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摘要：随着我国社会经济的快速发展及城市化进程的不断加快，社会对自来水厂的要求越来越高，人们对自来水厂的高要求与自来水厂落后的供水能力的矛盾日益加剧。因此，必须引进现代化技术，构造安全、高效、高质量的自来水厂自动控制系统，从而提高自来水厂的生产效率和质量。而PLC自动控制系统具有操作简单、适用性强、可靠性高等优点，在自来水厂中的应用越来越广泛。PLC即可编程逻辑控制器，广泛应用于工业控制。当前自来水厂自动化控制系统主要由PC端与逻辑控制器组成，同时配置有数据采集系统、自动监视控制系统与自动集散控制系统。
关键词；PLC；自来水厂；自动化系统
引言
自来水厂是自来水供水系统的重要组成部分，主要起着水质沉淀、净化处理以及为供水系统加压，保证供水稳定的作用。随着科技的进步，自来水厂的自动化控制技术也取得了长足发展。基于PLC的自动化控制技术在自来水厂的应用，为自来水厂的生产过程控制提供了可靠、稳定的运行保障，同时对于降低运行成本，提高生产效率发挥了重要作用。
1自动供水控制系统的组成本自动供水系统
1.1PLC电气控制系统的应用
采用对泵的自动、手动通/断电的电气控制方式，可实现对系统的实时控制和信息向上位机的传送。
1.2电动阀门控制系统的应用
对2台加压泵电动阀门的打开和关闭进行控制，从而实现自动控制和远程控制。
1.3按钮操作系统的应用
在自动和手动控制两种工作方式的转换过程中，可通过手动按钮启动或停止任意一台泵。
1.4上位机监控系统的应用
监控2台抽水泵和2台加压泵的状态，实时显示取水区、清水池、水塔的水位，并显示报警信息。
2水厂供水系统PLC控制系统设计
2.1控制方案设计
根据城市管网供水系统的用水特点，为了满足供水要求，水厂的供水控制系统一般采用分布式控制系统结构。整个系统一般包括以下三个层次的设计既：设备层、控制层和监管层，如图3所示。其中，设备层主要包括变频器、流量、液位、压力传感器以及各类开关装置；控制层是供水控制系统的核心组成部分，选用PLC作为控制设备，实现对现场I/O设备的控制。通过现场总线与设备连接，将各个设备输入的信号经过运算后输出控制信号，实现系统自动化控制。同时，PLC通过现场总线与上位机通讯。由于上位机良好的人机界面优势，可以对系统进行实时监控和数据记录等。
2.2控制系统设计
2.2.1控制方案设计
水厂控制系统多选用分布式控制结构，有三个控制层，即设备层、控制层与监管层。其中，设备层主要负责变频器、流量、液位、压力传感器与各类开关装置；控制层是供水控制系统的关键，PLC为主要控制设备，负责现场I/O设备的监控；监管层，现场总线与各设备相连接，设备输入的信号通过设定的计算程序后输出信号，实现了自动化控制，同时，因上位机有人机界面，可对系统运行情况和设备输入、输出信号进行实时监控。
2.2.2控制系统硬件设计
供水系统选用恒压变量供水系统，可输入/输出数字量信号，同时可采集模拟量信号，如水压、流量、液位等。此类信号通过PLC进行A/D转换后，可直接呈现于上位机，并录入数据库中。通常在系统硬件设计中，会预留一定数量的模拟量I/O接口。
2.2.3控制系统软件设计
控制系统软件设计基于PID控制原理，通过PLC对传感器反馈的信号进行对比分析，经PID控制运算后，将运算结果传送至变频器。变频器依据接收的信号对水泵运行进行调控，实现管网流量控制。
2.3自动控制系统的电路设计
