1、自动控制系统在自来水厂的应用摘 要：通过对自来水厂自控系统应用的介绍，说明了可编程控制器 PLC 在工控中的重要地位。关键词：自控系统；PLC ；自来水厂 1系统网络结构 该方案采用光纤以太网组成, 以太网的速度可达到 100Mb/ s。控制中心两台监控计算机通过以太网交换机与各 PLC 工作站相连接, 两台监控 计算机互为冗余，按无人值班（少人值守）运行方式设计。网 络上的各部分设备中任一部分不工作或故障，不影响系统其它部分的运行。该方案由主控级(控制中心)和 PLC1 、PLC2 、PLC3 、PLC4 、PLC5 、PLC6 现地控制单元组成，主控级设有二台冗余工作的主机操作员工作站，作
2、为控制中枢，非运行期间作为培训等。主控级除完成对被控对象的监视控制外，还具有与 Internet 通信及其他外部系统通信并留有与办公自动化联机接口，是整个监控系统的控制核心。现地单元级设 6 套现地测控单元 LCU，直接面向生产过程，负责对现场数据的采集和处理，能 够独立或按主控级的命令完成对所有被控对象的监视和控制。每台 PLC 柜上均配有触摸屏。主控 级监控 计算机之间 以及与现地单元级各控制单元均可采用 TCPIP 以太网联接，采用以太网直接联接，传输速率高，安全 稳定性好。系统网络拓扑见下图。PLC 采用西 门子 S7-300 系列产品， 监控计算机在 Windows xp 下使用 I
3、fix 作为监控软件。两台监控计算机安装完全相同的系统软件和应用软件。由于两台监控计算机均同时与以太网相连, 因此它们可同时从 PLC 得到相同的信号, 但是向 PLC 发送命令及打印机的控制是互锁的。2. 各分站描述 2.1 取水泵站 PLC1 (1) 主要检测 参数 原水 PH 值、流量、温度、浊度; 原水进水阀开度、原水进水阀超限位报警、原水进水阀限位开关、原水进水阀 故障报警。 (2) 主要控制功能 原水泵控制; 接受并执行来自监控计算机的正确指令和参数设置; 将原水泵及吸水井的运行状态及参数传送至监控计算机。 2.2 加药加氯 PLC2 (1) 主要检测 参数 溶解池、溶液池液位连续
4、检测、高低位、超高位报警 ; 计量泵开停、计量泵手/ 自动、计量泵故障、计量泵冲程检测、 计量泵变频装置频率检测、 计量泵变频装置故障检测、计量泵变频装置手/ 自动; 搅拌器开停、故障; 稀释 水阀开关状态; 进/ 出液阀开关状态。氯瓶称重、氯气投加量、漏氯报警、加氯机开/ 停状态; 氯路切换及电动球阀工作状态; 空瓶信号检测。 (2) 主要控制功能 加药泵的控制; 溶药池相关设备的监控; 加氯系统的监控; 将加药泵、加氯设备、药池等的运行状态及相关的参数传送至监控计算机; 接受并执行来自监控计算机的正确指令和参数。(3) 加氯控制原理 水厂工艺中, 加氯包括前加氯和后加氯。前加氯一般采用原水
5、流量配比加氯方式, 而后加氯采用复合环加氯方式即根据出厂水余氯反馈控制方式。原水流量配比加氯方式控制原理为: 加氯控制器根据原水流量的变化以及设定的投加率自动调节加氯量。复合环加氯方式控制原理为: 加氯控制器根据原水流量以及投氯后取样水中余氯值和设定的余氯值, 采用 PID 控制规则, 输出一个控制量来控制加 氯机的投加装置, 形成一个闭环控制, 使余氯值向设定值逼近, 确保出厂水余氯指标的稳定达标。 (4) 加药(矾) 自动控制原理 在水厂自动化中, 加药自动控制是提高社会效益和经济效益最显著的一项措施。这是一个长延时、非线性时变 、干 扰因素多的复杂过程 , 在技术上实现有一定难度,目前国
6、内许多水厂还处于凭经验目测水质、手工投加阶段。一些水厂经改造采用了自动投加系统, 实际 效果也不理想。引入先进的控制理论来解决自动投加问题是目前国内外水处理行业普遍关注的问题。一般加 矾自动控制也可分为两种方式: 一种是开环控制方式, 另一种是多参数的闭环控制方式。通过 PLC 对游动电 位、加 矾量、加矾浓度、滤后水浊度原水温度等参数综合累计、 统计及分析, 自动调节 加矾量并记忆各种优化控制参数, 取得较好的效果。 2.3 公共冲洗 PLC3 滤池 PLC 站考虑用 1 台公共冲洗 PLC 主站,外加 12 台滤池的 PLC 子站组成 1 个二级控制系统, 主站与子站之间用 MODBUS
