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摘要 安亭水廠的濾池氣水反沖洗裝置處于手動狀態(tài)時，存在著不能精確定時反沖，涉及的設備繁多、控制繁復等一系列的問題，對生產(chǎn)造成不利的影響。本項目將 PLC 技術應用于反沖洗控制，通過對硬件系統(tǒng)的優(yōu)化控制，實現(xiàn)了自動的反沖洗控制。在很大程度上起到了節(jié)水節(jié)能、提高系統(tǒng)反沖洗的質量、減輕工人的勞動強度的目的。
關鍵詞 氣水聯(lián)合反沖洗控制 PLC 集散控制
一、引言
自來水的過濾是關系到水質是否合格的關鍵步驟，濾池的反沖洗時間和效果則直接影響自來水的過濾質量，所以按要求定時控制反沖洗操作是控制水質質量的核心。
反沖洗設備處于手動狀態(tài)時，清水閥閥位和水位不能精確配合，在整個反沖過程中控制設備多，操作復雜，液位、時間無法精確控制，出現(xiàn)沖走濾料等問題，影響反沖洗效果；在反沖洗過程反沖泵、鼓風機始終處于滿負荷運轉，造成大量電能損失；而且每個濾池都需單獨操作，操作工人勞動強度很大。這些都對生產(chǎn)造成不利的影響。
因此對反沖洗裝置的進行自動化設計，不僅可減輕操作工人的勞動強度，更重要的是能提高系統(tǒng)反沖洗的質量，使設備達到最佳的運行效果。
二、工藝流程
水廠中的水經(jīng)緩沖、藥劑的制備與投加、混凝、平流沉淀等步驟后進入濾池，經(jīng)過沉淀后注入清水池。濾池內(nèi)濾料經(jīng)過一段時間后，會沉積一些雜質、污垢，長期累計會影響進入清水池的水質，并影響沉淀速度。這時就需要定期進行反沖洗。
安亭水廠的反沖洗工藝主要采用氣水聯(lián)合反沖技術。在不同的步驟中通過開關鼓風機、反沖泵臺數(shù)來達到氣、水反沖的不同搭配進行沖洗，以達到清洗顆粒介質（石英砂）的目的。
在實際生產(chǎn)中，手動控制反沖洗操作步驟如下：
�。�1） 、 開降水閥（停止進水） 。
（2） 、 當液位是否小于沖洗水位時關清水閥。
�。�3） 、 清水閥關足后開排水閥。
（4） 、 排水閥開足后開氣沖閥。
�。�5） 、 氣沖閥開足后開兩臺鼓風機（參考鼓風機開機流程） 。
（6） 、 兩臺鼓風機全開后，對氣沖計時。
�。�7） 、 氣沖計時完成后，關一臺鼓風機（參考鼓風機關機流程） 。
�。�8） 、 關鼓風機一臺完成后，開一臺反沖泵。
（9） 、 開反沖泵一臺完成后，開水沖閥。
�。�10） 、 開水沖閥完成后，做氣水聯(lián)合沖洗計時。
（11） 、 氣水聯(lián)合沖洗計時完成后，關閉氣沖閥。
（12） 、 關氣沖閥的同時，打開剩余一臺鼓風機的旁通閥，關閉剩余的鼓風機。
�。�13） 、 關鼓風機第二臺完成后，開第二臺反沖泵。
�。�14） 、 開反沖泵第二臺完成后，做水沖計時。
�。�15） 、 水沖計時完成后，關水沖閥。
�。�16） 、 關水沖閥完成后，關二臺反沖泵。
�。�17） 、 關排水閥并打開放氣閥，同時打開進水閥。
（18） 、 然后就開始靜池計時，控制水位不要讓濾料被沖走。
（19、 ） 在濾料接近靜止時，關放氣閥，當液位大于過濾水位就開清水閥，這樣沖洗就完成了。
1、氣水聯(lián)合反沖洗工藝流程： 所有設備的啟動和停止由操作人員在上位機發(fā)送指令或按周期自動判斷，由 PLC 自行完成操作。具體流程見 圖 1：
2、開鼓風機流程
�。�1） 、 開旁通閥同時關出風閥。
（2） 、 在旁通閥全開，出風閥全關信號到來后，開鼓風機。
�。�3） 、 等鼓風機開信號到來后，開出風閥；等出風閥全開信號到來后，關旁通閥。旁通閥全關后。開鼓風機流程完成。
關鼓風機流程
�。�1） 、 開旁通閥，等旁通閥全開信號到來后，關出風閥。
