PLC自动化控制系统在水厂中的实践探析

2022-03-14李炯

现代工业经济和信息化 2022年12期

李炯

（浙江中控信息产业股份有限公司，浙江杭州 310051）

引言

PLC自动化控制技术在近年来开始迅速发展，并在社会中的多个领域被广泛使用，尤其在自来水厂中，PLC自动化控制系统更加凸显其重要地位。该系统具有较强的可靠性和抗干扰性，使用便捷灵活，在水厂中大大提高水处理质量，而且减轻工作人员的负担，降低了维护成本，对水厂的整体运行起着至关重要的作用，也是保障人们获取更高质量饮用水的重要手段[1-3]。

1 PLC自动化控制系统介绍

1.1 PLC控制系统概述

从用途上来讲PLC属于一种工业控制器，是工业控制系统的核心，主要用来接收现场信号，根据生产工艺、控制要求进行逻辑判断，控制输出设备运行。若从结构和原理上来讲PLC属于是一种计算机系统，是与继电器控制系统完全不同的两类控制系统。PLC典型硬件组成首先是中央处理器（CPU），它的作用是完成PLC内部所有的控制和监视操作。其次是存储器，大体可分为系统程序存储器、用户程序存储器两类，用于存放系统程序、用户程序和各类数据。然后是输入输出电路（I/O电路）主要作用是将PLC内部和工业现场进行电器隔离，起到一定的保护作用，其次能够调理信号，将现场信号调理成CPU能够处理的信号。最后是通信接口、电源以及外部设备等，以上是PLC的硬件组成。利用PLC实现控制的第一步是要编写程序，首先要在计算机上编写控制程序，也就是所谓的用户程序，然后将程序下载到PLC的用户存储器当中；第二步是连接系统，也就是将按钮与PLC的输入电路进行连接、控制电动机的交流接触器与PLC的输出电路进行连接，以此来完成系统的硬件连接；当上述步骤完成后就可以运行程序，实现控制，当按下按钮后，电信号就会被传送到PLC，首先PLC的输入电路会将电信号转换成CPU可以处理的数据形式，存放到存储器当中，然后CPU按照程序的控制逻辑读取存储器中相应数据进行运算，并将运算结果存放到存储器中，最后输出电路将存储器中的结果数据转换为驱动接触器需要的电信号[4]。

1.2 PLC自动化控制系统的特点

1）具有较强的可靠性与抗干扰能力：这是PLC最重要的特点，根据调查研究显示PLC可在几十万个小时之内保持无故障产生，而且通过扫描的方式大大降低了外界的干扰，其中还设置了故障的检测与诊断程序，若受到外界干扰发生故障时可以自动将重要信息进行存储。从硬件方面来讲PLC的接口使用光电隔离且较为直观，能够有效消除高频干扰，在不同的控制环境中都可以实现运用[5]。

2）使用较为便捷灵活：PLC的功能模块较多，能够形成不同功能的控制系统，而且PLC编程采用的是梯形图作为编程语言，具有直观形象的优点，不需要学习太多复杂的计算机知识也能够在短时间内进行掌握。同时具有较高的容量，能够根据运行生产的实际需要进行调整，并且运算速度较快、性价比较高。

2 PLC自动化控制系统在水厂运行中具备的优势分析

2.1 提高了水厂的管理效率

利用PLC自动控制系统可以实现手动、自动控制任意切换，操作较为简便，在净化水的过程中，操作人员可根据实际情况所需选择最适宜的控制方式。还可以对水净化的过程进行实时监控，如果在运行过程中出现异常，PLC系统就会自动按照系统预设的分级将相应的警告信息发送到监测平台，便于工作人员开展检查。不仅如此还可以实时监测水厂的工作区域和控制室，将收集的各项数据信息传输到总平台，通过数据显示，工作人员能够及时查看到设备的运转情况和人员的操作情况，以此来降低设备发生故障的概率以及人员操作误差[1]。当水厂的设备在运行过程中出现问题时，PLC系统会第一时间将发生故障的具体位置图片传输至监测平台中，自动分析故障原因并发出报警信号，方便维修人员及时发现故障点和检修，节省了大量的检查时间，也降低了设备的损坏程度。此外在水厂中需要大量的人力对水处理的各个环节进行监测管理，不仅增加了水厂的投入成本，而且难以保障各个环节的监测不会出现误差。利用PLC技术可以完全规避此类问题的出现，系统能够将各个环节的数据信息全部传输至平台中，工作人员无需到现场进行监测就能够实时掌握各环节的运行情况。其次PLC系统还能将水处理的动态画面传输到平台当中，完全实现了自动化动态管理，通过平台工作人员可完全掌握水处理的各环节情况，做好提前预防工作。

2.2 提高了信息的管理效率

过去在水厂运行过程中需要技术人员对相关的仪器设备做好检查并实时记录，这样的模式不仅容易产生数据误差，还会严重影响水厂的管理效能，而且相关人员在检查和记录的过程中避免不了会产生漏检或记录不全的情形，如此一来对水厂的供水质量和稳定运行都会造成不利影响[2]。现如今随着PLC自动化控制系统的引入使用，可以融合计算机技术开展检测，在相关软件安装完成后，就可以对水厂中的各项运行设备进行检测并对最终检测的数据进行总结和上报，完全规避了传统人工模式容易出现误差、漏检的现象。此外在水净化过程中工序较多，也会产生许多数据信息，此时PLC自动化控制系统基于自身的存储功能会将产生的数据信息进行存储并运算，最后根据运算结果开展自动化分析，工作人员只需根据平台分析的结果对设备的运行进行风险规避，从而降低水厂的运行成本，提高信息管理效率的同时，也提高了水厂的供水质量。

