用PLC和InTouch實(shí)現(xiàn)水廠雙閥濾池自動(dòng)控制|最新資料

摘要：從雙閥濾池特點(diǎn)、工藝流程、控制系統(tǒng)構(gòu)成、程序結(jié)構(gòu)、InTouch及其實(shí)現(xiàn)控制功能等方面介紹了應(yīng)用SLC500和InTouch實(shí)現(xiàn)杭州制水四公司雙閥濾池全自動(dòng)控制的情況。

關(guān)鍵詞：雙閥；SLC500；控制系統(tǒng)；InTouch；程序結(jié)構(gòu)

1 前言

杭州制水四公司在四閥濾池改造成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用美國(guó)Rockwell公司產(chǎn)品SLC500，實(shí)現(xiàn)了對(duì)三萬(wàn)噸雙閥濾池（六閥濾池）全自動(dòng)控制及兩套濾池的聯(lián)網(wǎng)控制。本項(xiàng)目難點(diǎn)在兩方面：①三萬(wàn)噸濾池實(shí)現(xiàn)集中控制，即四個(gè)濾池全自動(dòng)控制集中到一個(gè)PLC上來(lái)實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵在于程序結(jié)構(gòu)的編排，合理編排結(jié)構(gòu)對(duì)整個(gè)程序控制實(shí)現(xiàn)影響很大；②在三萬(wàn)噸濾池的上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)四萬(wàn)噸濾池的控制，合理采用多個(gè)讀寫命令、采樣時(shí)間，以避免采樣時(shí)間太短引起讀寫中斷、死機(jī)，使公共PLC失去與三萬(wàn)噸濾池的PLC通訊，從而不能控制四萬(wàn)噸濾池。

2 雙閥濾池的特點(diǎn)

每個(gè)濾池的整個(gè)工藝流程分為三個(gè)過(guò)程：反沖洗過(guò)程、整理過(guò)程、正常過(guò)濾即PID調(diào)節(jié)。雙閥濾池控制同四閥濾池控制的區(qū)別是要實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)水和排水的虹吸控制，如何判斷虹吸形成條件是實(shí)現(xiàn)雙閥濾池的自動(dòng)控制的重點(diǎn)之一，電接點(diǎn)真空表由于接點(diǎn)的接觸穩(wěn)定性差，不宜采用；加裝壓力變送器用反饋負(fù)壓值來(lái)判斷真空度，但費(fèi)用相對(duì)要增加，也不宜采用；這里采用的是計(jì)算液位的相對(duì)變化值來(lái)判斷虹吸形成，從實(shí)際效果來(lái)看，是可行的。

3 控制系統(tǒng)構(gòu)成

3.1硬件構(gòu)成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

此控制系統(tǒng)分為兩套系統(tǒng)：一套是四萬(wàn)噸濾池，共有六組濾池，每個(gè)濾池都有各自的PLC，采用是電動(dòng)閥控制；另一套是三萬(wàn)噸濾池，共有四個(gè)濾池，只有一個(gè)PLC，采用是雙閥控制。由于兩套濾池共用一個(gè)反沖塔，所以兩組共用一個(gè)公共PLC，這個(gè)公共PLC主要用來(lái)控制兩套濾池的反沖洗排隊(duì)。各個(gè)PLC之間及上位機(jī)采用DH485工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）來(lái)通訊，DH485通訊協(xié)議是一種采用令牌式傳遞的通訊方式，最大速率達(dá)19.2Kbps，最大距離1.2公里；四萬(wàn)噸的上位機(jī)與PLC之間連接是串口

接法；三萬(wàn)噸的上位機(jī)與PLC之間采用KTX卡進(jìn)行連接。PLC是Rockwell公司產(chǎn)品SLC500系列。水位儀采用E+H超聲波物位測(cè)量?jī)x。

3.2濾池水位調(diào)節(jié)原理

采用濾池水位控制可以實(shí)現(xiàn)恒速過(guò)濾控制方式，調(diào)節(jié)原理如圖2所示。由水位儀測(cè)得濾池水位值和水位設(shè)定值的偏差，經(jīng)過(guò)PID運(yùn)算，計(jì)算值通過(guò)伺服功能塊對(duì)出水電動(dòng)閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。伺服功能塊將電動(dòng)閥作為具有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)動(dòng)作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)執(zhí)行PID控制。它??出水閥的控制，當(dāng)偏差值大于零，開(kāi)電動(dòng)閥門；當(dāng)偏差值小于零，關(guān)電動(dòng)閥門；當(dāng)偏差等于零，電動(dòng)閥門保持原狀態(tài)。

