PLC在水厂加药自动控制系统中的应用

PLC在水厂加药自动控制系统中的应用

摘要:为了实现水厂加药系统的自动控制,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,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

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。

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。

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PLC、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。

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。p2.2 下位机控制部分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。

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

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。

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。

4 结语

水厂加药自动控制系统采用由工业计算机、PLC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。

参考文献

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