水厂PLC控制应用分析

水厂PLC控制应用分析

肖浩良

中山市小榄水务有限公司

摘要：自来水厂生产过程复杂，涉及众多参数，对生产工艺和产品质量要求极高，而PLC具有抗干扰能力强，可靠性高，适应各种恶劣环境等特点，有效实现生产过程的综合自动化控制。本文根据多年工作实践，对水厂PLC控制应用进行分析。

关键词：PLC自动化控制；水厂自动化；智能生产

一、PLC的特点

PLC即可编程控制器，它具有以下特点：编程方法简单易学，PLC中配备了易于接受和掌握的梯形图语言，梯形图语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图相当接近，只用PLC的20多条开关量逻辑控制指令就可以实现继电器的功能；硬件配套齐全，用户使用方便，PLC配有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作硬件装置，另外PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线即可；通用性强，适应性强，由于PLC的系列化和模块化，硬件配置相当灵活，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速的适应工艺条件的变化；可靠性高，抗干扰能力强，PLC用软件取代了继电器系统中容易出现故障的大量触电和接线，除此之外，PLC还采取了一系列抗干扰.提高可靠性的措施；系统的设计、安装、调试工作量少，PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

二、水厂水处理流程

水厂自动化控制系统的应用，其根本目的是为了实现水厂水处理流程的自动化控制。虽然不同的水厂工艺有着巨大的区别，设备也各不相同，但其基本处理流程却都相差不大，总的来说包括取水、药剂制备和投加、混凝、沉淀、过滤、消毒、送水这样一个基本流程。

水厂水源一般来自于江、河、湖泊、地表、地下等处的水，首先通过水泵提升取水抽入净水厂，此时水中会含有悬浮物、胶体、溶解物等杂质，并不能直接供给用户，需要通过净水处理，去除原水中存在的会给人类健康和工业生产带来危害的悬浮物、胶体、及细菌等有害成份，以使水能满足人们生活和工业生产的需要。当水提取抽入净水厂之后，净水厂需要根据生产要求和工艺条件配制各种合适的混凝剂，并将混凝剂及氯气等投入原水之中，以达到混凝消毒的目的。

在原水投入混凝剂及氯气之后，药剂与水均匀混合直到形成大颗粒絮状凝体这个过程即是混凝过程，混凝是为了使原水与混凝剂发生反应。我国常用的水处理药剂一般为聚合化铝、硫酸铝、三氯化铝等，也有部分公司采用碱式氯化铝，其主要原因是利用铝元素的化学性质，在投入药剂后在水中产生电离出来的铝离子，利用氢氧化铝的吸附作用，将水中不易沉淀的股质及悬浮物等相互聚结吸附形成较大絮粒，以使这些杂质能被有效的从水中分离沉降。

沉淀是混凝所形成的絮状体在重力作用下从水中分离出来的过程，这个过程中净水厂沉淀池中进行，当原水经过混凝之后，流入沉淀区沿水区截面进行适当分配，缓慢流向出口区，而水中的颗粒则沉于沉淀池池底，堆积浓缩。同时，沉淀池中由于堆积了污泥，因此需要定期排出。

过滤是采用石英砂等有空隙粒状滤料层，得瞬息其黏附作用截住水中悬浮颗粒，清除水中的细小悬浮杂质、有机物、细菌、病毒，进一步使水澄清的过程，这一环节水中的杂质会被吸附于石英砂等粒状滤料层中，因步需要定期清洗滤料层。

消毒处理是对经过滤后的水进行杀菌消毒的过程，由于水经过滤后浊度降低，水中残留的细菌、病毒等失去浑浊物的保护，能更好的达到消毒效果。消毒后的水最后存储于清水池中，由水泵房提升加压，进行送水，通过输、配管道送给用户。

三、水厂自动控制系统主要控制内容

从目前我国所采用的基于PLC的水厂自动控制各级系为看，不论采用何种类型和何种工艺，系统的控制技术和核心内容都基本相同，主要有水质检测、水处理控制、变频节能、综合自动化四方面的核心内容。

（一）水质检测

在水厂自动控制中，水质检测是重要内容，即在整个过程中通过水质检测技术来保证供水和排水的水质，水质检测所获取的数据是整个系统运行的重要参数，近年来，随着自动化技术、机械制造技术的发展，越来越多的新型自动化检测仪表被应用于水厂自动控制系统水质检测之中，推动了水厂自动控制系统的发展。

