PLC在自來水廠加藥自控系統的應用

張健

摘 要：主要對PLC在自來水廠加藥自控系統的應用展開了探討，介紹了系統工作的原理，并對自來水廠加藥自控系統的硬件和軟件方案設計進行了系統論述和研究，以期為相關單位提供參考和借鑒。

關鍵詞：PLC；自來水廠；加藥自控系統；數據檢測

中圖分類號：TU991.62 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.102

所謂“PLC”，是指可編程邏輯控制器，其主要被用于各類型的機械加工或生產中。近年來，隨著水資源污染的逐漸加重，自來水廠對加藥自控系統這一環節有了更高的要求。而將PLC應用到自來水廠的加藥自控系統中，不僅能節省人力和降低成本，還能滿足自來水廠的其他需求，值得推廣。

1 工作原理

加藥自控系統的上位機（人機界面）可與PLC通訊，并對S7-200進行數據檢測和運行控制；濁度傳感器可將應力數據轉換為0～5 V的模擬量信號，并發送到PLC模擬量輸入口；PLC得到數據后進行PID計算（比較設定值與實際值），并發送模擬量信號到變頻器FR-D700；變頻器FR-D700收到啟動和模擬信號后，驅動加藥計量泵電機運行，從而改變濁度傳感器的測量值，最終達到設定的目標濁度值。

2 硬件方案

加藥自控系統以一個水池為模型，使用濁度傳感器來檢測水的渾濁度，PIC通過PID控制算法控制計量泵加入一定量的礬來凈化池子中的水。以西門子PLC（S7-200）為控制核心，結合模擬量輸入/輸出、濁度傳感器、變頻器和上位工控機等設計的水廠自動加藥控制系統的結構如圖1所示。

2.1 PLC選型

加藥自控系統選用PLC控制器。由于PLC的編程比較為簡單，采用類似繼電器控制系統圖中的梯形圖語言，可實現易學、易懂的目標，且PLC有較高的可靠性和較強的抗振、防潮、耐熱能力。S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行業的檢測、監測和控制自動化進程。S7-200系列無論在獨立操作，還是連接到任何網絡中，都可以實現復雜的控制功能。因此，本文選用西門子S7-200系列的方案具有極高的性價比。

2.2 濁度傳感器

通常以90°的散射光作為測試信號，其單位為NTU。由于散射光與濁度為多元線性關系，因此，傳感器需要進行多點校準，且光源強度和溫度變化均會影響測量結果的準確性。經多次研究和理論推算發現，散射光與透射光的比值與濁度為線性關系。本文采用WQ730水質濁度傳感器，其原理如圖2所示。該傳感器采用散射光與透射光的比值代替單純的散射光測量濁度，傳感器的準確度、可靠性較高，維護簡單，抗污性強。

2.3 變頻器

變頻器（變頻驅動，VFD）是指應用變頻技術和微電子技術，改變控制電機功率、交流電動機功率的控制設備。本文選用了三菱的FR-D700系列變頻器控制電機。

2.4 人機界面

人機界面由硬件和軟件產品組成。硬件部分包括處理器、顯示裝置、輸入單元、通信接口和數據存儲單元，處理器的性能會決定HMI產品的性能，是HMI的核心單元。本文采用臺達DOP-A系列觸摸屏，其具有65536色TFT，640×480的像素，內置7 MB的FlashROM，支持USBHost，可外接U盤、打印機，可運行USB1.1高速下載規劃程序，具有3組通訊端口，最多可支持16國語言畫面設計，且符合IP65&NEMA4規格，通過了CE&UL認證。

3 軟件方案

本文采用西門子PLC（S7-200）和臺達DOP-A觸摸屏的編程設計。

3.1 S7-200編程軟件

SIMATICS7系列工業控制產品具有參數設置、硬件配置、網絡配置、測試、編程、啟動維護、操作診斷等功能，包括C7、M7和WinAC等產品，基于PC可用的參數設置，其可編程和監控標準工具，是工業軟件的重要組成部分之一。具體而言，本文的程序設計主要以PID閉環控制為主，PLC程序設計按照功能主要分為MAIN、SBR_0和INT_0三段。

3.2 人機界面程序設計

人機界面采用臺達DOP-B系列觸摸屏，臺達公司免費提供了觸摸屏編程軟件ScreenEditor的下載。軟件的具體使用方式參見《DOP/TP系列人機界面應用技術手冊》。根據軟件的特點和系統功能要求設計的人機界面的主界面如圖4所示。

主界面包含以下內容：①渾濁度表盤顯示；②泵變頻器表盤顯示；③系統運行、報警等顯示；④PID參數設置，包括增益、積分時間和微分時間；⑤渾濁度值實時監控；⑥渾濁度值目標值的設定；⑦啟動和停止按鈕可控制系統的啟動和停止。

4 結束語

綜上所述，目前，PLC不只應用到了加藥自控系統中，更是被廣泛應用到了自來水廠的各種工作中。希望本文的闡述會對PLC的應用推廣起到一定的幫助。

參考文獻

[1]徐龍.PLC控制技術在自來水廠自控系統中的應用[J].山東工業技術，2013（11）.

[2]戴文權，杜茂安，李澤明.PLC在寧海臨港自來水廠自控系統中的應用[J].中國給水排水，2007（20）.

〔編輯：張思楠〕