（1、深圳市金源會自動控製有限公司,廣東省深圳市

；2、廣東中山火炬職業技術學院信息工程係
，廣東省中山市）

摘要：在自來水處理工藝中，由於淨水劑（PAC）投加係統的滯後時間長、投加量難以計算等原因，傳統PID控製無法真正實現自動控製加藥。本文主要分析了加藥係統中的重點
、難點

，並針對性的給出了解決方法，最後介紹了采用西門子S7-200 PLC在自來水廠的淨水劑自動投加係統中的新方法。

關鍵詞：PLC

、自來水、淨水劑
、PID

Abstract

Because big control hysteresis and complicated ponderance of PAC in the technique of tap water, the conventional control ――PID is not really realization auto control the quantity of PAC. This paper analyzes the emphases and difficulty of the system of add PAC to the waterworks, then put the axe in the helve. In the end, introduce a new application of SIEMENS S7-200 in the system of add PAC to the waterworks.

 

Key Words: PLC, Tap water, PAC, PID

 

一、    項目簡介

南寧市某鐵路自來水廠擔負著供應南寧鐵路係統列車自來水供應
、鐵路職工用水等重要的任務。對水質要求較高，且對用水的持續性要求也非常的嚴格，必須保證24小時不間斷的供水。由於原建的水廠由於建廠時間較早，自動化程度不高；尤其是淨水劑的投加係統采用人工投加方式
，無法保證出水濁度的穩定等要求。因此決定對全廠自動化係統進行升級和改造。

經過鐵路水電段對PLC組網性能
、維護方便

、相對投資等多個方麵性能指標的對比，最終決定在本項目中自動化控製部分采用西門子S7―300係列PLC作為主控PLC
，在沉澱池、濾池等部分采用S7-200係統PLC作為智能從站。一方麵保證了網絡性能（通訊速度采用500K）
，另外S7-200可以在通訊網絡斷開等故障情況下能夠獨立運行等特點也保證了係統運行的可靠性。

二、    係統介紹

1

、項目工藝

在自來水廠中
，源水要經過投加淨水劑、沉澱、過濾、消xiao毒du然ran後hou進jin入ru清qing水shui池chi。對dui源yuan水shui投tou加jia淨jing水shui劑ji後hou
，水shui中zhong雜za質zhi便bian絮xu凝ning成cheng礬fan花hua


，此ci時shi才cai能neng進jin行xing進jin一yi步bu水shui質zhi淨jing化hua處chu理li，因yin此ci淨jing水shui劑ji投tou加jia工gong藝yi是shi影ying響xiang出chu廠chang水shui質zhi量liang的de要yao因yin。同tong時shi淨jing水shui劑ji的de投tou加jia直zhi接jie影ying響xiang到dao沉chen澱dian池chi的de使shi用yong效xiao率lv和he濾lv池chi反fan衝chong用yong水shui量liang的de大da小xiao
，對dui消xiao毒du也ye有you直zhi接jie的de影ying響xiang。因yin此ci投tou加jia淨jing水shui劑ji是shi自zi來lai水shui廠chang中zhong工gong藝yi要yao求qiu比bi較jiao高gao的de一yi個ge環huan節jie。

2、控製器組成

項目中使用的PLC、模塊、控製對象等如下：

 

三

、    控製係統構成

本係統中一共有模擬量輸入9個：源水濁度、源水流量（2個）
、遊動電泳儀
、沉澱池濁度、計量泵開度（2個）、變頻器電流（2個）。模擬量輸出4個：1#、2#變頻器頻率
、1#、2#計量泵開度。開關量輸入6個：1#
、2#變頻器手/自動，1#
、2#變頻器運行，1#、2#變頻器故障。開關量輸出3個：1#
、2#變頻器運行
，故障報警。聯網功能采用EM277和係統中CPU315-2DP連接。

一共采用：CPU226 一個，模擬量輸入模塊EM231（4路）3個，模擬量輸出模塊EM232（2路）2個，DP通訊模塊EM277 一個。

注：遊you動dong電dian泳yong儀yi可ke以yi測ce量liang水shui中zhong可ke以yi結jie合he雜za質zhi的de遊you離li電dian子zi的de數shu目mu
，而er遊you離li電dian子zi數shu目mu必bi須xu保bao持chi在zai一yi定ding範fan圍wei，如ru果guo測ce量liang值zhi偏pian大da則ze說shuo明ming投tou加jia淨jing水shui劑ji過guo多duo影ying響xiang混hun凝ning效xiao果guo，反fan之zhi說shuo明ming投tou加jia量liang不bu夠gou導dao致zhi混hun凝ning不bu充chong分fen。計ji量liang單dan位wei為weiSCD。

