摘要:本文介绍了PLC在净水处理过程中的工作原理、控制及应用。
关键词:PLC水处理控制
中图分类号:TP39 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)19-0142-02
0引言
随着社会的发展和国家对生活饮用水标准的不断提高,人们对饮用水的需求量和要求也越来越高。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。
1自控系统的PLC配置
以齐市自来水公司浏园水厂为例。PLC已实现了模块化设计,其硬件配置为:TSX P67455 CPU(中央处理器)、16位AI模块4/20mA、16位AO模块4/20mA、32位DI模块、32位DO模块、通讯模块、TSX SUP702电源模块、CPX37显示器、模块支架、2KW UPS。全系统共设5个PLC工作站。分别是取水泵房PLC1站、加药和加氯PLC2站、净化间PLC3站、送水泵房和变电所PLC4站、中心控制室PLC5站(带有大型模拟显示屏)。同时,配置两台计算机,一台用于实时监测和控制,一台用于日常生产和企业管理。
水厂自控系统框图如图1所示。
该系统为集散型控制系统,中控室与下面的PLC分站之间采用高速通讯母线联接。具备设计先进、可靠性高、数据共享的特点。可实现计算调节、顺序和最佳控制等多种功能。各PLC分站具有很强的独立性,一旦系统出现故障,现场的PLC可独立完成其范围内的自动化控制。两台中控室计算机采用并联运行方式,目的在于增加系统的可靠性和灵活性。
2PLC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(Local manual)。
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。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。
3净水处理过程中的PLC控制
3.1 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。
3.2 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
Output=KpE+Ki■Edt+Kd(dE/dt)+Base
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。
加药控制原理图如图2所示。
3.3 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。
3.3.1 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。前加氯控制原理图如图3所示。3.3.2 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:Output=KpE+Ki■Edt+Kd(dE/dt)+Base
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。
后加氯控制原理图如图4所示。
4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。