从自动控制系统的要求出发，对系统设计提出了以下2点要求：①PLC无法正常运行时，可采取人工运行的方式；②采取人工运行的方式时，应保证供水正常。根据以上要求，可在采取手动控制时选用继电器控制的方式。对于PLC控制系统而言，控制系统会受到电源的干扰，且在一些系统中存在大接触器、大电机等设备，这更易产生强烈的干扰信号。
在本系统的设计过程中，PLC采取一次侧380VAC的隔离变压器供电。在自动控制系统中，可采用手动和自动两种控制方式，而这两种方式在系统运行过程中是不可同时采用的。因此，除了应在PLC内部进行软件互锁外，还需要对系统外部的触点进行必要的电气互锁，从而提高设计系统的可靠性。
7上位机监控系统在控制系统中的应用在充分运用上位机监控系统时，也为系统提供了一个良好的人机交互平台，可使设计人员更加直观地了解监控系统的运行情况，从而及时发现数据、系统设计中存在的问题。对于控制系统中的报警系统设计而言，本控制系统主要对各观测点的水位变化报警，包括电机运动报警、上限位报警、下限位报警等。其工作原理为判断检测量的大小和变化速度，当检测量超出预定值后，系统便会发出报警信息，且信息会保存在数据库中。
3.PLC在自来水厂自动化系统中的应用实际
3.1在加药系统中的应用
从水厂现有的技术条件与经济角度来说，PLC对加药系统的控制功能的实现需基于SCD（流动电流）。将原水流量作为前馈变量，在加药后需取适量的水样检测获取SCD值，将其作为反馈变量，PLC就接收的AI信号（4～20mA流动电流信号）和程序内的设定值进行比较，输出AO（4～20mA）信号，通过变频器对加药泵运行进行控制，调整加药量，将沉淀池内浊度控制在最低范围内。
3.2在加氯系统中的应用
自来水厂加氯过程分为前加氯、后加氯。前加氯为参照原水流量比例确定氯的添加比例，PLC控制系统依据原水流量变化和设定的投加率调控加氯机运行。后加氯采用复合环投加方式，PLC控制系统先输入原水流量信号和加氯后的取样水的余氯值，基于PID规则输出AO信号，以调控加氯机运行，形成了一个闭环控制机制。加药量计算如下：QL=QH×Vna×DF×K公式中：QL—适宜加药量；QS—实际加药量；QH—瞬时进水流量；Vna—吨水加药量；DF—调节每吨水加药量变化系数；K—调节因日变化所引起的每吨水加药量的变化系数。借助流量计所得监测值QS与QL开展闭环PID调节，并通过PLC控制计量泵的工作频率，保证实际加药量、适宜加药量绝对值维持在特定范围内，从而保证加药量的准确性。
3.3在滤池主站中的应用
PLC控制系统多应用于滤池主站设计，监控面主要包括滤池反冲洗、过滤等。将水头损失仪、超声波水位计设置于滤池中，可准确判断滤池是否存在阻塞、液位是否合理，确定此类参数，对阀门开度进行调控，保证滤池过滤过程中可维持在恒水位。对于反冲洗控制，与PLC控制系统结合，可实现强制反冲洗操作，依据阻塞与过滤效果进行反冲洗。为保证控制效果，需在控制台安装排水阀与气冲阀。同时，为满足自动化控制要求，需对滤池阻塞、水位、异常情况进行跟踪监控，通过中控室计算机即可了解自来水厂运行现状，在出现问题时立即安排专员排除故障。
结语
综上所述，时代的进步和城镇化建设的深入，对自来水厂的自动化控制也提出了更高要求。自来水供应要求实现连续性和不间断性。PLC技术作为过程工业应用最为广泛的自动化控制技术，其在自来水厂中的应用，对于提高自来水供水品质和供水的自动化、无人值守化程度提供了重要保障。为了保证系统的稳定运行，需要对控制系统的各个环节，包括泵房、滤池、加药等各个环节的自动化控制做好设计和选型，进而实现全厂运行自动化，充分发挥PLC的性能，为供水的安全、连续、稳定提供保障。
参考文献:
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