自動化控制在凈水生產中的應用分析

【摘要】隨著科技的發展，時代的進步，自動化控制已是新型企業的一個重要標志。平定供水管理局凈水站是一個小型的現代化凈水站，于2017年元月1日正式投運。筆者根據現場生產運行實踐，對自動化控制在凈水生產中的應用進行分析探討。

【關鍵詞】凈水生產；自動化控制；PLC技術

1、凈水站自動化控制

自動化控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設備或是生產過程（統稱被控對象）的某個狀態或參數（即被控量）自動地按照預定的規律運行。它的基本要求是：穩定性、快速性、準確性。

按既定水處理工藝要求，原水→多介質過濾器→保安過濾器→納濾（產水）→濃水回收納濾系統（產水）進行自動控制，完成凈水生產任務。以計算機技術為基礎，以可編程控制器（PLC）組成分布式集散系統，對凈水生產過程控制、參數及運行狀況的監視，、自動報警、自動切換、實時記錄等。完全實現中控操作，一鍵啟停，各控制站無人值守。

2、系統的的拓撲結構

系統由主站和IO分站組成，并且預留遠期擴展接口、遠程監控接口，提高系統的可靠性，觸摸屏對系統實時監控。

2.1控制系統的形式

充分考慮凈水站運行管理的需要，采用了集成架構系統結構，全站自控系統分為三層結構：信息層、控制層、設備層。

信息層：由凈水站監控中心操作員站、工程師站、以太網交換機、LCD顯示屏等監控操作設備及局域網組成。

控制層：由PLC主站、子站及監控系統等組成。

設備層：由現場運行設備、檢測儀表、高、低壓電氣柜上智能單元及現場總線網絡等組成。

2.2 控制模式

所有設備的控制模式設三級控制：就地、現場PLC控制站、水站監控中心。上、下級控制級之間，下級的優先權高于上級。

就地控制級：設有“遠程/就地”兩種方式 ，各設備均可通過“遠程/就地”選擇開關切換實現手動操作，優先級別最高。當現場PLC站了發生故障時，可通過就地控制級的切換開關實現設備就地手動操作。當設備危及人身安全或管路破裂出現大量出水等緊急情況時，可立即就地停運設備，避免故障范圍擴大以致造成事故。

現場現場PLC控制站級： 現場PLC控制站通過軟件設置“自動/手動”模式切換。處于本級控制時，可對設備的控制模式及設備運行操作，并可調節本站的設置參數。當操作權限在下級時，不影響對設備的運行監視功能。

水站中心控制室級：本級通過軟件設置“自動/手動”模式切換。當處于本級控制時，可對凈水站的設備控制模式及設備運行進行操作，并可調整運行設置參數。當操作權限在下級時，不影響對設備的運行監視功能。優先級最末，自控操作最頻繁。

2.3 監控中心

監控中心集中實現對全站的工藝流程的監控。在控制圖形上通過鼠標、鍵盤對工藝參數進行修改，對工藝過程進和控制設備進行控制和調節；在設備及工藝過程中發生故障時發出警報，顯示故障點和故障狀態，按照報警級別作出相應反應，記錄故障信息；可設立不同的安全操作等級，針對不同的操作者設置相應的加密等級，記錄操作員及操作信息。

2.4 現場PLC控制站

PLC控制站可獨立于監控中心進行本區域及相關工藝流程的監控。實時監測站內設備，包括水泵、閥門設備監控、對液位、取水總管壓力、流量、溫度、壓力、液位、流量、PH值、濁度值、ORP值、電導率值等數據值檢測，實時檢測查膜處理工藝進出水水質變化，一級二級納濾膜過濾，出水及每個膜組件沖洗過程、輔助設備進行監控等。其控制系統所有數據通過環網送至中心控制室，接受遠程監控。

3、PLC控制是凈水站自動化控制的核心

PLC即可編程邏輯制器，它將計算機技術、自動控制技術和通訊技術融為一體，成為實現凈水站自動化的核心設備，其具有可靠性高、抗干擾能力強、組合靈活、編程簡單、維修方便等諸多優點。本站采用的西門子s7-300模塊化小型PLC系統。它通過分布式的主機架和3個擴展機架，可操作多達32個模塊。各種單獨模塊之間可以廣泛組合，以用于擴展。

3.1 系統組成

s7-300PLC主要由下列幾個模塊組成：中央處理單元（CPU）；

信號模塊（SM）：用于數字量和模擬量的輸入/輸出；通信處理器（CP）：用于連接網絡和點對點對接；功能模塊（FM）：用于高速計數，定位操作和閉環控制；負載電源模塊（PS）：用于將SIMATIC S7-300連接到120/230V交流電源或4/48/60/110V直流電源；接口模塊（IM）：用于多機架配置時連接主機架（CR）和擴展機架（ER）。

3.2 在凈水生產中，PLC的主要功能是：

提升泵根據濃水回收池液位進行啟停；

清洗泵根據CIP水箱的液位進行啟停；

高壓泵根據提升泵房提升泵的運行情況，可在人機界面手動控制啟停，根據運行時間，自動切換；

采集高壓泵、提升泵、CIP清洗水泵、風機、加藥泵等機組的故障信號和運行狀態信號；

各機組根據運行時間自動切換；

采集車間現場儀表信號。

3.3 現場控制量

開關量控制作為繼電器控制的替代品，PLC的自動開關量控制可以大大提高控制的可靠性。凈水站共有600多個開關量， 每個開關量模塊最多控制成32個開關量。主要用于電動閥的啟停、泵的啟停、加熱器啟停、攪拌器的啟停、手動/自動的切換等。

PLC的模擬量可以大大地提高過程控制系統的精度，它對液位、速度、壓力等量的升、降過程是進行嚴格的控制，給過程的控制設計和維護帶來了極大的方便。凈水站200多個模擬量，每個模塊最多8通道。分別對溫度、壓力、液位、流量、PH值、濁度值、ORP值、電導率值進行的設定與控制等。

4、結語

凈水站實現自動化控制根本目的是提高生產的可靠性和安全性，實現優質、低耗和高效供水獲得良好的經濟效益和社會效益。在今后的生產實踐中，加大對自動控制系統的探究，以更好地為凈水生產服務。

參考文獻：

[1] 胡壽松 自動控制原理 科學出版社 2001

[2] 鄧則明 鄺穗芳 程良倫 電器與可編程控制器的應用技術 機械工業出版社 2002