王 強

（德清環(huán)中制水有限公司，浙江 湖州313200）

0 引言

在凈水廠生產(chǎn)過程中，對濾池處理過程的有效控制是保證水廠出水水質(zhì)及生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的濾池生產(chǎn)已無法確保水質(zhì)、水量的穩(wěn)定，水廠濾池的自動控制對保證出廠水質(zhì)意義重大。本文將研究PLC在水廠濾池控制系統(tǒng)中的實際應(yīng)用，以期提高水廠濾池控制自動化水平。

1 控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)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(huán)節(jié)，而濾池過濾能力的再生，是濾池穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵。若采用較好的反沖洗技術(shù)，使濾池經(jīng)常處于最優(yōu)條件下工作，不僅可以節(jié)水、節(jié)能，還能提高水質(zhì)，增大濾層的截污能力，延長工作周期，提高產(chǎn)水量。

1.2 V型濾池生產(chǎn)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(chǎn)運行的保障。我們采用了可編程控制器和工業(yè)電腦（PLC＋I(xiàn)PC）組成的實時多任務(wù)集散型控制系統(tǒng)，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(yīng)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(chǎn)生相對應(yīng)的4～20 mA電流信號。將實測液位對應(yīng)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(shè)定值進(jìn)行比較運算后，輸出電流控制氣動閥門上的定位器，從而調(diào)整清水蝶閥的開度，使濾池達(dá)到進(jìn)出水平衡，從而實現(xiàn)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(shè)備完成：進(jìn)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(fēng)機。

濾池的反沖洗由AB Control LOGIX PLC來控制。當(dāng)達(dá)到過濾周期或濾池壓差（水頭）設(shè)定值時，濾池提出反沖洗請求，PLC根據(jù)濾池的優(yōu)先秩序，組成一個請求反沖洗隊列。一旦響應(yīng)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(jìn)行反沖洗，當(dāng)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?qū)V池依次進(jìn)行反沖洗。當(dāng)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(jié)束5 s后，關(guān)閉反沖洗水洗氣動閥，然后關(guān)閉反沖洗排水閘門，打開待濾水進(jìn)水閘門，濾池恢復(fù)過濾。

2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 濾池實現(xiàn)自動控制的設(shè)備

濾池自動化控制主要由PLC（可編程控制器）來實現(xiàn)。本次設(shè)計采用了 AB Control LOGIX PLC，Control LOGIX PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不僅具有先進(jìn)的通訊能力和最新的I／O技術(shù)，而且同時提供順序、過程、運動和傳動控制。因為系統(tǒng)是模塊化的，所以用戶就能更有效地設(shè)計、建立和更改系統(tǒng)，從而極大地節(jié)省培訓(xùn)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(zhí)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(wěn)定的濾池水位傳給PLC，PLC才能運行正常的程序，發(fā)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(zhǔn)確、抗干擾能力強、信號漂移小、故障率較低、運行穩(wěn)定這幾點出發(fā)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(zhí)行器

本方案中的執(zhí)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(chǎn)的SMC IP6100電氣比例閥定位器控制。其主要參數(shù)：輸入信號4～20 mA，供給空氣源1.4～7 kg／c m2，連接口 NPT1／4″內(nèi)牙口。

2.3 系統(tǒng)的 I／O點配置

PLC的CPU模塊負(fù)責(zé)PLC的數(shù)據(jù)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(fù)責(zé)對調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行控制。數(shù)字量輸出模塊主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場濾池上各個開關(guān)閥的開、關(guān)以及水泵、風(fēng)機的起?？刂?，而數(shù)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(dá)反沖洗動作命令的執(zhí)行。系統(tǒng)所需I／O點統(tǒng)計如表1所示。

表1 I／O點統(tǒng)計表

3 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本設(shè)計采用 RSLogix5000對 Rock well Allen－Bradlay PLC編寫梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)。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(jù)液位傳感器檢測到的液位值及時調(diào)整出水閥的開度，保證濾池恒水位運行。當(dāng)達(dá)到反沖洗條件或人為強制反沖洗時，PLC發(fā)出反沖洗請求，PLC對需要反沖洗的濾池進(jìn)行排序，采用先進(jìn)先出的堆棧式管理，在滿足反沖洗條件后，調(diào)用反沖洗子程序依次對各個濾池進(jìn)行反沖洗。所有的反沖洗流程結(jié)束以后，系統(tǒng)進(jìn)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(diào)用并執(zhí)行反沖洗子程序→反沖洗完成，恢復(fù)正常過濾。

V型濾池反沖洗流程如下：開始→關(guān)進(jìn)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(guān)出水閥，開排水閘門，開反沖洗氣閥→開2臺鼓風(fēng)機4 min→關(guān)1臺鼓風(fēng)機，開反沖洗水閥→開1臺反沖洗水泵2 min→關(guān)另外1臺鼓風(fēng)機，開第2臺反沖洗泵6 min→關(guān)2臺反沖洗泵，關(guān)反沖洗水閥→開進(jìn)水閘門，等待水位升至1.2 m→開出水閥，恢復(fù)正常過濾。

4 結(jié)語

基于以上控制原則的AB Control LOGIX PLC的濾池控制系統(tǒng)于多年前投入運行，經(jīng)過實際運行，證明了這套控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、自動化程度高、維護(hù)方便、工藝控制參數(shù)修改靈活，可以很好地滿足水廠的生產(chǎn)要求。

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