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摘要 安亭水廠的濾池氣水反沖洗裝置處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，存在著不能精確定時(shí)反沖，涉及的設(shè)備繁多、控制繁復(fù)等一系列的問題，對(duì)生產(chǎn)造成不利的影響。本項(xiàng)目將 PLC 技術(shù)應(yīng)用于反沖洗控制，通過對(duì)硬件系統(tǒng)的優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(zhì)量、減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。
關(guān)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(guān)系到水質(zhì)是否合格的關(guān)鍵步驟，濾池的反沖洗時(shí)間和效果則直接影響自來水的過濾質(zhì)量，所以按要求定時(shí)控制反沖洗操作是控制水質(zhì)質(zhì)量的核心。
反沖洗設(shè)備處于手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，清水閥閥位和水位不能精確配合，在整個(gè)反沖過程中控制設(shè)備多，操作復(fù)雜，液位、時(shí)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(fēng)機(jī)始終處于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，造成大量電能損失；而且每個(gè)濾池都需單獨(dú)操作，操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度很大。這些都對(duì)生產(chǎn)造成不利的影響。
因此對(duì)反沖洗裝置的進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)計(jì)，不僅可減輕操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是能提高系統(tǒng)反沖洗的質(zhì)量，使設(shè)備達(dá)到最佳的運(yùn)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(jìn)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(shí)間后，會(huì)沉積一些雜質(zhì)、污垢，長(zhǎng)期累計(jì)會(huì)影響進(jìn)入清水池的水質(zhì)，并影響沉淀速度。這時(shí)就需要定期進(jìn)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(shù)。在不同的步驟中通過開關(guān)鼓風(fēng)機(jī)、反沖泵臺(tái)數(shù)來達(dá)到氣、水反沖的不同搭配進(jìn)行沖洗，以達(dá)到清洗顆粒介質(zhì)（石英砂）的目的。
在實(shí)際生產(chǎn)中，手動(dòng)控制反沖洗操作步驟如下：
�。�1） 、 開降水閥（停止進(jìn)水） 。
�。�2） 、 當(dāng)液位是否小于沖洗水位時(shí)關(guān)清水閥。
�。�3） 、 清水閥關(guān)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(tái)鼓風(fēng)機(jī)（參考鼓風(fēng)機(jī)開機(jī)流程） 。
�。�6） 、 兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)全開后，對(duì)氣沖計(jì)時(shí)。
�。�7） 、 氣沖計(jì)時(shí)完成后，關(guān)一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)（參考鼓風(fēng)機(jī)關(guān)機(jī)流程） 。
（8） 、 關(guān)鼓風(fēng)機(jī)一臺(tái)完成后，開一臺(tái)反沖泵。
（9） 、 開反沖泵一臺(tái)完成后，開水沖閥。
�。�10） 、 開水沖閥完成后，做氣水聯(lián)合沖洗計(jì)時(shí)。
（11） 、 氣水聯(lián)合沖洗計(jì)時(shí)完成后，關(guān)閉氣沖閥。
（12） 、 關(guān)氣沖閥的同時(shí)，打開剩余一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)的旁通閥，關(guān)閉剩余的鼓風(fēng)機(jī)。
�。�13） 、 關(guān)鼓風(fēng)機(jī)第二臺(tái)完成后，開第二臺(tái)反沖泵。
�。�14） 、 開反沖泵第二臺(tái)完成后，做水沖計(jì)時(shí)。
（15） 、 水沖計(jì)時(shí)完成后，關(guān)水沖閥。
�。�16） 、 關(guān)水沖閥完成后，關(guān)二臺(tái)反沖泵。
�。�17） 、 關(guān)排水閥并打開放氣閥，同時(shí)打開進(jìn)水閥。
（18） 、 然后就開始靜池計(jì)時(shí)，控制水位不要讓濾料被沖走。
（19、 ） 在濾料接近靜止時(shí)，關(guān)放氣閥，當(dāng)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(shè)備的啟動(dòng)和停止由操作人員在上位機(jī)發(fā)送指令或按周期自動(dòng)判斷，由 PLC 自行完成操作。具體流程見 圖 1：
2、開鼓風(fēng)機(jī)流程
（1） 、 開旁通閥同時(shí)關(guān)出風(fēng)閥。
（2） 、 在旁通閥全開，出風(fēng)閥全關(guān)信號(hào)到來后，開鼓風(fēng)機(jī)。
�。�3） 、 等鼓風(fēng)機(jī)開信號(hào)到來后，開出風(fēng)閥；等出風(fēng)閥全開信號(hào)到來后，關(guān)旁通閥。旁通閥全關(guān)后。開鼓風(fēng)機(jī)流程完成。
關(guān)鼓風(fēng)機(jī)流程
（1） 、 開旁通閥，等旁通閥全開信號(hào)到來后，關(guān)出風(fēng)閥。
（2） 、 等出風(fēng)閥全關(guān)信號(hào)到來后，停鼓風(fēng)機(jī)。關(guān)鼓風(fēng)機(jī)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(diǎn)： （1）各濾池控制相對(duì)獨(dú)立，單體設(shè)備多。 （2）采集狀態(tài)信號(hào)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(shè)備分散。
氣水聯(lián)合反沖洗自動(dòng)控制系統(tǒng)的信號(hào)主要有：上位機(jī)、操作臺(tái)和觸摸屏的控制輸入及閥位開/關(guān)反饋信號(hào)；PLC系統(tǒng)的控制負(fù)載主要包括清水閥開度控制、閥門開/關(guān)信號(hào)、鼓風(fēng)機(jī)反沖泵等的電機(jī)啟/停信號(hào)。共有開關(guān)量輸入（DI）130 個(gè)輸入點(diǎn)，開關(guān)量輸出（DO）70 個(gè)輸出點(diǎn)，模擬量輸入（AI）18個(gè)輸入點(diǎn)。模擬量輸出（AO）6 個(gè)輸出點(diǎn)。其余信號(hào)可取內(nèi)存信號(hào)。
