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摘要:近年来，城市供水问题日益严峻，自来水厂的建设也不断加快，各种控制设备也相继得到应用。其中，PLC自动控制系统就在自来水厂中得到广泛的应用，并取得了较大的经济效益和社会效应。本文结合具体工程实例，介绍了PLC自动控制系统在自来水厂中的应用情况，对自来水厂的建设有着重要参考价值。
关键词: PLC；自来水厂；自动控制；恒压供水
中图分类号：TU991.35 文献标识码：A 文章编号：
随着城市经济建设的发展，城市现代化水平也不断提高。为了适应城市现代化对供水行业的要求，最大限度地改善自来水厂出水水质、降低能耗、提高企业的管理水平和效益，对自来水生产过程进行自动控制就成为实现这一目标的主要技术手段。PLC自动控制对于水厂自动化控制的最基本、也是最广泛的影响，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于水厂单个设备的控制，也可同时用于多个水厂自动化流水线。该技术既节省人力，满足经济运行也能改善出水水质的需要，因此，在自来水厂中得到了广泛的应用。
1 水厂控制系统概况
根据某水厂控制的工艺流程和功能要求，自动控制系统采用硬设备和件设备，两级的集散式系统结构。
在本系统中，设置了2个主站(ZK1、ZK2)，它们互为热备，当一个主站出现故障时，所有控制权自动转向另一个，这时可以及时维修故障的主站。这样，既提高了整个系统的平均无故障时间，又增加了系统的稳定性和可靠性。主站负责全厂生产过程的调度、控制、管理以及信息处理，能显示、记录和处理报警，能指挥下一级分站操作运行，能打印整理汉化工作报表、绘制曲线，能实现自动控制和手动控制，并直接控制全厂设备。在中控室的ZK1、ZK2机器上设置了数据记录功能，该记录被存入DBASE数据库文件，可以在Excel中查询历史数据。现将数据记录期限设置为3个月。
由于水厂面积大，各水池比較分散，控制功能比较复杂，控制设备差别较大，PLC的I/O的寻址能力、机架数量和负载能力有限，因此不可能只用一个分站来完成全厂的控制。根据地理位置分布情况、控制功能及控制设备的距离等因素，把全厂控制分为6个子系统，它们是取水系统(第一分站)、投药系统(第二分站)、过滤系统一(第三分站)、过滤系统二(第六分站)、送水系统(第四分站)和中控系统(主站)。
2 通信方式
主站和各分站之间通过DH+(DATA HIGHWAY PLUS)连成局域网以实现资源共享。二分站、三分站、六分站、四分站工控机与PLC-5的通信采用RS-232C通信方式。DH+局域网采用令牌传递方式，DH+的站间通信是通过MSG指令启动并控制的。主站和加药分站、滤池分站、送水分站的通信用此方式。主站和取水分站的通信是通过无线电台进行的，这是由于取水口距离水厂有1km，无法用DH+进行可靠且经济的有线通信。
3 各分站自动控制软硬件
各分站PLC硬件由A—B公司提供，由1块电源模块(1771一P7)、1块CPU模块(1785一L20B)，以及若干I/O模块组成。I/O模块、数据存储和梯形图程序之间的关系如图1所示。
图1 I/O模块、数据存储和梯形图程序之间的关系
运行罗克韦尔Logix5软件，可以管理各分站PLC的梯形图程序。运行罗克韦尔RSLinx软件，可以实现Logix5与罗克韦尔RSView32软件的链接。运行RS—View32软件，可监控各分站的生产数据，而且在重要的生产过程中，可让报警过程作用于计算机的内部蜂音器进行报警。
4 各分站PLC控制传输过程
取水泵房(第一分站)PLC模块位置。取水泵房的主要任务是开/停4台水泵和监测吸水井液位。机组的开/停由清水池水位、送水泵的运行情况、用水高峰时段以及送水管网压力等因素决定。用吸水井液位来演示模拟量PLC输入过程。现场采样是由E+H公司提供的超声波液位计FMU230完成，数据转换成DC4～20mA输出，经过同轴电缆送到第一分站PLC上的1771一IFE(5)模块上的11、12端子，模块地址为I：004/04，当PLC扫描I/O口时把数据存储在映像文件N10：87里，标记数据库对应符号为F＼LT100，并实时、动态地显示在RSView32监控软件监控屏幕上。为了能在中控室(主站)监控画面上同步显示，需要通过PLC来实现，数据文件N12是无线电台发射专用的，以数据1005为起始发送数据，主站接收数据，并存入主站数据库，并通过主站RSView32同步显示，并通过A—B公司的1784一PKTX卡，在DH+上实现数据共享。