4 程序的整體結(jié)構(gòu)

針對(duì)三萬(wàn)噸雙閥濾池控制方式及點(diǎn)數(shù)，考慮到四個(gè)濾池程序段比較長(zhǎng)，重復(fù)性多，為便于編制及后期調(diào)試，采用一個(gè)主程序和各個(gè)濾池子程序的程序結(jié)構(gòu)。

其優(yōu)點(diǎn)：①程序結(jié)構(gòu)條理清楚，調(diào)試中容易查找程序段；②在調(diào)試過(guò)程中容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題故障，解決問(wèn)題；③程序中程序段之間影響及子程序之間影響小，易編程。
一個(gè)主程序（SLC500規(guī)定程序中只能有一個(gè)主程序）其主要內(nèi)容包含初始化命令、四個(gè)濾池自動(dòng)狀態(tài)子程序、四個(gè)濾池現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)子程序、四個(gè)濾池手動(dòng)狀態(tài)子程序、排泥閥手動(dòng)命令（排泥閥僅為手動(dòng)命令狀態(tài)），如圖3所示。

初試化命令主要內(nèi)容包含：模擬量模塊初試化命令；中間變量的清零；各個(gè)時(shí)間、計(jì)數(shù)器初始值的賦值。

四個(gè)濾池自動(dòng)狀態(tài)子程序包含此濾池的子主程序和子程序。子主程序中包含反沖狀態(tài)子程序、濾池整理狀態(tài)子程序、正常過(guò)濾狀態(tài)子程序。

四個(gè)濾池現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)子程序主要內(nèi)容包含：①在濾池由自動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)到現(xiàn)場(chǎng)時(shí)已發(fā)出的命令必須全部復(fù)位。②自動(dòng)狀態(tài)中的某些變量，如時(shí)間變量、計(jì)數(shù)器變量等必須復(fù)位。③針對(duì)反沖必須在這個(gè)狀態(tài)下發(fā)出一個(gè)結(jié)束反沖命令。

四個(gè)池子手動(dòng)狀態(tài)子程序包含各個(gè)閥門的手動(dòng)操作命令。

對(duì)于濾池的反沖控制約束條件為：濾池工作時(shí)間超過(guò)設(shè)定值，或者清水閥開(kāi)足而濾池水位長(zhǎng)時(shí)間調(diào)節(jié)不到位。只要達(dá)到其中一個(gè)條件，就進(jìn)行反沖。另外，也可以用強(qiáng)制反沖按鈕或遠(yuǎn)程手動(dòng)的方式，不定時(shí)完成反沖。

對(duì)于十個(gè)濾池共用一個(gè)反沖塔的情況，本系統(tǒng)專門采用一個(gè)PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)十個(gè)濾池的排隊(duì)，通過(guò)公共程序的讀寫命令采集整個(gè)濾池的反沖信息及具體水位情況并發(fā)出命令。公共程序的主要內(nèi)容是：反沖泵控制程序、公共PLC與其他各個(gè)PLC信息的讀寫程序和濾池排隊(duì)程序。三萬(wàn)噸濾池讀寫命令程序是：每個(gè)濾池在公共程序中各有一個(gè)讀命令，而采用一個(gè)寫命令，采樣時(shí)間是1秒。

5 軟件及功能

該系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控部分是由Wonderware公司的InTouch軟件編制而成的。同時(shí)InTouch利用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）協(xié)議，與第三方的I/O服務(wù)器RSLinx程序?qū)崿F(xiàn)通訊，RSLinx通過(guò)DH485協(xié)議與PLC通訊。

DDE由Microsoft開(kāi)發(fā)的通訊協(xié)議，該協(xié)議允許Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序彼此發(fā)送/接收數(shù)據(jù)和指令。它在兩個(gè)同時(shí)運(yùn)行的應(yīng)用程序之間實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的關(guān)系。服務(wù)器應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)并接受其

