自来水厂自动化生产中PLC的应用

杨 超，刘忠祥，丁查明，王俊杰

（1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381；2.天津叁目堂园境景观规划设计有限公司，天津 300021）

0 引言

水是人类赖以生存的资源，自来水的发明使人类用水便捷了很多。在城市的自来水系统中，自来水厂作为生产部门，是一切用水的来源，在自来水系统起到举足轻重的作用。自来水厂的生产效率决定了整个城市的用水容量，自来水厂生产自来水的质量也会影响全城的用水质量。随着时代变化，人们对生活用水的质量有了越来越高的要求，而工业生产的发展也使得城市用水量日益递增，这对当代的自来水生产也提出了更高的要求。

随着工业自动化技术不断的发展，自来水生产也走向了自动化时代，采用新式的自动化设备进行生产，不仅省去了大量的人力，自动控制往往也比人工控制更加得迅速、准确。PLC 作为自动化生产中常用的设备，是自来水厂不可或缺的要素，现场总线技术的出现也使集中控制更加便捷。因此，PLC 在自来水生产中也得到了广泛应用。

1 PLC简介

可编程序控制器，也就是常说的PLC，是专门为工业生产设计的自动化设备。PLC 具有良好的控制性能，大型的PLC 可以同时控制多个I/O 口，是目前工业自动化生产必备的设备。

PLC 最早出现于20 世纪60 年代，是美国通用公司为实现自动化生产而设计的自动化设备，最初的目的是为了取代继电接触器而设计。经过半个世纪的发展，PLC 的功能越来越全面，控制性能也越来越好。PLC 有很多优势，首要的就是其可靠性，由于采用微处理器作为核心，其控制相对而言是比较精准的。目前的PLC 普遍采用计算机来进行编程，主要采用梯形图的形式来进行编程，由于梯形图属于一种图形语言，非常的简单易懂，便于电气工程师的操作，即使没有计算机编程的知识，也可以很容易实现计算机的编程。PLC 无论是在软件上进行组态，还是硬件的安装，都非常的简便。此外，PLC 还具有非常快速的运算速度，可以迅速地做出反应。

PLC 由电源、中央控制单元、存储器、输入端口、输出端口构成。电源是整个系统能源的来源，PLC 普遍采用直流供电。因此，需要将市电的交流电通过电源转换为直流。中央控制单元是PLC 的CPU，也就是一个微处理器，其中包括寄存器、计数器和控制器，通过中央控制单元是PLC 的核心部件，是实现运算与控制的关键部分。输入与输出接口是PLC 与外界进行数据交换关键部分，可以实现模拟量与数字量的通信。存储器则是用于存储程序，其中既包括客户自行编写的程序，也包括PLC 厂商的程序，系统程序是客户不能修改的。

目前市场上主要采用的是罗克韦尔（AB）和西门子生产的PLC，其中包括小型、中型、大型PLC，客户可以根据输入/输出端口的需求，以及其他的控制需求，选择自己所需要的PLC 型号。

2 自来水厂的自动控制需求

从自来水厂的生产流程来看，整个控制流程应该包括以下几个部分：过滤池的自动化操作；自动实现自来水加氯、矾、氨等操作；自来水厂配电设备的自动控制；自来水自动进、出泵房。现在的PLC 技术，完全可以实现集中控制，在控制中心通过计算机来实现对整个水厂的设备进行监控与操作，并实现如下的功能，完成自动化控制。

显示功能：实时将水厂各设备的状态显示出来，并显示各部分相关技术参数，并将其中的一些重要参数以图表的形式显示出来，从而把整个生产过程集中而又直观地显示出来。

报警功能：当生产过程中的一些参数超出了正常值的范围，或者某个生产设备出现问题时，需要通过声光报警方式吸引工作人员注意，并将具体故障或异常显示出来，并可以将相应的信息打印出来。

控制功能：在部分设备自动控制出现问题，或者因其他原因需要手动操作时，需要提供手动控制设备的功能，从而实现对生产过程的人工干预。并且在经过授权之后，可以对PLC 程序进行修改，对一些参数进行重新整定。