3 PLC自动化控制系统在水厂中的具体实践

随着人们对饮用水质要求越来越高，现如今PLC自动化控制系统在水厂中的应用越来越广泛，实现了全面的智能化管理，提高了水厂的管理效率和供水质量，在一定程度上满足了人们对水质的要求。PLC自动化控制系统在水厂中的实践具体体现在以下几个环节。

3.1 PLC自动化控制在水厂投加系统中的实践

投加系统是水厂的重要组成部分之一，在水厂取到水源后，需要在水中投加化学试剂使水质达标，比如在水中加入明矾可以将水中极小的不溶性杂质凝聚在一起，形成较大的不溶性杂质，便于沉淀过滤，或者利用氯进行消毒等等[3]。在投加化学试剂的过程中，试剂量的多少是备受关注的问题。在过去的水厂中，加入多少化学试剂完全取决于相关人员的经验，而且投加的设备比较简单，如此一来经常会出现化学试剂投加过少导致水质不达标，或化学试剂投加过多导致资源浪费等现象。现如今利用PLC自动化控制系统完全改善了此类问题。比如水厂获取水源后，在水中需加入明矾来去除不溶性杂质，此时利用PLC自动化控制系统能够自动比对自然水源的浑浊程度和经过处理后水的浑浊程度，以此来控制加药泵，PLC自动化控制系统根据测量值对明矾试剂的投加量进行调整，提高了试剂投加的精度。PLC自动化控制系统实现了对浊度仪、流量计、加药泵等仪表的动态测量，合理控制明矾的投加量，将水厂沉淀池出水浊度控制在标准范围内，完全规避了传统人工操作容易出现水质不达标或试剂浪费等现象[4]。另外还需要利用氯对水进行处理，一方面是在水源进入絮凝池前加入氯试剂来降解水中的有机物，另一方面是在水源投入使用前加入氯进行消除处理。利用PLC自动化控制系统可根据传感器的接收信息对氯试剂的投加量进行调节，能够实时监控取样泵、加氯机和漏氯警报器等设备。相比于传统人工模式，减少了氯试剂浪费的同时，还能使最终出水的水质达到标准要求，实现了水厂投加系统的自动化控制。

3.2 PLC自动化控制在水厂滤池系统中的实践

水厂过滤池是水处理的核心部分，主要是用来去除低浓度悬浊液中微小的颗粒物。当水厂获取原水后，虽投加了氯试剂和明矾试剂来降解水中的有机物，但是水质仍不能满足饮用要求，此时就需要进行过滤操作。水厂的过滤池主要是由液位系统和反冲洗系统构成[5]。液位系统主要是用来控制水量，通过感应水量对水泵的水量进行调节，实现合理分配，确保供水系统的正常运行。利用PLC自动化控制系统能够对液位传感器、触摸屏、变频器等设备进行自动化控制。液位传感器可以感应到液位的变化，将感知到的数据转换为电信号进行输出，达到液位测量的目的；触摸屏可以向计算机中输出信息，利用触摸屏取代传统人工对现场信号的实时监控，使现场的设备具有更高的稳定性；变频器能够使电机获取可变频率电源，使水管中的压力连续变化。其次反冲洗系统主要是用来清除滤料上的杂物，在系统启动时需要对其进行控制，利用PLC自动化控制系统能够确保反冲洗系统连续不断的运行，对水泵进行良好控制，从而获得稳定的冲洗水压，此外还能实时监控水质参数，合理控制反冲洗系统的启动时间。

3.3 PLC自动化控制在水厂出水加压站中的实践

原水在经过一系列处理后，再进行升压处理就可为人们提供使用。利用PLC自动化控制系统不仅可以减少人员的投入成本，还能提高加压站的安全性。通过信号柜获取信息，再利用执行器柜控制各项设备，PLC自动化控制系统可以对出水水压、水位、流量等进行实时监控，如若发现异常，会自动采取措施来恢复指标，与此同时也会发出警报信号，通知相关人员。由此可见利用PLC自动化控制系统不仅提高了出水加压站的自动化水平，而且有效保护了加压站的机组安全。

3.4 PLC自动化控制在水厂水质检测中的实践

待原水净化过后需要开展水质检测工作。利用PLC自动化控制系统与检测设备相结合，对检测设备中显示的各项参数进行实时采集，如果发现某一项参数超出了标准，系统可自动定位并通知相关人员，实现了24 h水质检测控制，进一步提高了水质的检测效率，保障了水资源供应的安全性。

3.5 PLC自动化控制在水厂监控系统中的实践

过去自来水厂的监控系统大多依靠于人工和相关设备的相互协作。利用PLC自动化控制系统后，可以结合顺序控制和逻辑控制，实现对多项设备进行同时控制。水厂中的所有监控设备都与PLC控制中心相连，各台监控设备的运行状态及参数都可以传输到控制中心。而且PLC自动化控制系统还可以实现动静态生产过程的数据采集，提高了资源配置效率。