�。�2） 、 等出風閥全關信號到來后，停鼓風機。關鼓風機流程完成。
3、濾池循環(huán)沖洗工藝流程，由 SLC 500 控制，具體流程見 圖 2：
三、系統(tǒng)組成
氣水聯(lián)合反沖洗工藝主要具有以下特點： （1）各濾池控制相對獨立，單體設備多。 （2）采集狀態(tài)信號繁雜。 （3）自來水生產(chǎn)具有連續(xù)性、不可替代性和不間斷性的特性。 （4）各濾池的設備分散。
氣水聯(lián)合反沖洗自動控制系統(tǒng)的信號主要有：上位機、操作臺和觸摸屏的控制輸入及閥位開/關反饋信號；PLC系統(tǒng)的控制負載主要包括清水閥開度控制、閥門開/關信號、鼓風機反沖泵等的電機啟/停信號。共有開關量輸入（DI）130 個輸入點，開關量輸出（DO）70 個輸出點，模擬量輸入（AI）18個輸入點。模擬量輸出（AO）6 個輸出點。其余信號可取內(nèi)存信號。
根據(jù)反沖洗生產(chǎn)工藝特點， 在確定控制范圍、 輸入、 輸出點數(shù)后， 對系統(tǒng)進行以下配置選型： 采用工業(yè)控制計算機為上位機； 用工控軟件 INTOUCH7.1
編制監(jiān)控軟件；選用 AB 的小型 PLC SLC5/05 為控制器的主站，并對反沖泵及鼓風機進行控制；GP2500觸摸屏作為現(xiàn)場顯示控制單元；選用 AB 的微型 PLC Micro logix 1200作為各濾池的基本控制級，對各濾池的生產(chǎn)設備進行分散控制，模塊采用輸入模塊 1762-IF4、模擬量輸出模塊 1762-IF2OF2；通過 1761 NET-AIC 連通 DH-485 及 ETHERNET ，組成網(wǎng)絡，設置上位機及現(xiàn)場的人機界面，對生產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理。
本系統(tǒng)全部設備的控制都由 PLC 來完成， 程序利用 RSLogix 500 編程軟件編制。 可方便的利用 ETHERNET 網(wǎng)絡或 DH-485 網(wǎng)絡傳送至各 PLC 的CPU單元。在各工藝段及單體設備的控制程序亦相對獨立，部分相同的工藝采用子程序調用模式。對于部分要求較高精度的工藝參數(shù)的控制，則利用 PLC 進行閉環(huán)控制，在現(xiàn)場使用中完全能滿足生產(chǎn)要求。因此程序結構比較簡單，調試和維修方便。
控制系統(tǒng)結構圖如圖 2所示。
四、系統(tǒng)軟件的設計
系統(tǒng)軟件主要包括：工控組態(tài)軟件 INTOUCH、RSLINX、RSLOGIX 500 編程軟件、觸摸屏編程軟件。
工控組態(tài)軟件采用 INTOUCH7.1組態(tài)軟件，應用 WindowMaker人機界面組態(tài)工具，由 WindowView圖形界面運行系統(tǒng)運行組態(tài)程序，通過 I/O server實現(xiàn) SLC5/05 的通信。
RSLOGIX 500 編程軟件支持 SLC500、Micro logix 系列處理器。應用梯形圖編程控制鼓風機、反沖泵的開關狀態(tài)，控制各基本控制級 PLC， ，控制各池閥門開關狀態(tài)及水位，并完成定時反沖洗。
觸摸屏軟件編制實時顯示、控制現(xiàn)場工藝流程圖。
五、系統(tǒng)的簡介
結合工藝的實際狀況及系統(tǒng)的硬件配置，將該系統(tǒng)分為 3 個控制級，即遠程控制級（工控機） 、現(xiàn)場控制級和基本控制級。
第一級為遠程控制級，由 1 臺工業(yè)控制計算機組成，位于中控室，使用 INTOUCH 作為操作平臺。主要功能為顯示各設備狀態(tài)、參數(shù)及工藝流程，值班室人員實時監(jiān)控現(xiàn)場過濾流程和反沖洗流程的工作狀態(tài)，程序設定定時進行反沖洗，記錄反沖洗流量和時間。
