摘要：经济的发展和科技的进步，促进人们对饮用水的要求提高。近年，在净化水处理过程中采用了以PLC为主体的自控系统。可提高水质、水量，降低药耗、能耗，并减轻工人的劳动强度。实现了净化水生产的数字化管理。本文就PLC在净水处理中的应用展开探讨。
关键词：水厂自动化；可编程逻辑控制器（PLC）；PID控制
引言
当前，计算机和自动化设备的技术水平大幅提高，计算机应用广泛，供水企业的自动化发展趋势也在提高。净水厂生产自动化，不仅是为了节省人力，更主要的是加强各生产环节的合理运行，保证出水水质和安全生产、实现科学管理并取得如下效益：（1）提高设备利用率，保证水质；（2）节约日常运行费用，如耗电量、耗氯量等；（3）运行安全可靠，可持续检测、高限/低限报警；（4）节省人力、减轻劳动强度：运行中的调节控制可自动集中管理；（5）实现集中显示，分散控制或过程全部自动化。因此，在这种情况下，研究净水处理自动控制工艺，提高控制水平，减少能耗损失，提高工作效率，减少劳动强度，具有重要的意义。
1净水厂的常规流程
净水厂的工艺是常规的“混凝-沉淀-过滤-消毒”流程,首先从泵房将水库的水打到混合井,然后经初滤,再加水沉淀剂聚合,沉淀后过滤得到清水,加氯气消毒,将水储入清水池备用,再经送水泵房的高压泵压出供水,流入千家万户。沉淀污泥经排泥池在浓缩池浓缩后经污泥脱水后,泥饼外运。
2 PLC控制系统
随着科学技术的发展，控制器主要有以下三大类型：模拟调节器：以单片机系列为核心的模拟仪表，其操作方便、性能可靠，已得到广泛应用。DCS控制系统，它是分布式控制系统随着现代大型工业生产自动化的不断兴起的综合控制系统，它是可提供人机界面和通讯功能，完成过程控制和管理的现代化设备。但科技含量高，技术复杂，价格昂贵，一般在大型装置采用，而小型系统的性价比低。PLC（可编程逻辑控制器），是一种数字运算操作的电子系统，其控制功能是通过存放在存储器内的程序来实现的，若要对控制功能作必要的修改，只需要改变软件指令使硬件软件化。对以上三种控制系统进行比较，我们选择了PLC控制系统作为净水处理的控制系统。PLC控制系统由PLC与用户输入、输出设备连接而成。基本内容包括硬件、软件和抗干扰措施。
3 PLC的控制模式
PLC的控制模式可分为三级控制。①各PLC工作站根据实时检测的各类仪表数据、参数和设备状态实现自动控制（Automatic）。②中心控制室管理人员通过计算机进行中控室手动控制（Romotomanual）。③现场值班人员通过各分站PLC面板、操作台及控制箱实现就地手动控制（Localmanual）。净水厂根据实际生产的需要，可灵活采用不同的控制模式。水处理的重要环节加药系统、加氯系统可采用PLC自控。其它的生产运行可采用PLC与现场操作装置配合使用，进行中控室/就地手动控制。不必过分追求水厂的全部自控。在进行具体操作时，必须设定安全保护密码，以防止误操作或未经许可的操作。中心控制室是系统的中心，其密码和优先权为最高级，其余各子站次之。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当通过PLC键盘输入开/停命令时，必须先获得优先权并输入正确的密码方可实现操作。
4净水处理过程中的PLC控制
（一）PLC控制的基本配置。主要装置：SCD（单因子流动电流）、变频器、加药计量泵、取样泵、浊度仪、加氯机（二氧化氯发生器）、余氯分析仪、超声波流量计等。（二）加药系统的PLC控制。在水处理过程中，加药的控制是一个延时长、干扰因素多、非线性变化的复杂过程。在技术上实现自控有一定难度。目前，国内许多水厂还采用凭经验目测水质，手工投加的方式。因此，在水处理的自动化过程中，加药的自动控制是提高企业经济效益和社会效益的最显著措施之一。混凝剂投加量的控制是出厂水浊度达标的根本保证。自控加药的最终目的是提高水质、降低药耗、减轻劳动强度并降低生产成本。从水厂的经济技术条件出发，PLC对加药系统的控制应采用SCD（流动电流）法。以原水流量为前馈变量，以加药后取样水的SCD值为反馈变量，PLC将接收的AI信号（4~20mA流动电流信号）与程序内的最佳设定值进行比较，从而输出AO（4~20mA）信号控制加药计量泵的变频器，最终控制加药泵的工作频率，实时的调整加药量。使SCD始终向设定值逼近，保证沉淀池的浊度始终在一个最低的范围内。加药的自控为前馈—反馈闭环控制系统。加药系统控制的数学模型为式中：Output为计量泵控制信号4~20mA；Kp为比例系数；Ki为积分系数；Kd为微分系数；Base为前馈值；E为误差即SCD实际测量值与设定值的差。（三）加氯系统的PLC控制。水处理的加氯过程可分为前加氯和后加氯。前加氯一般采用根据原水流量比例投加的方式，而后加氯则采用复合环控制投加的方式。（1）根据原水流量比例投加的控制原理是：PLC根据原水流量的变化及设定的投加率控制加氯机，从而实现自动控制加氯量。（2）复合环控制投加的原理为：PLC通过输入的原水流量信号（前馈变量）及加氯后取样水的余氯值（反馈变量）和设定的余氯值，采用PID规则，输出一个AO信号来控制加氯机，形成一个闭环控制。使余氯值始终围绕设定值变化，确保出厂水余氯达标。其数学模型是：式中：Output为加氯机的控制信号4~20mA；Kp为比例系数；Ki为积分系数；Kd为微分系数；Base为前馈值；E为误差即余氯的实际测量值与设定值之差。
5 PID控制的参数整定
PID控制器的参数整定是根据PID控制器的比例、积分和微分的参数大小控制的，它已经成为控制系统的核心部分。PID控制器参数整定的方法分为两大类：理论计算整定法和工程整定方法。工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。工程中多采用临界比例法进行PID参数的整定：首先，要选择较短的采样周期；其次，只填加比例环节，直至系统出现临界振荡状态，并将比例放大系数和临界振荡周期记录下来；最后，通过公式计算PID控制器的参数。实际调试中，设定一个经验值，再根据调节效果修改。经验值为：流量系统：P（%）50-90，I（积分）0.1-1；液位系统：P（%）30-80，I（积分）2-3。
结语
在集散控制系统中，PLC作为最重要的基本控制单元，具有很高的可靠性、灵活性。它采用的模块化结构设计可充分实现数据处理、实时控制、图形显示、快速通讯等多项功能，而且程序编写方便。PLC实现了净化水处理的自动化，提高了管理水平，降低了制水成本，提高了水质并减轻了工人的劳动强度。日后，必将在更广阔的领域得到应用。
参考文献
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[3]周献中，姜斌.自动化导论[M].北京：科学出版社，2016：73-77.
论文作者:孟凡举
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/3/1
标签：控制系统论文; 加药论文; 系统论文; 加氯论文; 控制器论文; 设定值论文; 系数论文; 《建筑学研究前沿》2018年第32期论文;