PLC控制技術在自來水廠自控系統中的應用

徐 龍

(廣東粵港供水有限公司，廣東 深圳518000)

近年來，城市供水問題日益嚴峻，自來水廠的建設也不斷加快，各種控制設備也相繼得到應用。其中，PLC 自動控制系統就在自來水廠中得到廣泛的應用，并取得了較大的經濟效益和社會效應。所謂的PLC 控制技術，就是利用一種專門在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置進行有關的控制。而將PLC 控制技術應用于自來水廠會對提高水廠水質監控的準確性和實時性以及提高水廠工人的生產效率和設備的耐用性有著積極意義，本文就PLC 控制技術在自來水廠自控系統中的應用進行了探討，以期能為PLC 控制技術更好地應用在自來水廠自控系統中而提供參考。

1 水廠控制系統概況

根據水廠控制的工藝流程和功能要求，自動控制系統采用羅克韋爾的PLC-5 軟硬件設備，兩級的集散式系統結構。第一級是廠級調度工作站(簡稱主站)，第二級是區域控制室工作站。

在本系統中，設置了2 個主站(ZK1、ZK2)，它們互為熱備，當一個主站出現故障時，所有控制權自動轉向另一個，這時可以及時維修故障的主站。這樣，既提高了整個系統的平均無故障時間，又增加了系統的穩定性和可靠性。主站負責全廠生產過程的調度、控制、管理以及信息處理，能顯示、記錄和處理報警，能指揮下一級分站操作運行，能打印整理漢化工作報表、繪制曲線，能實現自動控制和手動控制，并直接控制全廠設備。在中控室的ZK1、ZK2 機器上設置了數據記錄功能，該記錄被存入DBASE 數據庫文件，可以在Excel 中查詢歷史數據。現將數據記錄期限設置為3 個月。

由于我廠面積大，各水池比較分散，控制功能比較復雜，控制設備差別較大，PLC 的I/O 的尋址能力、機架數量和負載能力有限，因此不可能只用一個分站來完成全廠的控制。根據地理位置分布情況、控制功能及控制設備的距離等因素，把全廠控制分為6 個子系統，它們是取水系統(第一分站)、投藥系統(第二分站)、過濾系統一(第三分站)、過濾系統二(第六分站)、送水系統(第四分站)和中控系統(主站)。

2 通信方式

主站和各分站之間通過DH+(DATA HIGHWAY PLUS) 連成局域網以實現資源共享。二分站、三分站、六分站、四分站工控機與PLC-5的通信采用RS-232C 通信方式。DH+局域網采用令牌傳遞方式，DH+的站間通信是通過MSG 指令啟動并控制的。主站和加藥分站、濾池分站、送水分站的通信用此方式。主站和取水分站的通信是通過無線電臺進行的，這是由于取水口距離水廠有1km，無法用DH+進行可靠且經濟的有線通信。

3 各分站自動控制軟硬件

各分站PLC 硬件由A—B 公司提供，由1 塊電源模塊(1771—P7)、1 塊CPU 模塊(1785—L20B)，以及若干I/O 模塊組成。I/O 模塊、數據存儲和梯形圖程序之間的關系如圖1 所示。

圖1 I/O 模塊、數據存儲和梯形圖程序之間的關系

運行羅克韋爾Logix5 軟件，可以管理各分站PLC 的梯形圖程序。運行羅克韋爾RSLinx 軟件，可以實現Logix5 與羅克韋爾RSView32軟件的鏈接。運行RS—View32 軟件，可以監控各分站的生產數據，而且在重要的生產過程中，可讓報警過程作用于計算機的內部蜂音器進行報警。

4 各分站PLC 控制傳輸過程

取水泵房(第一分站)PLC 模塊位置如圖3 所示。取水泵房的主要任務是開/停4 臺水泵和監測吸水井液位。機組的開/停由清水池水位、送水泵的運行情況、用水高峰時段以及送水管網壓力等因素決定。用吸水井液位來演示模擬量PLC 輸入過程。現場采樣是由E+H 公司提供的超聲波液位計FMU230 完成，數據轉換成DC4～20mA 輸出，經過同軸電纜送到第一分站PLC 上的1771—IFE(5)模塊上的11、12 端子，模塊地址為I：004/04，當PLC 掃描I/O 口時把數據存儲在映像文件N10：87 里，標記數據庫對應符號為F＼LT100，并實時、動態地顯示在RSView32 監控軟件監控屏幕上。為了能在中控室(主站)監控畫面上同步顯示，需要通過PLC 來實現，數據文件N12 是無線電臺發射專用的，以數據1005 為起始發送數據，主站接收數據，并存入主站數據庫，并通過主站RSView32 同步顯示，并通過A-B 公司的1784-PKTX 卡，在DH+上實現數據共享。