净水车间主要对原水进行加药、加氯处理。加药系统由5台计量泵、2台变频器和2台流动电流仪(SCM)完成自动控制。加药量由原水的流量、浊度来决定。PLC采集原水流量信号，并自动调节变频器输出频率来改变计量泵的频率，最终改变加药量。SCM自动调节计量泵冲程来精确投药量。
现场由美国ChemTrac公司生产的SCC3500XRD流动电流仪完成SC(流动电流值)采集，并把SC与工艺最佳设定点SP作比较，在自身PID控制作用下，自动调大或调小输出的冲程量，使当前SC值与SP一致，并以DC4～20mA输出，送到第二分站PLC机架上1771-IFE(2)模块的18、19端子，地址为I：010/07，数据存储在映像文件N10：54里，对应标记CHONG1，通过梯形图(如图5所示)传送到输出文件N35：5，从模块1771一OFE(2)上地址为O：060/0的端子输出(对应的标记数据库符号DP1CC)，送到1#冲程泵调节端上，控制计量泵冲程，从而改变加药量。1771-IMD模块和1771—0MD模块是开关量输入输出模块，1#计量泵运行信号从1771一IMD(4)模块地址I：012/04输入，1771-OMD模块端子(地址0：37/10)输出，控制1#计量泵运行，数据通过DH+进入局域网。
滤池控制系统的主要控制对象有4个反应池、4个平流沉淀池、14个气水反冲洗滤池、3台反冲洗泵、3台鼓风机、3台空压机及变配电系统。滤池控制系统的主要任务是过滤时的液位控制和清洁过滤砂时的反冲洗控制，且使过滤和反冲洗不断循环交替进行。单元滤池的PLC主要完成本格滤池的恒液位过滤控制和本格滤池的进水阀、清水阀：排水阀、气冲阀、排气阀、水冲阀等的自动控制，及数据采集。为了实现等速恒液位lm的过滤，就要使滤池的出水量等于进水量，根据滤池水位变化来调节清水阀的开启度以控制出水量的大小。而当滤池的运行满足反冲洗的约束条件时，需要进行反冲洗清洁滤沙。
滤池系统PLC分为2个子系统(第三分站和第六分站)。以第六分站为例，它又包括1个主站和5个远程I/O(7#RI/O、8#RI/O、11#RI/O、12#RI/O)，它的PLC机架与模块分布设计图纸可见，1771～ASB/E是远程适配器。此处以8#滤池恒液位说明PLC控制。
由液位计测量8#滤池液位，液位信息传输到六分站主站1771一IFE/C，地址I：000/0，标记PIT601，(如图2所示)，从1771-OFE/C上地址O：002/0输出，标记RAG601，PLC字N12：100，和8#出水阀(由美国STONE公司提供)控制系统连接。数据通过DH+进入局域网。
图2 出水阀PID调节梯形图
送水分站的主要控制对象是送水泵、送水泵抽真空系统、出厂水及排水系统。送水分站共有5台水泵，开停送水泵的台数由公司调度室发信号给中心控制主站，再由中心控制主站发出开停泵信号，由送水分站PLC完成水泵开停过程。1#、5#水泵由西门子大功率变频器控制。图3为1#、5#机组N12：34。8#滤池出水阀位置反馈信号地址I：000/4，标记ZT601，PIC字N12：38，经过PLC的PID调节PLC控制面板。选择PID闭环控制，通过压力给定(40%表示给定压力为39．2N)，PLC比较返回的压力值自动调整变频器，使电机能根据用户用水量的
大小自动调节供水，将管网压力保持在39．2N左右，实现恒压供水。
图3 1#、5#机组PLC控制面板
5 结束语
总而言之，在自来水生产中应用PLC自控系统，可以实现自动化生产、降低药耗和能耗，减轻工人劳动强度、减少了员工数量，同时还能提高管理水平和水质，给企业创造了很好的经济效益和社会效益，因此，该技术在自来水厂中具有很好的推广前景。
