基于PLC的V型濾池控制系統設計與實現

王 強

（德清環中制水有限公司，浙江 湖州313200）

0 引言

在凈水廠生產過程中，對濾池處理過程的有效控制是保證水廠出水水質及生產效率的關鍵。傳統的濾池生產已無法確保水質、水量的穩定，水廠濾池的自動控制對保證出廠水質意義重大。本文將研究PLC在水廠濾池控制系統中的實際應用，以期提高水廠濾池控制自動化水平。

1 控制系統總體方案的設計

1.1 V型濾池工藝特點

濾池過濾是水廠凈水工藝中的重要環節，而濾池過濾能力的再生，是濾池穩定高效運行的關鍵。若采用較好的反沖洗技術，使濾池經常處于最優條件下工作，不僅可以節水、節能，還能提高水質，增大濾層的截污能力，延長工作周期，提高產水量。

1.2 V型濾池生產運行的自動控制

對V型濾池過濾和再生的自動控制是濾池正常生產運行的保障。我們采用了可編程控制器和工業電腦（PLC＋IPC）組成的實時多任務集散型控制系統，對濾池的正常過濾和反沖洗實行控制。

1.2.1 過濾控制

我們在濾池的相應部位安裝了英國的MOBREY MCU900超聲波液位計。濾池的過濾就是通過它測出濾池的水位，然后產生相對應的4～20 mA電流信號。將實測液位對應的電流值送入可編程控制器的PID功能塊。PID功能塊通過接收值與設定值進行比較運算后，輸出電流控制氣動閥門上的定位器，從而調整清水蝶閥的開度，使濾池達到進出水平衡，從而實現恒水位、恒濾速的自動過濾。

1.2.2 反沖洗控制

V型濾池的反沖洗過程由以下主要設備完成：進水閘門、排水閘門、清水比例出水閥、氣洗氣動閥、水洗氣動閥、3臺由軟啟動器控制的反沖洗水泵、3臺由變頻器控制的鼓風機。

濾池的反沖洗由AB Control LOGIX PLC來控制。當達到過濾周期或濾池壓差（水頭）設定值時，濾池提出反沖洗請求，PLC根據濾池的優先秩序，組成一個請求反沖洗隊列。一旦響應某格濾池的請求，PLC實施反沖洗的整個過程，在一組濾板中，不允許2個濾池同時進行反沖洗，當1只濾池正在反沖洗時，其他濾池請求反沖洗的信號則存入PLC中，然后再按存儲秩序對濾池依次進行反沖洗。當濾池反沖洗時，PLC程序的控制過程是：先氣沖洗，然后氣水混合沖洗，最后水沖洗。水漂洗結束5 s后，關閉反沖洗水洗氣動閥，然后關閉反沖洗排水閘門，打開待濾水進水閘門，濾池恢復過濾。

2 控制系統的硬件設計

2.1 濾池實現自動控制的設備

濾池自動化控制主要由PLC（可編程控制器）來實現。本次設計采用了 AB Control LOGIX PLC，Control LOGIX PLC系統結構不僅具有先進的通訊能力和最新的I／O技術，而且同時提供順序、過程、運動和傳動控制。因為系統是模塊化的，所以用戶就能更有效地設計、建立和更改系統，從而極大地節省培訓費用和工程實施費用。本方案中PLC模塊主要配置了1756－PA72／B 1塊、1756－L55 M13 1塊、1756－ENBT 1塊、1756－IB32 2塊、1756－OB32 2塊、1756－IF16 1塊、1756－OF8 1塊。