四、    控製係統完成的功能

1、控製要求

原係統的淨水劑投加過程采用手動投加方式，這就直接影響到出廠水的濁度，同時也會產生投加量過度的問題。經過詢問現場人員、實際調查總結了以下主要原因

a、淨水劑投加設備落後：當源水濁度發生改變時無法及時調整提高投加量
；

b、淨水劑投加由人為掌握：投加量靠經驗投加；

c、淨水劑配製無標準：藥劑濃度由配置人員靠經驗配置，而濃度不準使投加量更加難以掌握；

d、投加量計算困難：操作人員水平差異較大
，投加量隨意性比較大
；

以上種種原因造成投加量不準確，從而影響到絮凝效果、並直接導致出廠水水質下降。

係統改造要求：

水廠更換新的自動化投加係統
，新係統可根據水質變化情況隨時調整投藥量
，將沉澱池出水均在8NTU（NTU為濁度計量單位）以下，出廠水在1NTU以下；經防疫站檢測：出廠水濁度達標率必須為100%。並可在控製係統中加入參數調節和監控功能。

2、控製難點及控製方法實現

根據對工藝過程的分析，本係統屬於典型的大滯後係統。考慮到一般的PID算法對於滯後時間長的係統難以實現控製目標，而模糊控製等高級算法實現成本較高等原因。決定在係統中采用經驗值投加和PID算法相結合的辦法
，既解決了PID算法的不足
，又解決了成本問題。

整個係統軟件中主要包括以下幾個主要方麵：

a、PID算法：定時采集沉澱池濁度
，應用S7-200內置的PID進行運算。得到的模擬輸出值為X。

b、經驗值：對應一定流量的經驗投加量進行運算――采用查表法查找對應的經驗值，得出相應流量的投加量為Y。

c、按照 得出PID運算和經驗投加之和。用Z直接控製計量泵開度。（其中a可以在一段時間運行後進行修改以達到最優化控製。）

d
、將原水濁度按照經驗值

，SCD按照PID算法進行入2、3進行運算，並將運算結果控製變頻器頻率以保證遊動電泳儀測量值在設定值左右。

e、按照設定運行時間轉換變頻器和計量泵以便設備輪換使用。

f、報警功能：按照要求將有關故障均進行現場蜂鳴報警，並上傳至CPU315-2DP中以便中控室進行記錄和處理。

程序分為以下幾個部分：

其中主程序和注釋代碼如下：

限於篇幅
，其他幾個子程序及I/O表等均省略。

五、    結束語

采用新的淨水劑投加係統後
，出廠水濁度由過去的3NTU以內降到了1NTU以下
，在防疫部門多次檢測中達標率達到了100%；淨水劑的投加達到了最優投加量，避免了淨水劑的浪費。經過統計，去年4~11月淨水劑使用量比往年同期平均使用量減少了約15000Kg。同時由於沉澱池出水濁度的下降，濾池反衝周期延長了近12小時，使生產自用水量降低了約1.5%，累計比去年同期減少了約2.5萬噸。按淨水劑2.205元/Kg
，水0.45元/噸計算，可節省供水成本：15000×2.205＋2500×0.45=44325元。

經過三年的使用過程證明：采用濁度控製計量泵開度、SCD控製變頻器頻率的方法不僅可以讓投加量更加精確
，還可以更加方便的控製投加量以達到在源水濁度低的季節中節省淨水劑的效果。

六

、    應用體會

該係統控製對象為出廠水濁度，但是SCD值也是一個很重要的中間對象，要求較高的控製精度
，並且控製對象滯後時間很大。要在這樣的情況下完成這樣的控製要求，不僅要求PLC的功能要強大，還需要設計人員進行比較複雜的編程處理，而且對PLC的模擬量處理功能要求也比較高


；另(ling)外(wai)在(zai)達(da)到(dao)係(xi)統(tong)要(yao)求(qiu)功(gong)能(neng)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)也(ye)要(yao)求(qiu)盡(jin)量(liang)降(jiang)低(di)係(xi)統(tong)的(de)成(cheng)本(ben)。尤(you)其(qi)是(shi)程(cheng)序(xu)中(zhong)的(de)查(zha)表(biao)子(zi)程(cheng)序(xu)，本(ben)身(shen)就(jiu)需(xu)要(yao)占(zhan)用(yong)很(hen)大(da)的(de)程(cheng)序(xu)空(kong)間(jian)以(yi)及(ji)數(shu)據(ju)存(cun)儲(chu)空(kong)間(jian)。

而S7-200係列中CPU226在程序存儲
、數據存儲
、掃描時間等各個方麵都能滿足係統的要求。而S7-200係列的EM277模塊使得和原係統中S7-300連接更加簡單方便
，從而也節省了大量編程時間和程序空間。

本係統投入使用後效果非常明顯
，係統運行穩定有效，尤其是S7-200PLC 的出色表現得到用戶和專家的一致好評。