目前水厂自动控制所采用的水质检测技术包括流量检测技术、水位检测技术、压力检测技术、温度检测技术、水质测量分年仪表，包括哪PH检测分析、流动电流检测分析、漏氯检测分析、余氯检测分析、高低浊度检测分析等，所应用的仪器除了传统的电磁接触式仪器外，目前还应用了大量非接触式仪表。

（二）水处理控制

水处理控制是利用水厂工艺流程各个环节所设置的自动化感应部件、检测传感器、变送器、间接测量设备、执行机构等各种基层设备，以及各种自动回路调节器、自动控制单元、大小型装置控制系统、综合优化调度系统等，实现对整个水处理过程的自动控制。当前，水质指标和水处理效率的要求越来越高，大量新工艺、新设备被广泛应用于水厂整个工艺流程的各个环节，一方面提高了水厂水处理能力，另一方面也对整个工艺流程的自动控制提出了更高的要求。

（三）变频节能

在水厂整个流程中，从取水到处理到送水，整个过程都存在着水量变化频繁的问题，这主要是因为不同季节性、不同时段，用户用水的需求量有着很大的差别，存在着用水高峰和用水低峰，基于此种原因，水厂的给水压力并不是固定不变的，而是跟随用户用水需求量在不断发生变化的，整个过程中的水量受用户需求量的变化不断变化。虽然可以通过调节相关阀门来调节供水以满足用户用水需求，但如果说在用户需求量低峰时段，水泵机组依然按高峰用水量运行工作，将会造成巨大的供水能量损耗，同时还会影响水泵机组的正常运行和使用寿命，而如是果在高峰时段不能足够负荷的运转，则会造成用户用水需求不能满足现象，影响供水服务质量。因此，水厂自动控制系统需要根据用户用水需求，自动控制水泵机组的运行，以实现节能减耗的目的。

变频调速是水厂自动控制系统常用的节能降耗技术，这种技术节电效率极高，能有效的降低因水量变化造成的供水冗余。这种技术是利用变频调速的原理，在保证用户用水需求能可靠有效的被满足的前提下，利用用水量的变化情况，自动控制整个系统的水泵工况，使水泵机组能在高效率的区间内运行，提高工作效益，降低能源消耗，降低成本。

（四）供水综合自动化

水厂除了内部自动控制外，还存在大量与外部信息的交换，水厂自动控制系统需要一个集成化、开放式的，涉及到整个水处理和供水的综合自动化系统，将水厂横向控制和纵向控制集成在一起，实现水厂经营管理、计划调度、故障诊断、现场控制等的综合处理，这在大型水厂中显得尤为重要。大型水厂除了内部大量先进的设备需要应用自动控制系统提高工作效率，降低工作成本外，还需要实现对整个供水范围内的自动管理。包括哪管网地理信息系统，自动抄表收费系统，生产过程数据采集与监控系统，数据仓库中心数据管理系统，信息管理中心系统等。水厂自动化控制系统需要与这些供水环节的系统集成起来，实现整个供水的综合自动化控制。

四、水厂自动控制系统的模型

从水厂水处理工艺特点可以看处，水厂整个工艺流程各个工艺单元和环节，既是相对独立的，又存在着密的联系。因此水厂自动化处理系统可以按照其工艺环节进行划分，构建出一个基于整体系统的子系统模块，可以分为取水泵房自动控制子系统（PLC1）、加药混凝自动化控制子系统（PLC2）、反应沉淀自动化控制子系统（PLC3）、过滤冲洗自动化控制子系统（PLC4）、送水房自动化控制子系统（PLC5）、中央控制室自动化调度系统（PLC6），六个子系统构建成一个完整的水厂自动化控制系统。每个子系统都独立控制其所负责的设备的运行控制，并通过通讯网络互相联结入中央控制室上位机操作站上，受中央控制室自动化调度系统的统一调度控制，在中控室上位机操作站上统一操作，利用PLC实现指令控制整个生产过程，实现整个过程的自动化控制。

五、结束语

通过以上所述，PLC在水厂中的众多功能以及独特的优势在水厂自动化控制中得到了普遍的应用，随着科技的发展和自动化水平的提高，PLC将在水厂生产中发挥越来越重要的作用。