凈水車間主要對原水進行加藥、加氯處理。加藥系統由5 臺計量泵、2 臺變頻器和2 臺流動電流儀(SCM)完成自動控制。加藥量由原水的流量、濁度來決定。PLC 采集原水流量信號，并自動調節變頻器輸出頻率來改變計量泵的頻率，最終改變加藥量。SCM 自動調節計量泵沖程來精確投藥量。PLC 控制1# 計量泵投藥過程如下。現場由美國ChemTrac 公司生產的SCC3500XRD 流動電流儀完成SC(流動電流值)采集，并把SC 與工藝最佳設定點SP 作比較，在自身PID 控制作用下，自動調大或調小輸出的沖程量，使當前SC 值與SP 一致，并以DC4～20mA 輸出，送到第二分站PLC 機架上1771-IFE(2)模塊的18、19 端子，地址為I：010/07，數據存儲在映像文件N10：54 里，對應標記CHONG1，通過梯形圖(如圖2 所示)傳送到輸出文件N35：5，從模塊1771-OFE(2)上地址為O：060/0 的端子輸出(對應的標記數據庫符號DP1CC)，送到1# 沖程泵調節端上，控制計量泵沖程，從而改變加藥量。1771-IMD 模塊和1771-0MD 模塊是開關量輸入輸出模塊，1# 計量泵運行信號從1771-IMD(4)模塊地址I：012/04 輸入，1771-OMD 模塊端子(地址0：37/10)輸出，控制1# 計量泵運行，數據通過DH+進入局域網。

圖2 SCM 輸入輸出梯形圖

濾池控制系統的主要控制對象有4 個反應池、4 個平流沉淀池、14 個氣水反沖洗濾池、3 臺反沖洗泵、3 臺鼓風機、3 臺空壓機及變配電系統。濾池控制系統的主要任務是過濾時的液位控制和清潔過濾砂時的反沖洗控制，且使過濾和反沖洗不斷循環交替進行。單元濾池的PLC 主要完成本格濾池的恒液位過濾控制和本格濾池的進水閥、清水閥：排水閥、氣沖閥、排氣閥、水沖閥等的自動控制，及數據采集。為了實現等速恒液位lm 的過濾，就要使濾池的出水量等于進水量，根據濾池水位變化來調節清水閥的開啟度以控制出水量的大小。而當濾池的運行滿足反沖洗的約束條件時，需要進行反沖洗清潔濾沙。反沖洗PLC 處理過程如圖3 所示。

圖3 反沖洗

濾池系統PLC 分為2 個子系統(第三分站和第六分站)。以第六分站為例，它又包括1 個主站和5 個遠程I/O(7#RI/O、8#RI/O、11#RI/O、12#RI/O)，1771～ASB/E 是遠程適配器。此處以8# 濾池恒液位說明PLC控制。

由液位計測量8# 濾池液位，液位信息傳輸到六分站主站1771-IFE/C，地址I：000/0，標記PIT601，從1771-OFE/C 上地址O：002/0 輸出，標記RAG601，PLC 字N12：100，和8# 出水閥控制系統連接。數據通過DH+進入局域網。

送水分站的主要控制對象是送水泵、送水泵抽真空系統、出廠水及排水系統。送水分站共有5 臺水泵，開停送水泵的臺數由公司調度室發信號給中心控制主站，再由中心控制主站發出開停泵信號，由送水分站PLC 完成水泵開停過程。1#、5# 水泵由西門子大功率變頻器控制。1#、5# 機組N12：34。8# 濾池出水閥位置反饋信號地址I：000/4，標記ZT601，PIC 字N12：38，經過PLC 的PID 調節PLC 控制面板。選擇PID 閉環控制，通過壓力給定(40%表示給定壓力為39.2N)，PLC 比較返回的壓力值自動調整變頻器，使電機能根據用戶用水量的大小自動調節供水，將管網壓力保持在39.2N 左右，實現恒壓供水。

5 結束語

綜上所述，將PLC 控制技術應用于自來水廠中，會對提高水廠水質監控的準確性和實時性以及提高水廠工人的生產效率和設備的耐用性有著積極意義，并因此而得到了廣泛的應用。本文就PLC 控制技術在自來水廠自控系統中的應用進行了探討，相信對PLC 控制技術更好地應用在自來水廠中有一定的幫助。

［1］王建平.PLC 在水廠加藥自動控制系統中的應用[J].科技資訊，2011（11）.

［2］梁遠錦.自來水廠PLC 自動控制系統的應用研究[J].管理觀察，2009（35）.