数据库功能：将设备运行的状况与数据上传到数据库中，从而便于对自来水厂的生产状况进行分析，并及时将设备出现的故障也上传到相应的数据库中。

数据处理功能：将已经上传到数据库中的原始数据进行分析，从而对生产状况进行进一步地把控。

通信功能：生产过程中产生的数据要能方便提供给公司的总部以及其他部门，并可以上传到企业内部网络或者互联网，从而实现企业的信息共享。

3 PLC控制在自来水厂控制中的优势

3.1 更高的稳定性

采用PLC 进行控制，比手动操纵设备具有更高的精度，且PLC 的抗干扰能力也很强，控制过程具有较高的稳定性与可靠性，这也是受到了PLC 电路结构特点的影响。PLC内部采用的是集成电路，在生产工艺方面相当严格。因此，设备不容易受到电磁干扰的影响。而与传动的集电器电路控制系统相比，PLC 的控制要准确很多，大大减少了电路中电气节点的数目，这样的结构更具备稳定性，出现故障的概率也要小很多。PLC 程序本身具备自检功能，可以编写程序来使PLC 定期检测程序和硬件电路，如果存在问题则直接进行报警，从而更好地为设备正常运行提供保障。

3.2 更全面的功能

PLC 具有多种型号，结合客户不同需求，可采用不同型号PLC，这使PLC 具有更强的适应性。现在的PLC 已经具有一定的数据处理能力，因此可以实现温度控制、流量控制等功能，完全可以满足自来水厂进行自来水生产的需求。而且近些年来PLC 推出了越来越多的功能模块，可以更加便捷地实现各种功能，而且这些模块都非常容易安装和组态，也可以非常方便地实现数据通信，这些都使PLC在控制上更具优势。

3.3 使用便捷，简单易懂

PLC 之所以在工业控制领域如此受欢迎，这与其简单易学是分不开的。PLC 在设计时就是为了工业领域的自动控制，因此在编程上PLC 采用图形语言。在进行设计的过程中，PLC 的梯形图就是基于继电接触器进行设计的，因而尽管对计算机的编程并不熟悉，也可以轻松地学会PLC编程。PLC 编程并不需要很强的逻辑控制，一些基本的指令只需要简单的开关量控制即可实现。

3.4 减轻工作量

采用PLC 进行控制，减少了很多设备接线，尤其是省去了用于逻辑控制的继电器，转而用程序来实现这部分功能，这使接线简单了很多，在对设备进行维护和故障排查时也容易了很多，对逻辑控制的问题，只要对程序进行检查，即可完成设备的检修。如果想更改设备的逻辑功能，也只需要更改程序即可完成。

4 PLC在自来水厂控制中的具体应用

4.1 PLC控制自来水厂监控系统

在自来水厂的监控系统中，将顺序控制与逻辑控制相结合，在这样的控制手段下，PLC 既可以实现对单个设备的控制，又可以同时控制多个设备，从而满足自来水厂的自动化控制需求，完成流水线的生产任务。将每台相关设备都与PLC 相连接，这样各设备的参数与工作状态数据都可以直接上传到上位机，从而将自来水厂不同部分的设备数据进行集中，实现对整条生产线的监控。

PLC 能够实现的不仅仅是对静态数据的监控，还可以对生产的动态过程进行监控，不同的PLC 之间还可以通过数据交换，获取生产线其他部分的数据，从而更好地进行调整。也就是工厂内的多台PLC 设备将数据集中收集后，可以通过数据交换，使得水厂的各部分控制不是各自为战，而是联系成了一个整体，这样的控制显然更有效率，可以更方便地实现部门间的调度，使资源配置更加优化。

4.2 PLC实现水质监测

对于自来水公司而言，最重要的就是自来水的质量，水厂保证对自己生产的自来水质量问题，就要做好水质监测，在确保水质达到之后，再进行生产。现在的水质检测设备相对都比较先进，可以准确地测出水中成分，而这些设备与PLC 的联通也比较容易，通过这些水质监测设备与PLC 进行连接，可以实现水质的检测，同时还可以通过各种传感器，来对水的流速、水压、水位、温度进行检测，从而保证生产线正常运行。

4.3 PLC控制自来水厂滤池系统

自来水的过滤环节也对自来水的质量有很大影响。对滤池来说，有很多控制阀，包括出水、进水、排气、排污等，这些阀组都可以采用电磁阀，通过PLC 提供的电信号来控制其开闭，这样不仅方便对电磁阀进行控制，还可以更好地监控阀组的运行状态。在过滤的过程中，还需要通过PLC 的控制来确保水位基本不变，以保证过滤出水的品质。

5 总结

PLC 在如今的工业自动化控制中起到不可替代的作用。自来水厂作为城市重要的生产单位，关系到居民生活质量和工业生产。因此，在自来水生产的环节投入PLC，对自来水生产有很大帮助。PLC 是目前水厂一项重大革新，相信随着PLC 技术的进步，水厂的自动化水平也会越来越高，生产出质量更高的自来水。