PLC在自来水厂加药自控系统的应用

张健

摘 要：主要对PLC在自来水厂加药自控系统的应用展开了探讨，介绍了系统工作的原理，并对自来水厂加药自控系统的硬件和软件方案设计进行了系统论述和研究，以期为相关单位提供参考和借鉴。

关键词：PLC；自来水厂；加药自控系统；数据检测

中图分类号：TU991.62 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.102

所谓“PLC”，是指可编程逻辑控制器，其主要被用于各类型的机械加工或生产中。近年来，随着水资源污染的逐渐加重，自来水厂对加药自控系统这一环节有了更高的要求。而将PLC应用到自来水厂的加药自控系统中，不仅能节省人力和降低成本，还能满足自来水厂的其他需求，值得推广。

1 工作原理

加药自控系统的上位机（人机界面）可与PLC通讯，并对S7-200进行数据检测和运行控制；浊度传感器可将应力数据转换为0～5 V的模拟量信号，并发送到PLC模拟量输入口；PLC得到数据后进行PID计算（比较设定值与实际值），并发送模拟量信号到变频器FR-D700；变频器FR-D700收到启动和模拟信号后，驱动加药计量泵电机运行，从而改变浊度传感器的测量值，最终达到设定的目标浊度值。

2 硬件方案

加药自控系统以一个水池为模型，使用浊度传感器来检测水的浑浊度，PIC通过PID控制算法控制计量泵加入一定量的矾来净化池子中的水。以西门子PLC（S7-200）为控制核心，结合模拟量输入/输出、浊度传感器、变频器和上位工控机等设计的水厂自动加药控制系统的结构如图1所示。

2.1 PLC选型

加药自控系统选用PLC控制器。由于PLC的编程比较为简单，采用类似继电器控制系统图中的梯形图语言，可实现易学、易懂的目标，且PLC有较高的可靠性和较强的抗振、防潮、耐热能力。S7-200是一种小型的可编程序控制器，适用于各行业的检测、监测和控制自动化进程。S7-200系列无论在独立操作，还是连接到任何网络中，都可以实现复杂的控制功能。因此，本文选用西门子S7-200系列的方案具有极高的性价比。

2.2 浊度传感器

通常以90°的散射光作为测试信号，其单位为NTU。由于散射光与浊度为多元线性关系，因此，传感器需要进行多点校准，且光源强度和温度变化均会影响测量结果的准确性。经多次研究和理论推算发现，散射光与透射光的比值与浊度为线性关系。本文采用WQ730水质浊度传感器，其原理如图2所示。该传感器采用散射光与透射光的比值代替单纯的散射光测量浊度，传感器的准确度、可靠性较高，维护简单，抗污性强。

2.3 变频器

变频器（变频驱动，VFD）是指应用变频技术和微电子技术，改变控制电机功率、交流电动机功率的控制设备。本文选用了三菱的FR-D700系列变频器控制电机。

2.4 人机界面

人机界面由硬件和软件产品组成。硬件部分包括处理器、显示装置、输入单元、通信接口和数据存储单元，处理器的性能会决定HMI产品的性能，是HMI的核心单元。本文采用台达DOP-A系列触摸屏，其具有65536色TFT，640×480的像素，内置7 MB的FlashROM，支持USBHost，可外接U盘、打印机，可运行USB1.1高速下载规划程序，具有3组通讯端口，最多可支持16国语言画面设计，且符合IP65&NEMA4规格，通过了CE&UL认证。

3 软件方案

本文采用西门子PLC（S7-200）和台达DOP-A触摸屏的编程设计。

3.1 S7-200编程软件

SIMATICS7系列工业控制产品具有参数设置、硬件配置、网络配置、测试、编程、启动维护、操作诊断等功能，包括C7、M7和WinAC等产品，基于PC可用的参数设置，其可编程和监控标准工具，是工业软件的重要组成部分之一。具体而言，本文的程序设计主要以PID闭环控制为主，PLC程序设计按照功能主要分为MAIN、SBR_0和INT_0三段。

3.2 人机界面程序设计

人机界面采用台达DOP-B系列触摸屏，台达公司免费提供了触摸屏编程软件ScreenEditor的下载。软件的具体使用方式参见《DOP/TP系列人机界面应用技术手册》。根据软件的特点和系统功能要求设计的人机界面的主界面如图4所示。

主界面包含以下内容：①浑浊度表盘显示；②泵变频器表盘显示；③系统运行、报警等显示；④PID参数设置，包括增益、积分时间和微分时间；⑤浑浊度值实时监控；⑥浑浊度值目标值的设定；⑦启动和停止按钮可控制系统的启动和停止。

4 结束语

综上所述，目前，PLC不只应用到了加药自控系统中，更是被广泛应用到了自来水厂的各种工作中。希望本文的阐述会对PLC的应用推广起到一定的帮助。

参考文献

[1]徐龙.PLC控制技术在自来水厂自控系统中的应用[J].山东工业技术，2013（11）.

[2]戴文权，杜茂安，李泽明.PLC在宁海临港自来水厂自控系统中的应用[J].中国给水排水，2007（20）.

〔编辑：张思楠〕