参考文献
[1] 林洁.PLC控制在水厂自动化控制中的运用[J].科技风.2011年08期
[2] 张峥.PLC系统在水厂中的应用[J].中国仪器仪表.2001年第01期
关键词: PLC；自来水厂；自动控制；恒压供水
中图分类号：TU991.35 文献标识码：A 文章编号：
随着城市经济建设的发展，城市现代化水平也不断提高。为了适应城市现代化对供水行业的要求，最大限度地改善自来水厂出水水质、降低能耗、提高企业的管理水平和效益，对自来水生产过程进行自动控制就成为实现这一目标的主要技术手段。PLC自动控制对于水厂自动化控制的最基本、也是最广泛的影响，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于水厂单个设备的控制，也可同时用于多个水厂自动化流水线。该技术既节省人力，满足经济运行也能改善出水水质的需要，因此，在自来水厂中得到了广泛的应用。
1 水厂控制系统概况
根据某水厂控制的工艺流程和功能要求，自动控制系统采用硬设备和件设备，两级的集散式系统结构。
在本系统中，设置了2个主站(ZK1、ZK2)，它们互为热备，当一个主站出现故障时，所有控制权自动转向另一个，这时可以及时维修故障的主站。这样，既提高了整个系统的平均无故障时间，又增加了系统的稳定性和可靠性。主站负责全厂生产过程的调度、控制、管理以及信息处理，能显示、记录和处理报警，能指挥下一级分站操作运行，能打印整理汉化工作报表、绘制曲线，能实现自动控制和手动控制，并直接控制全厂设备。在中控室的ZK1、ZK2机器上设置了数据记录功能，该记录被存入DBASE数据库文件，可以在Excel中查询历史数据。现将数据记录期限设置为3个月。
由于水厂面积大，各水池比較分散，控制功能比较复杂，控制设备差别较大，PLC的I/O的寻址能力、机架数量和负载能力有限，因此不可能只用一个分站来完成全厂的控制。根据地理位置分布情况、控制功能及控制设备的距离等因素，把全厂控制分为6个子系统，它们是取水系统(第一分站)、投药系统(第二分站)、过滤系统一(第三分站)、过滤系统二(第六分站)、送水系统(第四分站)和中控系统(主站)。
2 通信方式
主站和各分站之间通过DH+(DATA HIGHWAY PLUS)连成局域网以实现资源共享。二分站、三分站、六分站、四分站工控机与PLC-5的通信采用RS-232C通信方式。DH+局域网采用令牌传递方式，DH+的站间通信是通过MSG指令启动并控制的。主站和加药分站、滤池分站、送水分站的通信用此方式。主站和取水分站的通信是通过无线电台进行的，这是由于取水口距离水厂有1km，无法用DH+进行可靠且经济的有线通信。
3 各分站自动控制软硬件
各分站PLC硬件由A—B公司提供，由1块电源模块(1771一P7)、1块CPU模块(1785一L20B)，以及若干I/O模块组成。I/O模块、数据存储和梯形图程序之间的关系如图1所示。
图1 I/O模块、数据存储和梯形图程序之间的关系
运行罗克韦尔Logix5软件，可以管理各分站PLC的梯形图程序。运行罗克韦尔RSLinx软件，可以实现Logix5与罗克韦尔RSView32软件的链接。运行RS—View32软件，可监控各分站的生产数据，而且在重要的生产过程中，可让报警过程作用于计算机的内部蜂音器进行报警。
4 各分站PLC控制传输过程
取水泵房(第一分站)PLC模块位置。取水泵房的主要任务是开/停4台水泵和监测吸水井液位。机组的开/停由清水池水位、送水泵的运行情况、用水高峰时段以及送水管网压力等因素决定。用吸水井液位来演示模拟量PLC输入过程。现场采样是由E+H公司提供的超声波液位计FMU230完成，数据转换成DC4～20mA输出，经过同轴电缆送到第一分站PLC上的1771一IFE(5)模块上的11、12端子，模块地址为I：004/04，当PLC扫描I/O口时把数据存储在映像文件N10：87里，标记数据库对应符号为F＼LT100，并实时、动态地显示在RSView32监控软件监控屏幕上。为了能在中控室(主站)监控画面上同步显示，需要通过PLC来实现，数据文件N12是无线电台发射专用的，以数据1005为起始发送数据，主站接收数据，并存入主站数据库，并通过主站RSView32同步显示，并通过A—B公司的1784一PKTX卡，在DH+上实现数据共享。