它應(yīng)用程序的請(qǐng)求。發(fā)出請(qǐng)求的應(yīng)用程序叫做客戶端。某些應(yīng)用程序，如InTouch，可以同時(shí)作為客戶端和服務(wù)器。InTouch使用由三部分組成的命名來(lái)識(shí)別I/O服務(wù)器RSLinx程序中的數(shù)據(jù)元素，這三部分是應(yīng)用程序名、主題名和項(xiàng)目名，通過(guò)指定上述三部分來(lái)打開(kāi)通往服務(wù)器程序的通道。該項(xiàng)目中的應(yīng)用程序名即RSLinx；主題名是在RSLinx中預(yù)先定義好的名稱，主要包括PLC的型號(hào)、站號(hào)等信息；項(xiàng)目名是PLC中的具體地址。

該系統(tǒng)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)管理與控制，可以清晰地掌握濾池的過(guò)濾、等待、反沖等運(yùn)行情況。在畫面上有動(dòng)態(tài)的工藝顯示，實(shí)時(shí)、歷史的報(bào)警記錄窗和曲線記錄窗，以及各種參數(shù)設(shè)定的彈出窗。主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：

(1)在計(jì)算機(jī)上可以動(dòng)態(tài)的反映水塔水位、各清水池水位以及各濾池液位，同時(shí)對(duì)這些數(shù)據(jù)均具有實(shí)時(shí)及歷史記錄，技術(shù)人員可以很方便對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行情況進(jìn)行分析。

(2)對(duì)于各類泵、閥門等設(shè)備的運(yùn)行狀況具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映功能，同時(shí)對(duì)設(shè)備的故障實(shí)時(shí)報(bào)警、確認(rèn)報(bào)警信息作記錄，并具有歷史報(bào)警記錄，以備查用設(shè)備運(yùn)行情況。

(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵、濾池以及閥門的控制。對(duì)于濾池中的閥門以及反沖泵的閥門可以實(shí)現(xiàn)3種控制方式，分別是手動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)和自動(dòng)方式。使操作人員有多種選擇以適應(yīng)不同的生產(chǎn)實(shí)際。

?設(shè)定的工作時(shí)間時(shí)正常進(jìn)入反沖洗?；蛘吒鶕?jù)濾池實(shí)際運(yùn)行情況，由操作人員進(jìn)行強(qiáng)制反沖。(5)工藝參數(shù)設(shè)置。包括濾池的控制水位、最高水位、最低水位、設(shè)定工作時(shí)間、反沖設(shè)定時(shí)間、反沖完成后整定時(shí)間、反沖閥首開(kāi)時(shí)間及PID參數(shù)。

(6)該系統(tǒng)可以設(shè)置多個(gè)訪問(wèn)用戶及權(quán)限，不同的權(quán)限對(duì)應(yīng)不同的操作，起到一定的保護(hù)作用。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，在正常情況下，三萬(wàn)噸濾池水位控制在設(shè)定水位的±3cm范圍內(nèi)，PID調(diào)節(jié)能在3～5分鐘內(nèi)進(jìn)入正常設(shè)定水位控制，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)過(guò)濾，以及三萬(wàn)噸四個(gè)濾池和四萬(wàn)噸六個(gè)濾池定時(shí)自動(dòng)排隊(duì)和反沖。本系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了在三萬(wàn)噸濾池的上位機(jī)上完成對(duì)兩組濾池的所有閥門和反沖泵及真空泵的手動(dòng)/自動(dòng)集中控制。克服了雙閥虹吸管帶來(lái)的水位上下變化波動(dòng)大的不穩(wěn)定因素。從試運(yùn)行情況來(lái)看，整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本滿足了生產(chǎn)要求，達(dá)到了預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)用采用國(guó)產(chǎn)電動(dòng)閥進(jìn)行雙閥濾池自動(dòng)控制的目的。

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安淑萍（1976－），女，浙江嵊州人，助理工程師，學(xué)士，主要從事計(jì)算機(jī)軟件、監(jiān)控系統(tǒng)軟件編制；

張鈞（1978－），男，浙江嵊州人，助理工程師，學(xué)士，主要從事控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)與研究工作。

定控制方式。本改造經(jīng)過(guò)一年的開(kāi)發(fā)和調(diào)試，滿足了生產(chǎn)的需要，提高公司的技術(shù)水平。