第二級為現(xiàn)場控制級， 由 AB 公司小型 PLC SLC5/05 PLC 、 AB 公司微型 PLC Micro logix 1200 series C、 輸入模塊 1762-IF4、 輸出模塊 1762-IF2OF2、和 GP 2500觸摸屏組成，將 SLC5/05 PLC 作為主站通過 ETHERNET 網(wǎng)絡把各濾池的分站 PLC連接起來，協(xié)調系統(tǒng)的統(tǒng)一操作，控制各分站的運行，完成自動定時反沖洗的控制流程。通過 GP 2500觸摸屏形成人機界面，完成人機交互，現(xiàn)場顯示工藝流程和各閥門的工作狀態(tài)。
第三級為基本控制級，由閥位控制器、中間繼電器及按鈕等組成。具有手動/自動兩種控制方式：在手動狀態(tài)通過現(xiàn)場操作臺按鈕實現(xiàn)對閥門、電機的操作；在自動狀態(tài)通過輸出模塊完成對閥門、電機的控制。輸入模塊主要采集各閥門狀態(tài)反饋信號，傳輸?shù)接|摸屏和工控機進行顯示，由 PLC 進行判斷控制。
六、相關 PLC 介紹
1、SLC5/05 PLC 是屬于羅克韋爾自動化公司 SLC 500TM 系列的小型可編程控制器。 SLC500 系列可編程控制器具有速度快、功能強、編程方便、運行可靠以及配置靈活的特點。最大 I/O點數(shù)達 4096點，最大容量最多可達 64K 字（128K字節(jié)）的數(shù)據(jù)/程序內(nèi)存，指令執(zhí)行 0.9ms/K 典型用戶程序,在線可編程（包括運行時可編程）帶有內(nèi)置 10 BASE-T 以太網(wǎng)通訊接口。
2、Micro logix 1200 series C 是屬于羅克韋爾自動化公司 Micro logix 系列的微型可編程控制器。適用于分散控制，最大 I/O點數(shù)為 88 點,支持在線可編程（包括運行時可編程） ，帶有 DH485網(wǎng)絡接口。
七、結束語
本項目采用工業(yè)計算機和多 PLC 通過 ETHERNET、DH-485 網(wǎng)絡相連接組成的集散型控制系統(tǒng)。 （采用集散型控制的優(yōu)點在于：單個濾池發(fā)生局部故時不影響其他濾池的運行。 ）利用了 PLC 抗干擾能力強、組網(wǎng)方便、適用于工業(yè)現(xiàn)場的持點，在上位機能實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程中設備的控制和工藝參數(shù)的設置、調整與監(jiān)測，使整個反沖裝置成為一個統(tǒng)一的有機整體，反沖過程連貫，控制準確，可以按要求完成定時反沖洗、按順序反沖洗、單池反沖洗等多種自動反沖洗過程，從而大大地降低了操作工人的勞動強度，提高了反沖洗質量。完全能滿足自來水廠自動反沖洗控制的要求。整個方案安全可靠、經(jīng)濟實用，易于編程、操作及維修，在安亭水廠得到良好的應用。
參考文獻：
1、 SLC500 指令參考集 2002.5
2、 MicroLogix 1200 Programmable Controllers 2004.3
3、 Advance Interface Converter (AIC+) 2003.7
4、 INTOUCH 7.1 USER’S GUIDE 1999.7
5、 INTOUCH配方管理器用戶指南 2001.6
6、 GP 系列 Pro-face 高級應用手冊 2004.8
作者簡介：
李杰，主要從事計量儀表、自動化儀表管理以及水處理自動控制系統(tǒng)的開發(fā)和維護。
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