较为先进的工业系统运行控制技术，在工业生产中应用较多，近年来在供水系统中应用也不断深入，特别是其应用于供水系统自动化控制领域，可以显著提升自动化控制水平，提高供水系统的可靠性和稳定性，更好地保障供水事业发展。

参考文献：

[1]陈海梅.PLC在电气自动化中的应用现状及发展前景概述[J].科技与生活，2011（03）.

[2]陈瑞军.DCS 在电厂中的应用及发展方向探讨[J].内蒙古电力技术，2009（06）.

[3]岳小翔.水厂自动化控制系统设计的论述[J].应用能源技术，2014（11）.

[4]石啸. 城市自来水厂自控系统的设计与实现[D].华东理工大学，2013.