自来水厂自动化系统设计概述及方案比较

自来水厂自动化系统设计概述及方案比较

马宝圆

身份证号码：120107198211245117

摘 要：随着我国净水工艺日渐成熟，与之配套的自来水厂自动化系统功能也逐渐丰富化和多元化，由此也对自来水厂自动化系统设计与方案比较提出更高的要求和标准。此次研究利用文献研究法等方法，首先对PLC自来水厂集散控制系统、DCS自来水厂集散控制系统的设计进行概述，并在此环节对各系统操作流程、特征进行概述，随后从现场施工可行性、系统应用开放性、系统调试便捷性三方面对两种各系统设计进行研究比较。

关键词：自来水厂；自动化系统；PLC系统；DCS系统；

引 言

自来水厂作为社会公共事业发展的主要部分，承担着市民用水的供应的职责。随着近年来我国信息技术不断发展，自来水厂自动控制系统应用水平不断提升，在系统控制等方面逐渐实现在线监测、仪表分析、自动控制等执行功能，从以往常规现场的单个仪器设备操作发展到多个设备系统操作、网络集成的现代化、自动化控制系统。目前，在我国自来水厂自动化控制系统当中，PLC系统、DCS系统被广泛应用，前者以实现自动化控制进行命名，后者则是以自动化组成的体系结构进行命名，二者有着本质的区别，而如何在自来水厂自动化控制系统中合理选择系统是自来水厂自动化系统设计的重点。

一、自来水厂自动化系统设计

（一）PLC自来水厂集散控制系统

在自来水厂自动化系统设计过程中，由PLC系统所设计的自来水厂集散控制系统目前应用较为广泛。PLC自来水厂集散控制系统主要是由单个主控制系统、单个输入单元、单个输出单元、单个模拟量输入单元、单个模拟量输出单元所组成，其中单个主控制系统由CPU、外部设备连接的接口板、编程器所组成，输入单元及输出单元则用于控制自来水厂的开关量，模拟量输入单元和模拟量输出单元则可用于控制变量设备[1]。总体而言，PLC自来水厂集散控制系统由CPU程序所控制，达到实现自动调制开关、运营系统安全保护、系统运行安装状态检测、系统运行过程监控及控制等功能。在使用PLC自来水厂集散控制系统过程中，首先需要确定自来水厂的控制设备类型，并且根据控制设备类型选择合适的PLC系统；随后，在安装系统过程中应当防止出现震动及其他外界干扰；紧接着，完成后应当确定电气设备连接状态，确定自来水厂的各个设备与系统完全连接；最后，通过后台编程实现对系统的总体控制，编程内容主要包括系统输入输出类型、安全状态保护类型、系统状态检测参数以及设备控制参数等[2]。

（二）DCS自来水厂集散控制系统

DCS自来水厂集散控制系统是一个由过程控制和过程监控所组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了与通讯技术相关的计算机、通讯等4C技术，该项系统应用于自来水厂集散控制系统能够实现自来水厂的分散控制、集中操作、分级管理、灵活配置等功能[3]。DCS系统应用于自来水厂集散控制系统能够实现系统运行的高可靠性、开放性、灵活性、功能强大性等特征，从高可靠性而言，DCS系统利用多台计算机进行控制，系统架构采用了硬件冗余、网络容错设计，即使系统其中某个硬件出现故障也能够在MS级恢复，不会影响整个系统的运行；从开放性而言，本身系统采用开放化、标准化、模块化进行设计，当系统需要增加或删减部分功能，则可通过修改硬件配置实现；从灵活性而言，当自来水厂集散控制系统控制要求出现变更，可以通过编程系统实现逻辑控制，利用复杂算法实现；从控制功能强大而言，DCS系统控制算法极为丰富，具有串级控制、前馈控制等多个PID控制功能，不仅支持高级语言识别，同时可以编写更为复杂的算法。