2.2 傳感器和執行器的選擇

2.2.1 傳感器

V型濾池自動控制中，最重要的傳感器是液位傳感器。不管是正常濾水還是反沖洗，都需要液位傳感器的參與，只有把正確穩定的濾池水位傳給PLC，PLC才能運行正常的程序，發出正確指令。因此，液位計的選型很重要，超聲波液位傳感器是近年來普遍使用的一種工控液位傳感器，在選型過程中，我們主要從測量準確、抗干擾能力強、信號漂移小、故障率較低、運行穩定這幾點出發選擇合適的超聲波液位傳感器。通過資料比選，我們選用了英國的MOBREY MCU900。它由MCU900控制單元與MSP900SH探頭組成，控制單元有220 V電源接入端和4～20 mA信號電流輸出端，此外還有5組繼電器輸出。

2.2.2 執行器

本方案中的執行器是由氣缸和蝶閥組成的氣動蝶閥。其中過濾后的清水出水閥是由日本產的SMC IP6100電氣比例閥定位器控制。其主要參數：輸入信號4～20 mA，供給空氣源1.4～7 kg／c m2，連接口 NPT1／4″內牙口。

2.3 系統的 I／O點配置

PLC的CPU模塊負責PLC的數據處理和通信，模擬量輸入模塊將來自傳感器的檢測信號傳入PLC，模擬量輸出模塊負責對調節閥的開度進行控制。數字量輸出模塊主要負責現場濾池上各個開關閥的開、關以及水泵、風機的起停控制，而數字量的輸入模塊則是針對強制反沖洗信號的接受并且下達反沖洗動作命令的執行。系統所需I／O點統計如表1所示。

表1 I／O點統計表

3 控制系統的軟件設計

本設計采用 RSLogix5000對 Rock well Allen－Bradlay PLC編寫梯形圖程序實現。RSLogix5000功能強大，可同時完成順序控制與運動控制。整個程序控制由濾池正常恒水位過濾和滿足條件的反沖洗組成。

正常濾水工作期間，每個濾池在PLC的控制下，依據液位傳感器檢測到的液位值及時調整出水閥的開度，保證濾池恒水位運行。當達到反沖洗條件或人為強制反沖洗時，PLC發出反沖洗請求，PLC對需要反沖洗的濾池進行排序，采用先進先出的堆棧式管理，在滿足反沖洗條件后，調用反沖洗子程序依次對各個濾池進行反沖洗。所有的反沖洗流程結束以后，系統進入正常的恒水位濾水工作周期。

濾池自控流程如下：開始→正常過濾（PID控制）→判斷是否有反沖洗申請→如有申請，則判斷是否符合條件→如果符合反洗條件，則調用并執行反沖洗子程序→反沖洗完成，恢復正常過濾。

V型濾池反沖洗流程如下：開始→關進水閘門，開出水閥→判斷水位是否降到0.4 m→如降到0.4 m，關出水閥，開排水閘門，開反沖洗氣閥→開2臺鼓風機4 min→關1臺鼓風機，開反沖洗水閥→開1臺反沖洗水泵2 min→關另外1臺鼓風機，開第2臺反沖洗泵6 min→關2臺反沖洗泵，關反沖洗水閥→開進水閘門，等待水位升至1.2 m→開出水閥，恢復正常過濾。

4 結語

基于以上控制原則的AB Control LOGIX PLC的濾池控制系統于多年前投入運行，經過實際運行，證明了這套控制系統結構簡單、性能穩定、自動化程度高、維護方便、工藝控制參數修改靈活，可以很好地滿足水廠的生產要求。

［1］郭鳳文.水工業自動化控制技術的發展趨勢［J］.中國給水排水，2001（3）

［2］浙江大學羅克韋爾自動化技術中心.可編程序控制器系統［M］.杭州：浙江大學出版社，1999

［3］談蔚欣，鄭應文.水廠濾池控制系統的自控技術研究［J］.福州大學學報：自然科學版，2006（34）

［4］薛迎成.羅克韋爾PLC技術基礎及應用［M］.北京：中國電力出版社，2009

［5］（美）J.斯特納森.工業自動化及過程控制［M］.王樅，張彬，郭燕慧，譯.北京：科學出版社，2006

［6］張寶芳.自動檢測技術及儀表控制系統［M］.北京：化學工業出版社，2002