PLC在農村飲水工程監控系統中的應用

楊德勝 崔 杰 于丙焱

1.煙臺開發區自來水有限公司 山東 煙臺 264006

2.煙臺市福山自來水有限公司 山東 煙臺 265500

1 引言

近年來，隨著國家推進城鄉供水一體化建設步伐的加快，占地小、投資少、建設周期短的鋼制一體化凈水設備在農村飲水工程中得到廣泛使用，考慮到現場環境、人員素質和管理水平等因素，可靠的自動化監控系統就顯得尤為重要，如何充分發揮PLC強大的邏輯控制功能[1]，實現農村飲水工程高效穩定運行是擺在我們面前的問題。

2 工藝流程

鋼制一體化凈水設備大多采用集成式模塊化設計，根據原水水質和出水要求進行模塊組合集成。目前農村飲水工程中使用最多是常規結構型式，主要包括絮凝、沉淀、過濾三個工藝單元。從圖一農村飲水工程典型工藝流程可以看出，除了一體化凈水設備外，還包括加藥、加氯消毒設備、濾池反沖洗設備等。

圖一 農村飲水工程典型工藝流程

3 監控系統構成

農村飲水工程自動化監控系統的構成如圖二所示。按照集中管理、分散控制的原則，設監控主站一個，每組濾池和每組沉淀池均設監控從站一個，加氯加藥共用一個監控從站。中控室可視化監控平臺通過光纖工業以太網與監控主站進行通訊，主站與各從站采用Profibus-DP現場總線方式進行數據交換，系統最底層是設備控制層，主要完成設備的控制與監測。

圖二 農村飲水工程自動化監控系統

3.1 監控從站 根據功能和設備分布情況設就地分控柜，PLC一般選用模塊化的西門子SIMATICS7-200系列產品，以完成對本地儀表、設備的數據采集和控制輸出。例如，濾池監控從站會保持對該濾池運行液位、閥門狀態的監測，PLC獨立完成大部分的邏輯控制，并向主站上傳濾池狀態和反沖洗工況信號。

3.2 監控主站 監控主站是全廠集中管理的神經中樞，通過程序來完成對從站采集數據的分析、運算并相應輸出結果，特別是對于從站PLC不能獨立完成的復雜邏輯控制，主站發揮指揮和協調作用。例如，濾池反沖洗是多組濾池共用一套沖洗水泵和風機系統，所以這些設備只能與監控主站進行關聯，通過主站監控所有濾池的工況并進行沖洗排序協調。主站PLC一般選用西門子SIMATICS7-300系列產品。

3.3 監控平臺 中控室一般設置兩臺互為冗余的上位機，配備大屏幕顯示系統，便于工藝畫面顯示及值班人員遠程操作，平臺采用西門子的組態軟件WinCC，完成全部工藝畫面的整合。

4 監控系統功能

4.1 基本功能 在中控室集中監控全廠生產情況，動態顯示參數及設備設施工況，并能自動進行藥劑投加調整，保證水廠出水濁度、余氯等指標符合要求；能對設備故障、生產異常等進行報警和緊急處理，確保安全生產。

4.2 濾池自動化運行 濾池是農村飲水工程制水生產中最關鍵的工藝環節，恒液位自動過濾和自動反沖洗，就是監控系統的核心技術所在。

4.2.1 恒液位自動過濾 這是濾池的正常工作狀態，PLC通過感知液位變化，以進水流量作前饋、濾池液位作反饋，用PID調節控制濾池出水閥門的開啟度，來保持濾池液位恒定。隨著濾料逐步堵塞，直到出水閥門全開液位無法保持時該過程結束，進入濾池反沖洗過程。西門子S7系列PLC有專門的PID指令集，對于這種線性度比較好的系統控制效果十分理想，實際應用中誤差控制在了1.5%之內。

4.2.2 自動反沖洗 通常根據濾池過濾周期或堵塞值進行反沖洗條件判斷，兼顧沖洗設備狀態，條件滿足后，主站PLC將根據先進先出隊列方式邏輯控制反沖洗，濾池由恒液位自動過濾轉入自動反沖洗過程。按既定順序對濾池相關閥門以及風機、水泵等設備進行操作，以完成對濾池砂層的清洗。反沖洗結束后，濾池進入恒液位自動過濾狀態。

4.3 管理功能 監控系統在滿足生產自動化前提下，實現了數據可視化，按工藝流程分畫面、分系統實時顯示運行工況。對關鍵操作事件設有記錄功能，能自動存儲數據并生成打印報表。安全方面，監控系統具有賬戶權限保護功能，并有多重措施防止誤操作，管理員可以方便的對基礎參數進行設置和調整。

5 結束語

我們在農村飲水工程中引入西門子系列PLC，建立高效的監控系統，經過一年多檢驗，系統運行穩定、安全可靠、操作維護方便，取到了較好的效果。