净水车间主要对原水进行加药、加氯处理。加药系统由5台计量泵、2台变频器和2台流动电流仪(SCM)完成自动控制。加药量由原水的流量、浊度来决定。PLC采集原水流量信号，并自动调节变频器输出频率来改变计量泵的频率，最终改变加药量。SCM自动调节计量泵冲程来精确投药量。
现场由美国ChemTrac公司生产的SCC3500XRD流动电流仪完成SC(流动电流值)采集，并把SC与工艺最佳设定点SP作比较，在自身PID控制作用下，自动调大或调小输出的冲程量，使当前SC值与SP一致，并以DC4～20mA输出，送到第二分站PLC机架上1771-IFE(2)模块的18、19端子，地址为I：010/07，数据存储在映像文件N10：54里，对应标记CHONG1，通过梯形图(如图5所示)传送到输出文件N35：5，从模块1771一OFE(2)上地址为O：060/0的端子输出(对应的标记数据库符号DP1CC)，送到1#冲程泵调节端上，控制计量泵冲程，从而改变加药量。1771-IMD模块和1771—0MD模块是开关量输入输出模块，1#计量泵运行信号从1771一IMD(4)模块地址I：012/04输入，1771-OMD模块端子(地址0：37/10)输出，控制1#计量泵运行，数据通过DH+进入局域网。
滤池控制系统的主要控制对象有4个反应池、4个平流沉淀池、14个气水反冲洗滤池、3台反冲洗泵、3台鼓风机、3台空压机及变配电系统。滤池控制系统的主要任务是过滤时的液位控制和清洁过滤砂时的反冲洗控制，且使过滤和反冲洗不断循环交替进行。单元滤池的PLC主要完成本格滤池的恒液位过滤控制和本格滤池的进水阀、清水阀：排水阀、气冲阀、排气阀、水冲阀等的自动控制，及数据采集。为了实现等速恒液位lm的过滤，就要使滤池的出水量等于进水量，根据滤池水位变化来调节清水阀的开启度以控制出水量的大小。而当滤池的运行满足反冲洗的约束条件时，需要进行反冲洗清洁滤沙。
滤池系统PLC分为2个子系统(第三分站和第六分站)。以第六分站为例，它又包括1个主站和5个远程I/O(7#RI/O、8#RI/O、11#RI/O、12#RI/O)，它的PLC机架与模块分布设计图纸可见，1771～ASB/E是远程适配器。此处以8#滤池恒液位说明PLC控制。
由液位计测量8#滤池液位，液位信息传输到六分站主站1771一IFE/C，地址I：000/0，标记PIT601，(如图2所示)，从1771-OFE/C上地址O：002/0输出，标记RAG601，PLC字N12：100，和8#出水阀(由美国STONE公司提供)控制系统连接。数据通过DH+进入局域网。
图2 出水阀PID调节梯形图
送水分站的主要控制对象是送水泵、送水泵抽真空系统、出厂水及排水系统。送水分站共有5台水泵，开停送水泵的台数由公司调度室发信号给中心控制主站，再由中心控制主站发出开停泵信号，由送水分站PLC完成水泵开停过程。1#、5#水泵由西门子大功率变频器控制。图3为1#、5#机组N12：34。8#滤池出水阀位置反馈信号地址I：000/4，标记ZT601，PIC字N12：38，经过PLC的PID调节PLC控制面板。选择PID闭环控制，通过压力给定(40%表示给定压力为39．2N)，PLC比较返回的压力值自动调整变频器，使电机能根据用户用水量的
大小自动调节供水，将管网压力保持在39．2N左右，实现恒压供水。
图3 1#、5#机组PLC控制面板
5 结束语
总而言之，在自来水生产中应用PLC自控系统，可以实现自动化生产、降低药耗和能耗，减轻工人劳动强度、减少了员工数量，同时还能提高管理水平和水质，给企业创造了很好的经济效益和社会效益，因此，该技术在自来水厂中具有很好的推广前景。
参考文献
[1] 林洁.PLC控制在水厂自动化控制中的运用[J].科技风.2011年08期
[2] 张峥.PLC系统在水厂中的应用[J].中国仪器仪表.2001年第01期