（黑龙江工业学院电气工程及其自动化专业158100）
摘要：工控领域，自动化是必然趋势，未来还可能智能化。水处理也需要自动化控制，目前以基本实现，其控制核心就是PLC。基于此，本文结合当前电气自动化发展状况与PLC市场的态势，通过阐述PLC的核心能力，结合水处理的相关内容，探究了基于PLC的电气自动化控制水处理系统，仅供参考。
关键词：PLC；水处理；自动化
当前水处理系统已经实现自动化控制，这使得水处理过程实现了最大程度的简化。而今得益于科学技术的飞速发展，正是发展“智慧化”绝佳时期，但智慧化属于自动控制领域的高级阶段，不可能一蹴而就。因此，关键还是要在现有条件下，尽最大可能发展水处理系统的电气自动化控制，为水处理智慧化控制打下坚实基础。
一、背景概述
电气自动化是一个综合性极强的领域，涉及电机及电力拖动、电力电子技术、可编程控制器、工厂电器控制设备、过程控制系统、供电系统、单片机及接口技术等等多个专业领域。可编程控制器（PLC）是其中一个重要组成部分，目前自动化控制的核心之一就是可编程控制器。随着中国经济发展进入新常态，国家一系列战略规划决策的出台，如中国制造2025战略等，电气自动化走向黄金发展期，同时在云物大智移技术的支持下，正走向智能化、网络化的道路上，水处理系统实现电气自动化控制，并走向智能化是必然趋势。
从可编程控制器市场看，PLC是市场主流，全球市场的80%被GE、西门子、欧姆龙、三菱等国际厂商占据。而国内PLC企业，如信捷、合信等，逐渐崭露头角，但是就市场份额而言却很少，就我国而言，可编程控制器市场规模在2016年约73亿，国内小型PLC市场份额中西门子占比约27%，信捷作为国内龙头占比只有5%。虽然电气自动化装备正在逐步实现国产化，但目前依然是国际厂商占据市场主导地位。
水处理行业当中，目前PLC是实现电气自动化控制的核心装备。自动化的水处理系统，以PLC作为核心，配合传动系统、现场仪表等装备，深入水处理过程中的主要工艺环节，利用PLC的控制程序，以现场传感器收集的信息为基础，根据现场实际情况，向现场各类变频控制装备发送指令，实现自动化控制。目前比较常用的控制模式是PC+PLC分级分布式控制模式，不仅实现了集中监测，并在分散控制上效果也比较好。
二、电气自动化控制水处理系统的实现
（一）PLC在水处理系统中扮演的角色
目前，PLC在工控领域一直处于核心地位，PLC在事先设定好的程序下运行，结合传感器设备实现现场设备运行状态信息的收集，然后经过PLC的CPU计算，转换信号，向变频器设备发送控制指令，实现调频，达到自动化控制目的。这可以有效保证设备的稳定运行，一般来说只要PLC不出现故障，其控制下的设备通常都会按照设定好的方式来工作，同时PLC的在线检测功能以及故障诊断功能，可以有效控制事故发生率，保证设备安全。
在水处理系统当中，PLC的工作原理是一样的，其主要的功能就在于控制，即开关量控制、模拟量控制、运动（过程）控制。
从开关量控制看，PLC在这方面的能力很强，它能够实现少则十几个入出点的控制，多则能够实现成千上万点的控制，由于可以联网，控制点数基本可以不收限制。PLC的使用很灵活，其硬件结构以及软件程序都是可变的，能够适应水处理现场多工况、多状态的转换需求。从模拟量控制看，水处理过程是一个连续型的生产过程，这个过程中电流、电压、压力、温度等参数是十分重要的控制参数，目前大中小型PLC都能进行这些参数的模拟量控制，要实现模拟量控制需要配置A/D、D/A单元，实现模拟量和数字量之间的相互转化。对于运动控制来说，在一些高档的PLC中配置有NC单元（数字控制技术），利用数字量，可实现点位控制。
（二）基于PLC的控制系统的实现
设计需求方面，从当前水处理行业状况来看，控制系统以及配属装备要支持标准通讯协议，控制系统上位机要具备丰富组态软件，可供实现更多更细的功能。同时，控制系统要能够长久的安全可靠运行，抗干扰能力要强，故障率要尽可能低。在控制上要能够实现手动与自动控制自由切换，要能够基于实时采集的数据（设备运行状态）随时调整控制方式与工艺参数。自动控制模式下要能够保证在无人干预的情况下，保证系统安全可靠的自动运行，并具备在线监测、故障故障报警与故障诊断等保障功能。而手动模式则能够在远程控制下对工艺流程中的各个环节以及所需设备实现独立操控。
系统框架的搭建方面，以净水处理工艺来研究对象。利用PLC、压力传感器、液位计、变频器、电动阀门、流量计、电机、流动电流仪、差压变送器、碱液泵、加药泵等装备为基础进行实验设计。要符合净水工艺自动化控制的需求，必须先对净水工艺有一个清晰的认识，才能在设计基于PLC的水处理控制系统时具有针对性。所有装备的选择都需要结合工艺，选择恰当的装备，才能保证控制系统的安全可靠运行。
从图中看，净水工艺可分为几个关键的阶段，作为控制接点，总结起来包括进水阶段、加药加氯阶段、沉淀阶段、过滤阶段、储存阶段以及送水阶段。
进水阶段，设置PLC控制站，配合大功率变频器、电机、液位计、流量计、压力变送器、电动阀门等设备将源水送入水厂。液位计、流量计等设备结合传感器用于采集实时数据，发送给PLC，而PLC基于事先设定好的程序与设定值，经过PID计算，输出相关的控制指令，用于维持进水阶段的稳定。
加药加氯阶段，设置PLC控制站，配合PH检测仪、浊度计、浓度计、加药泵、碱液泵、液位计、流量计、风机、电流仪、电动球阀等装备实现对加药加氯的自动控制。浊度计用于检测进水浊度、PH检测仪检测进水PH值、浓度计检测药液浓度，这几样装备主要收集信息反馈给PLC控制站，有PLC进行协调控制。
沉淀阶段，一般利用浓度计、液位计、流量计等仪器采集数据，其控制主要通过加药加氯阶段的PLC控制站来实现。
过滤阶段，需要设置多个PLC控制站，包括但不限于冲洗控制站、滤池控制站，用于控制过滤、储存以及滤池冲洗、废水排放（废水排放后进入排放池做进一步处理以便达到排放要求后排放）。
送水阶段，设置PLC控制站，结合压力计、变频器、电机等装备，监控管网压力，随时根据压力变化调整送水量。
这种设计方案，是比较典型的分散式控制模式，以多个PLC控制站点来分段控制。然后通过交换机设备接入网络并与控制室计算机连接实现集中远程控制。但这种方案成本较高，在维护上比较复杂。不过就目前硬件性能没有重大突破的情况下，可以最大限度发挥中央处理器的运算效能，能够实现更为精确的控制。相对而言要比集中监控（即用一个CPU控制所有功能）具有优势得多。
结束语：
以目前电气自动化的发展状况来看，水处理系统要实现自动化控制，PLC（可编程控制）依然是主流的控制器产品。目前有很多基于PLC电气自动化控制的方案可以借鉴参考，经过上文的论述，希望能与业内人探讨，进一步完善PLC电气自动化控制水处理系统。
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作者简介：王科锦（1994-04），男，四川省简阳市简城镇人，黑龙江工业学院14级电气工程及其自动化专业学生