PLC在水厂加药自动控制系统中的应用

整个系统的上位机监控部分可由一台 工 业 计 算 机 来 完 成 。监 控 工 作 人 员 可 通 过 ＣＲＴ实时监控系统的运行状况，设定或修 改系统的运行参数，同时可通过ＣＲＴ远程 操作控制系统的运行，上位工控机进行数 据处理和管理，并可与ＭＩＳ系统等实现联 网 。在 上 位 机 上 ， 可 对 控 制 器 进 行 组 态 ， 组 态范围包括： 控制器的网络地址、控制器的 时 间 、选 择 控 制 算 法 、设 定 算 法 参 数 、设 定 控制量的设定点等。 ２ ． ２ 下位机控制部分
１ 自动加药系统的原理 加药系统采用的是游动电位法混凝投
药控制系统。根据絮凝理论， 向原水中投加 带有相反电荷的絮凝剂，去中和原水中悬 浮粒子带有的负电荷， 使胶体杂质脱稳。当 原水中的负电荷与絮凝剂的正电荷完全中 和时，原水呈电中性状态，这时胶体杂质最 佳 脱 稳 。最 佳 脱 稳 是 絮 凝 剂 投 加 的 最 佳 理 论投注点，是保证后续最佳沉淀的必要条 件 。游 动 电 位 在 线 传 感 技 术 连 续 测 量 投 加 絮凝剂水体中的剩余（净乘）电荷，从而定量 反 应 水 体 中 胶 体 杂 质 的 脱 稳 程 度 。测 量 信 号为正：水体中正电荷过剩，絮凝剂过量投 加 。测 量 信 号 为 负 ： 水 体 中 负 电 荷 过 剩 ， 絮 凝剂欠量投加。测量信号为零： 水体呈电中 性状态，絮凝剂最佳投放，胶体杂质最佳脱 稳。
工 业 技 术
科技资讯 ２０１１ ＮＯ．１１
ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
Ｐ Ｌ Ｃ 在水厂加药自动控制系统中的应用
王建平 （ 上海交通大学电子信息与电气工程学院 上海 ２ ０ ０ ０ 动控制，采用Ｒｏｃｋｗｅｌｌ公司生产的Ｃｏｎｔｒｏｌｌｏｇｉｘ系列可编程控制器和ＲＳＶｉｅｗ３２上位机软件的组合方案，
系 统 的 广 义 控 制 对 象 由 变 频 器 、采 样 系统、流量仪等组成， 它的等效数学模型可 以 用 一 阶 惯 性 环 节 加 纯 延 迟 来 表 示 。从 受 控 系 统 看 ， 这 是 一 个 水 、机 、电 一 体 化 的 复 杂 系 统 ， 其 输 入 的 变 量 是 浊 度 、流 量 、游 动 电 位 设 定 值 。控 制 目 的 是 要 达 到 出 水 浊 度 的 稳 定 。在 实 际 控 制 中 ， 系 统 一 旦 达 到 稳 定，如果输入参数和外界影响因素不发生 变化，控制参数也就可以维持在当前水平 上不变。在存在外界影响因素变化时， 系统 可以使输出维持在设定值，所以我们可以 把游动电位（ＳＣ）设定值作为系统的输入。
自动加药控制系统的核心是一套控制 器，可编程控制器（ＰＬＣ）是近年来发展起来 并得到广泛应用的新一代工业自动化控制 装置，它已成为解决自动控制问题的最有 效工具之一。控制器安装在现场， 完成生产 过程的控制和操作，同时向上位机传输信 号及执行上位机的命令，下位机主要负责 各 种 设 备 运 行 状 态 的 数 据 采 集 、数 据 滤 波 、 量 程 转 化 、上 位 机 发 出 的 或 是 下 位 机 内 部 的控制指令的实现、紧急情况处理， 实现与 上位机之间的数据通讯，完成加药系统的 自动控制， 实现各种故障的报警。由于加药 系统具有纯滞后性质，会导致控制作用不 及时，引起系统产生超调或震荡，而利用计 算机可以方便地实现滞后补偿，采用经改 进的数字ＰＩＤ控制算法，输出控制信号 （４ｍＡ～２０ｍＡ）到现场变频器，调解计量泵 交流电机的转速。
Ｄ（Ｓ）的物理构件是ＰＬＣ，Ｍ（Ｓ）为零阶保 持器，Ｇｃ（Ｓ）为投药装置，Ｇｍ（Ｓ）包括游动电 位检测仪和取样装置，Ｈ（Ｓ）反映扰动输入 ——流 量 、浊 度 等 变 化 对 系 统 的 影 响 。 ３．３ 下位机控制软件 ＲＳｌｏｇｉｘ５０００
根据自动加药的工艺控制要求，应用 模块化结构，由主程序和若干子程序构成， 使用ＲＳｌｏｇｉｘ５０００提供的ＰＩＤ回路指令，进行 ＰＩＤ计算。
活塞棒与测量室之间的空隙充满采样 水（ 絮 凝 剂 与 原 水 混 合 ） 。活 塞 棒 与 测 量 室 的 相对运动带动水中电荷移动，形成电流，电 流流过测量室的两个电极产生电位差（游 动电位），经过信号处理单元后产生４ｍＡ～ ２０ｍＡ或０～５Ｖ工业标准信号。