根據(jù)反沖洗生產(chǎn)工藝特點(diǎn)， 在確定控制范圍、 輸入、 輸出點(diǎn)數(shù)后， 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行以下配置選型： 采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為上位機(jī)； 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(duì)反沖泵及鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行控制；GP2500觸摸屏作為現(xiàn)場(chǎng)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(jí)，對(duì)各濾池的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)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(luò)，設(shè)置上位機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)的人機(jī)界面，對(duì)生產(chǎn)管理和數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。
本系統(tǒng)全部設(shè)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(luò)或 DH-485 網(wǎng)絡(luò)傳送至各 PLC 的CPU單元。在各工藝段及單體設(shè)備的控制程序亦相對(duì)獨(dú)立，部分相同的工藝采用子程序調(diào)用模式。對(duì)于部分要求較高精度的工藝參數(shù)的控制，則利用 PLC 進(jìn)行閉環(huán)控制，在現(xiàn)場(chǎng)使用中完全能滿足生產(chǎn)要求。因此程序結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，調(diào)試和維修方便。
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2所示。
四、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)
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(yīng)用 WindowMaker人機(jī)界面組態(tài)工具，由 WindowView圖形界面運(yùn)行系統(tǒng)運(yùn)行組態(tài)程序，通過 I/O server實(shí)現(xiàn) SLC5/05 的通信。
RSLOGIX 500 編程軟件支持 SLC500、Micro logix 系列處理器。應(yīng)用梯形圖編程控制鼓風(fēng)機(jī)、反沖泵的開關(guān)狀態(tài)，控制各基本控制級(jí) PLC， ，控制各池閥門開關(guān)狀態(tài)及水位，并完成定時(shí)反沖洗。
觸摸屏軟件編制實(shí)時(shí)顯示、控制現(xiàn)場(chǎng)工藝流程圖。
五、系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
結(jié)合工藝的實(shí)際狀況及系統(tǒng)的硬件配置，將該系統(tǒng)分為 3 個(gè)控制級(jí)，即遠(yuǎn)程控制級(jí)（工控機(jī)） 、現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和基本控制級(jí)。
第一級(jí)為遠(yuǎn)程控制級(jí)，由 1 臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，位于中控室，使用 INTOUCH 作為操作平臺(tái)。主要功能為顯示各設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)及工藝流程，值班室人員實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)過濾流程和反沖洗流程的工作狀態(tài)，程序設(shè)定定時(shí)進(jìn)行反沖洗，記錄反沖洗流量和時(shí)間。
第二級(jí)為現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)， 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(luò)把各濾池的分站 PLC連接起來，協(xié)調(diào)系統(tǒng)的統(tǒng)一操作，控制各分站的運(yùn)行，完成自動(dòng)定時(shí)反沖洗的控制流程。通過 GP 2500觸摸屏形成人機(jī)界面，完成人機(jī)交互，現(xiàn)場(chǎng)顯示工藝流程和各閥門的工作狀態(tài)。
第三級(jí)為基本控制級(jí)，由閥位控制器、中間繼電器及按鈕等組成。具有手動(dòng)/自動(dòng)兩種控制方式：在手動(dòng)狀態(tài)通過現(xiàn)場(chǎng)操作臺(tái)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門、電機(jī)的操作；在自動(dòng)狀態(tài)通過輸出模塊完成對(duì)閥門、電機(jī)的控制。輸入模塊主要采集各閥門狀態(tài)反饋信號(hào)，傳輸?shù)接|摸屏和工控機(jī)進(jìn)行顯示，由 PLC 進(jìn)行判斷控制。
六、相關(guān) PLC 介紹
1、SLC5/05 PLC 是屬于羅克韋爾自動(dòng)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(qiáng)、編程方便、運(yùn)行可靠以及配置靈活的特點(diǎn)。最大 I/O點(diǎn)數(shù)達(dá) 4096點(diǎn)，最大容量最多可達(dá) 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(yùn)行時(shí)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(dòng)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(diǎn)數(shù)為 88 點(diǎn),支持在線可編程（包括運(yùn)行時(shí)可編程） ，帶有 DH485網(wǎng)絡(luò)接口。
七、結(jié)束語
本項(xiàng)目采用工業(yè)計(jì)算機(jī)和多 PLC 通過 ETHERNET、DH-485 網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)在于：?jiǎn)蝹�(gè)濾池發(fā)生局部故時(shí)不影響其他濾池的運(yùn)行。 ）利用了 PLC 抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)方便、適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的持點(diǎn)，在上位機(jī)能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程中設(shè)備的控制和工藝參數(shù)的設(shè)置、調(diào)整與監(jiān)測(cè)，使整個(gè)反沖裝置成為一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體，反沖過程連貫，控制準(zhǔn)確，可以按要求完成定時(shí)反沖洗、按順序反沖洗、單池反沖洗等多種自動(dòng)反沖洗過程，從而大大地降低了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了反沖洗質(zhì)量。完全能滿足自來水廠自動(dòng)反沖洗控制的要求。整個(gè)方案安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，易于編程、操作及維修，在安亭水廠得到良好的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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(jí)應(yīng)用手冊(cè) 2004.8
作者簡(jiǎn)介：
李杰，主要從事計(jì)量?jī)x表、自動(dòng)化儀表管理以及水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。
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