PLC在净水厂滤池控制系统中的应用及改进

王喜锋

摘 要：随着计算机技术的发展，PLC在工程中应用也日益广泛。在现代净水厂的控制系统中，PLC的身影随处可见。文章中，笔者以某净水厂作为例子，详细阐述了PLC在中心控制站、现场控制站、操作员站、反冲洗间控制单元、滤池控制单元的应用并根据其缺陷提出改进措施。

关键词：PLC；净水厂；滤池；应用；改进

PLC在现代净水厂的应用方面占到了举足重轻的地位，一方面由于其高效、便捷、安全等优势，而更重要的是其扩展灵活、结构开放以及强大的组网能力，使PLC不仅可以实现生产过程中“分散控制、集中管理”的功能，而且对于中心控制站、现场控制单元、现场手动控制的分级控制也起着关键作用。

1 PLC在净水厂滤池控制系统中的应用

1.1 中心控制站

目前大部分净水厂滤池的中心控制站由控制工作站、管理工作站、PLC报警屏、闭路电视监控系统以及UPS备用电源等附属设备组成。中心控制站的功能主要是负责远程监控、控制以及管理水厂的其他生产设备。其在整个净水厂滤池控制系统中占据主导地位，是整个控制系统的中心枢纽和核心。

1.2 现场控制站

水厂的现场监控站主要由可编程逻辑控制器即我们所讲的PLC、在线监测仪、执行器等构成。现场监控器的目的在于通过采集并处理生产过程中的逻辑控制、工况参数等，从而实现网络通讯、修改模拟量设定点、远程诊断、自诊断等功能。一般现场控制站由五个子控制单元组成，以工艺流程按照顺序进行编号：第一号可编程逻辑控制器（PLC）为格栅及絮凝沉淀池控制单元；第二号可编程逻辑控制器（PLC）为反冲洗间控制单元；第三号可编程逻辑控制器（PLC）为自用水泵房控制单元；第四号可编程逻辑控制器（PLC）为加氯投药间控制单元；第五号可编程逻辑控制器（PLC）为报警盘控制单元。

1.3 操作员站

操作员控制站是利用组态软件编制的良好操作界面的工控机取代原有的操作员控制面板，从而让操作员更加便捷的直观了解掌握滤池中的实时工作状态，使工作人员可以及时有效的调节滤池具体参数。

1.4 反冲洗间控制单元

反冲洗间控制单元的主要任务是对反冲洗泵及其出水阀门、鼓风机及其出气阀门等设备进行顺序控制、故障判断和保护，此外，反冲洗间控制单元还对二十四格滤池可编程逻辑控制器的协调工作进行统一管理。

1.5 滤池控制单元

在滤池控制单元中每格滤池均设立有一台独立的PLC控制单元。控制单元主要功能是采集每格滤池的水位、差压、出水阀开度、阀门等的工况，同时对每格滤池的自动反冲洗、恒水位闭环调节进行控制。滤池控制单元的工作原理为：在滤池中安装水位传感器、阻塞传感器以及带有变送器的可调节滤后水出水阀，PLC通过对设定值与滤池水位传感器的检测值相对比，从而对滤后水出水阀的开度进行合理调节，最终保证使滤水池在恒水位进行工作，即达到PLC控制V型滤池恒液位运行的目的。

2 PLC在净水厂滤池控制系统中的问题

经过长时间的跟踪调查显示，随着水厂实际生产运营的时间的推移，滤池的问题会逐渐暴漏。主要问题表现为：滤池出水气动阀门的气缸动作较刚投入使用时变得相对缓慢，阀门密封圈出现磨损导致发生气体泄漏等。针对以上两种问题通过排查等方法最终确定出现此项问题的原因为滤池控制程序缺乏合理性不尽完善。在以上文中讲述的控制方案，所有的控制都是基于实时监测滤池水位而进行的，对滤池出水阀的工作控制主要依靠给定开关阀的时长来达到。此种模式局限在于未将出水调节阀的动作频率考虑进来，使液位完全控制在设定的范围之内。我们对其中一个格滤池的水位变换趋势及阀门动作趋势展开跟踪记录其动作曲线，与此同时统计滤后水调节阀的动作频率发现：在30分钟之内阀门开关运行了一百七十次，其动作频率竟然高达每分钟5.8次，合计每天需要进行八千三百五十二次动作。这样频繁的动作在实际运行中无可避免的会对阀门产生非常大的损伤。因此阀门各部分构件的磨损也在情理之中，这直接导致了驱动蝶阀的双作用气缸缸体橡胶密封圈开始漏气。一段时间以后，气缸就必须要更换橡胶密封圈，否则气缸因为动作缓慢而无法正常工作。

3 PLC在净水厂滤池控制系统中的改进措施

为了解决以上问题，完善控制程序，需要进行三个阶段的分析研究。第一个阶段，为了得出PID控制算法表达式，我们需要搭建实验平台，对此项系统进行整体辨识。第二阶段，通过测试气动蝶阀的特性以及滤池特性，展开对气动蝶阀和滤池在整个控制系统的作用研究，从而得到其最优的工作方法，从新整定PID算法参数值。第三个阶段为试验阶段。主要是借助PLC软件进行模拟测试，通过试验得到大量实验数据寻找最优方式，并对相关系统增加辅助条件，从而使系统得到完善和改进。对于PID控制器参数的整定，我们采用工程整定法，借助于实际的工程相关经验，再充分考虑了执行机构及其滤池特性对系统的影响后做出选择，用试凑法得出结果。即：

对执行机构及滤阻分析后修正为：

为了验证结果的可靠性，我们需随机选择两格滤池进行两个周期即四十八小时监控和检测。实践检验证明该算法无误已经达到预期要求，但为进一步完善，我们尝试进一步增加辅助条件：第一，每两分钟输入一次PID指令；第二，在PID运算后当阀门小于百分之二的幅度时，不再输出动作指令；第三，加大PID调节死区的调节范围，其在0.01米范围波动时，不再输出阀门命令；第四，限制阀门调节幅度，禁止阀门的动作超过百分之十。经过对后期算法转化的PLC系统、试验控制算法系统与源控制系统相比较，在水位控制指标、阀门动作计数以及阀门开度等各项数据中，后期算法转化的PLC系统明显有较大幅度的提升。这样我们便得到最优算法即改进后的算法，证实其改进的正确性、合理性，适合水厂进行生产作业。

4 结束语

总而言之，PLC在今后水厂的应用中会越来越广泛，越来越重要，功能也将越来越强大。但是不可忽视的是，随着其长期的不间断运转，PLC中部分灵敏的电子元件参数不可避免的会受到影响乃至发生改变，这就直接导致了PLC算法会出现较大误差。因此，在今后的应用中，我们不但要享受PLC带来的巨大效益，更应该注意到它的潜在风险。

参考文献

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