以某小型水厂为例介绍加药系统的组 成，加 药 控 制 系 统 主 要 由 Ｐ Ｌ Ｃ、游 动 电 位 传 感 器 、变 频 器 、隔 膜 计 量 投 加 泵 、搅 拌 器 、采 样泵、流量计和若干电动阀门组成， 在管道 搅拌器后通过采样泵将水样连续送入游动 电位传感器中检测， 作为反馈环节。在加药 间内设置一台ＰＬＣ控制柜，接收游动电位 系统输出的４ｍＡ～２０ｍＡ信号和原水流量 信号，经ＰＩＤ运算后控制计量泵的冲程与频 率，从而调节加药量，使出水浊度保持在合 格的范围内。
３ 控制软件 ３．１ 上位机软件 ＲＳＶｉｅｗ３２
ＲＳＶｉｅｗ３２是基于组件集成并用于监视 和控制自动化设备和过程的人机界面监控 软件， 它 由 图 形 编 辑 器 、数 据 库 管 理 、时 间 检 测 、报 警 、趋 势 图 等 功 能 图 组 成 ， 可 以 完 成 数 据 采 集 、处 理 、表 示 和 操 作 控 制 ， 具有 高度的可靠性和适用性。 ３ ． ２ 控制对象数学模型
本系统从在线仪表（游动电位、流量仪） 中提取４ｍＡ～２０ｍＡ信号，根据运行工艺参 数和确定的数学模型，进行ＰＩＤ复合运算， 中间结果送变频器控制计量泵实现加药自 动闭环调节。
２ 控制系统组成 控制系统主要由上位机工业计算机、
下 位 机 Ｐ Ｌ Ｃ 和 检 测 仪 表 、变 频 器 和 计 量 泵 组成。 ２ ． １ 上位机监控部分
参考文献 ［１］ Ｊｕｎｌｉ Ｗａｎｇ．Ｆｉｎｄｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｆｌｏｃｃｕ－
ｌａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ ｗｉｔｈ ａ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ［Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｗａｔｅｒ Ｗｏｒｋｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ，２００１，９３（１１）：５４～５６． ［２］ 孙 兴 胜 ， 王 俊 莅 ． 新 型 游 动 电 位 技 术 在 给水处理中的应用［Ｊ］．中国给水排水， ２００５，２１（１２）：８６～８７． ［３］ 韩 兵 ． 现 场 总 线 系 统 监 控 与 组 态 软 件 ［Ｍ］．化学工业出版社，２００８． ［４］ 罗克韦尔国际公司．ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ选型 指南［Ｍ］．２００６． ［５］ 金 以 慧 ． 过 程 控 制 ［ Ｍ ］ ． 清 华 大 学 出 版 社，１９９３． ［６］ 王 锦 标，方 崇 智 ．过 程 计 算 机 控 制［Ｍ］． 清华大学出版社，１９９２．
科技资讯 ＳＣＩＥＮＣＥ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
１０５
将其与浊度仪、流量计、游动电位（游动电流）系统相结合构成二级监控系统，保障在工业环境下可靠运行，分析并建立加药系统的数学模型，
应用Ｒｓｌｏｇｉｘ５０００软件编制程序，应用ＲＳＶｉｅｗ３２编制加药系统的动态显示界面，采用经改进的数字ＰＩＤ控制算法实现了水厂加药全自动控
制过程。
关 键 词： 加药系统 自动控制 游动电位 可编程控制器
中 图 分 类 号 ：ＴＵ９９１
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７２－３７９１（２０１１）０４（ｂ）－０１０５－０１
城市供水是现代化城市建设的一个重 要方面，加药絮凝沉淀是自来水厂水处理 工艺中的一道重要工序，其效果将直接影 响 后 续 工 艺 和 出 厂 水 质 。目 前 各 水 厂 给 水 加药大多数采用人工调节，不仅不能准确 地将出水浊度控制在规定的范围内，而且 还严重浪费大量絮凝剂，因此，设计并开发 加药自动控制系统，通过对游动电位，源水 流量，及出水浊度三个在线信号的实时监 测，利用ＰＩＤ控制技术实现水处理过程中絮 凝剂投加全自动控制，合理控制加药量，将 沉淀池出水浊度控制在期望的范围内，即 有效地避免了人工操作时由于源水水质突 变，或低温低浊等因素造成的浑水事故的 发生，又节省人力，满足经济运行的需要。
４ 结语 水厂加药自动控制系统采用由工业计
算 机 、Ｐ Ｌ Ｃ 和 检 测 仪 表 构 成 的 二 级 监 控 系 统 ， 实 现 了 对 游 动 电 位 信 号 、浊 度 仪 、流 量 计 等仪表的动态测量显示，完成了对加药系统 的实时控制。该系统操作简单、运行可靠、可 维护性好，具有一定的灵活性，是工业计算 机与ＰＬＣ相结合完成过程控制的一项有益 尝试，其设计思路为城市水处理的加药自动 控制系统提供了广泛的参考价值。