二、自来水厂自动化系统方案比较

（一）现场施工可行性

结合工作实践发现DCS系统相较于PLC系统在现场施工方面更具有可行性。具体而言，自来水厂本身工业环境较为复杂，DCS系统可在此类恶劣的工业环境中实现可靠性工作，同时系统维修方便，工艺先进且操作简单。在该项系统之中，底层汉化软件具有强大且多样的处理功能，能够为自来水厂自动化控制提供方便的组态复杂控制功能、用户自主开发功能以及高级控制算法支持等能力。并且，DCS系统可为自来水厂自动化控制系统提供多种通讯模块，支持多种现场总线标准，从而满足自来水厂各自动化控制设备与智能设备进行连接，从而满足系统扩容需求。

（二）系统应用开放性

从系统应用开放性而言，目前自来水厂自动化控制系统采用的DCS系统采用的是标准化的TCP/IP协议，该协议与有安全性、可靠性、双冗余性特征，系统的整体性和开放性更强。具体而言，DCS系统由控制层、操作层等层级所控制，例如在操作层中，DCS系统采用冗余为100Mps以太网，在控制层中采用冗余为100Mps的工业以太网[4]；相较而言，PLC系统则由多个单体系控制单元所组成，在PLC系统与设备连接组成通讯网时，采用的网络形式也以单网结构为主，不具备良好的网络通讯安全防护措施。并且，从整体管理角度而言，DCS系统中每个操作系统都有着独有的工程师站功能，各个工程师站下属拥有紧密配合的关系，即各个站、各个功能、各个系统、各个装置均是相互牵制；而PLC系统则采用通讯连接构成，LC与PLC之间的连接较为松散，无法做出复杂的协调控制操作。

（三）系统调试便捷性

在自来水厂自动化控制过程中，现场调试是一项令操作人员感到苦恼的工作。具体而言，当需要对自来水厂自动化控制系统中某个功能或者某个逻辑进行变更，工程师则需要根据修改要求，对照PLC系统、DCS系统进行操作。在此过程中，对于DCS系统而言，由于该系统组态软件内涵的控制软件和逻辑算法较为丰富，能够满足多种多样的逻辑组态基本需求，所以操作更为简单；对于PLC系统而言，由于PLC系统功能与功能之间、模态与模态之间呈现独立性，所以编程和现场调试工作量更庞大，不仅首先需要确定所需调整的功能回路和逻辑结构所对应的具体型号，并根据对应编程软件进行现场编译，更要用专用的编程机器在现场一对一将程序进行传输，更要重新修改有关该回路和逻辑的整个组态程序，所以操作极为复杂[5]。

三、总结

随着我国信息技术不断发展，为我国自来水厂系统控制提供帮助，我国自来水厂系统控制也逐渐实现自动化控制。在目前的自来水厂自动化控制系统当中，PLC系统、DCS系统得到普遍应用，二者无论是从系统模块、操作管理均有着较大的不同，而如何结合自来水厂自动化控制系统要点选择设计方案和系统是值得深思的。此次研究利用文献研究法等方法，对PLC自来水厂集散控制系统、DCS自来水厂集散控制系统的操作流程、特征进行概述，随后从现场施工可行性、系统应用开放性、系统调试便捷性三方面对两种各系统设计进行研究比较，望为自来水厂自动化系统设计及方案选择提供建议参考。
参考文献：

[1]刘光红. 自来水厂自动化生产中PLC的应用[C]//中国智慧城市经济专家委员会.2023智慧城市建设论坛广州分论坛论文集.2023智慧城市建设论坛广州分论坛论文集,2023:165-166.

[2]钟逵.人工智能在自来水厂电气自动化控制中的应用[J].现代工业经济和信息化,2022,12(12):137-139.

[3]何孟基.基于PLC的自来水厂控制系统设计及应用[J].吉林水利,2022(05):57-60.

[4]高传飞.自动化控制系统在自来水厂节能降耗中的应用分析[J].中国高新科技,2022(08):5-7.

[5]蔡仲华,邓俊贤,温韶雄.自来水厂生产调度辅助系统[J].设备管理与维修,2021(24):91-92.