7、网络连接, 主站与子站之间采用集中管理、分散控制方式, 主站与子站从系 统上互为后备 , 滤池的运行与反冲程序编写在子站内, 使系统更安全, 同时分散的 I/ O 又使滤池的控制系统电缆连线更为减少, 使维护更加方便。(1) 公共冲洗 PLC 站 主要检测参数： 反冲洗水泵开停、故障、手/ 自动; 反冲洗水泵电 流; 出口阀开关状态、故障状态、手/ 自动; 反冲洗鼓风机开停、故障、手/自动; 出口阀开关、故障、手 / 自动; 出口旁路阀开关、故障、手/ 自动; 反冲洗水流量。 主要控制功能： 旁路阀控制, 冲洗控制,保护设备停车控制, 反冲洗水泵备用切换, 鼓风机备用切换。鼓风机开/ 停、相关
8、阀开/ 关当滤池 PLC 子站接到发出的反冲洗请求, 鼓风机开始工作, 相关的阀门打开, 反冲洗完成后, 鼓风机停止工作,相关的阀门关闭。 水泵的开/ 停、相关阀 的开/ 关当滤池 PLC 子站接到发出的反冲洗请求, 水泵开始工作,相关的阀门打开, 反冲洗完成后, 水泵停止工作,相关的阀门关闭。 (2) 各滤池 PLC 站 主要检测参数: 每个滤池的水位连续检测及显示、水头损失检测、 浑水阀、清水 阀、反冲洗阀、排污阀、反冲气阀、排气阀等设备工作状态,故障状态的 检测, 手/ 自动状态; 清水阀阀门开度、开关限位、超开/ 超关状态报警。 主要控制功能: 滤池的恒水位 过滤控制 PLC 根据每个
9、滤池的液位计(可设定高低限报警) 给出的信号, 控制滤 池出水阀门 的开度, 以保证滤池的水位恒定。 滤池 PLC 装有恒水位控制软件, 恒水位控制软件是根据每格滤池中的液位信号控制出水调节阀的开度, 保证滤池中水位的恒定, 其控制精度210cm， 而且调节阀的动作稳定。 滤池的反冲洗控制 对于反冲洗的控制采用三种反冲洗控制方式:过滤周期: 根据工艺要求, 设定滤池的最大过滤时间, 在滤池开始过滤时, 滤池 PLC 子站开始计时, 并与设定值比较, 当两者相等时, 滤池 PLC 向 PLC 子站发出反冲洗请求。 压差值: 在滤池 PLC 上设定滤池的最大阻塞压差值, 当过滤时阻塞压差传感器连续
10、测定滤料的阻塞压差值, PLC 将此值与设定值进行比较, 当两者相等时, 滤池 PLC 向 PLC 子站 发出反冲洗请 求。 强制方式: 由工作人员根据现场需要, 在滤池控制器上进行功能操作, 强制滤池PLC 向 PLC 子站发出请求。每个滤池定时冲洗法的冲洗时间和压差冲洗法的最大阻塞压差的设定均可通过触摸屏灵活设置，触摸屏操作配有密码锁定。滤池 PLC 显示明确, 操作维护简单, 可实现无人值守的全自动控制。 2.4 送水泵站 PLC4 (1) 主要检测 参数 变电所总电流、有功功率、电压、分路电流、有功功率、总电路开关、分路开关运行状态、时间记录; PH 值、液位、浊度、流量、余 氯; 出
11、厂水阀开度、超开/ 超关限位、报警、出厂水阀开关限位。 (2) 主要控制功能 送水泵的控制; 接受并执行来自监控 计算机的正确指令和参数。2.5 1#2#沉淀池现场 PLC 站 PLC5 和 PLC6 (1) 主要检测 参数 沉淀池水位、SCD、沉淀后 浊度、沉淀池分管进水阀开关位置限位、沉淀池分管进水阀开关状态、沉淀池分管进 水阀手/ 自动状态、沉淀池分管进水阀故障状态; 排泥机运行/ 停止状态、排泥机前进 / 后退、排泥机手/ 自动 、排泥机故障、排泥 阀开关状态、真空泵开/ 停、排泥机行程头尾极限限位、排泥机行程分段限位。 (2) 主要控制功能根据生产需要启用/ 停用沉淀池; 根据污泥浓度开关或时间周期进行排泥控制。 安徽金海迪尔信息技术有限责任公司李秀安
