張健

摘 要：主要對(duì)PLC在自來(lái)水廠加藥自控系統(tǒng)的應(yīng)用展開(kāi)了探討，介紹了系統(tǒng)工作的原理，并對(duì)自來(lái)水廠加藥自控系統(tǒng)的硬件和軟件方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)論述和研究，以期為相關(guān)單位提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：PLC；自來(lái)水廠；加藥自控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TU991.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.02.102

所謂“PLC”，是指可編程邏輯控制器，其主要被用于各類型的機(jī)械加工或生產(chǎn)中。近年來(lái)，隨著水資源污染的逐漸加重，自來(lái)水廠對(duì)加藥自控系統(tǒng)這一環(huán)節(jié)有了更高的要求。而將PLC應(yīng)用到自來(lái)水廠的加藥自控系統(tǒng)中，不僅能節(jié)省人力和降低成本，還能滿足自來(lái)水廠的其他需求，值得推廣。

1 工作原理

加藥自控系統(tǒng)的上位機(jī)（人機(jī)界面）可與PLC通訊，并對(duì)S7-200進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)和運(yùn)行控制；濁度傳感器可將應(yīng)力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為0～5 V的模擬量信號(hào)，并發(fā)送到PLC模擬量輸入口；PLC得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行PID計(jì)算（比較設(shè)定值與實(shí)際值），并發(fā)送模擬量信號(hào)到變頻器FR-D700；變頻器FR-D700收到啟動(dòng)和模擬信號(hào)后，驅(qū)動(dòng)加藥計(jì)量泵電機(jī)運(yùn)行，從而改變濁度傳感器的測(cè)量值，最終達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)濁度值。

2 硬件方案

加藥自控系統(tǒng)以一個(gè)水池為模型，使用濁度傳感器來(lái)檢測(cè)水的渾濁度，PIC通過(guò)PID控制算法控制計(jì)量泵加入一定量的礬來(lái)凈化池子中的水。以西門子PLC（S7-200）為控制核心，結(jié)合模擬量輸入/輸出、濁度傳感器、變頻器和上位工控機(jī)等設(shè)計(jì)的水廠自動(dòng)加藥控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 PLC選型

加藥自控系統(tǒng)選用PLC控制器。由于PLC的編程比較為簡(jiǎn)單，采用類似繼電器控制系統(tǒng)圖中的梯形圖語(yǔ)言，可實(shí)現(xiàn)易學(xué)、易懂的目標(biāo)，且PLC有較高的可靠性和較強(qiáng)的抗振、防潮、耐熱能力。S7-200是一種小型的可編程序控制器，適用于各行業(yè)的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和控制自動(dòng)化進(jìn)程。S7-200系列無(wú)論在獨(dú)立操作，還是連接到任何網(wǎng)絡(luò)中，都可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。因此，本文選用西門子S7-200系列的方案具有極高的性價(jià)比。

2.2 濁度傳感器

通常以90°的散射光作為測(cè)試信號(hào)，其單位為NTU。由于散射光與濁度為多元線性關(guān)系，因此，傳感器需要進(jìn)行多點(diǎn)校準(zhǔn)，且光源強(qiáng)度和溫度變化均會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。經(jīng)多次研究和理論推算發(fā)現(xiàn)，散射光與透射光的比值與濁度為線性關(guān)系。本文采用WQ730水質(zhì)濁度傳感器，其原理如圖2所示。該傳感器采用散射光與透射光的比值代替單純的散射光測(cè)量濁度，傳感器的準(zhǔn)確度、可靠性較高，維護(hù)簡(jiǎn)單，抗污性強(qiáng)。

2.3 變頻器

變頻器（變頻驅(qū)動(dòng)，VFD）是指應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，改變控制電機(jī)功率、交流電動(dòng)機(jī)功率的控制設(shè)備。本文選用了三菱的FR-D700系列變頻器控制電機(jī)。

2.4 人機(jī)界面

人機(jī)界面由硬件和軟件產(chǎn)品組成。硬件部分包括處理器、顯示裝置、輸入單元、通信接口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，處理器的性能會(huì)決定HMI產(chǎn)品的性能，是HMI的核心單元。本文采用臺(tái)達(dá)DOP-A系列觸摸屏，其具有65536色TFT，640×480的像素，內(nèi)置7 MB的FlashROM，支持USBHost，可外接U盤、打印機(jī)，可運(yùn)行USB1.1高速下載規(guī)劃程序，具有3組通訊端口，最多可支持16國(guó)語(yǔ)言畫面設(shè)計(jì)，且符合IP65&NEMA4規(guī)格，通過(guò)了CE&UL認(rèn)證。

3 軟件方案

本文采用西門子PLC（S7-200）和臺(tái)達(dá)DOP-A觸摸屏的編程設(shè)計(jì)。

3.1 S7-200編程軟件

SIMATICS7系列工業(yè)控制產(chǎn)品具有參數(shù)設(shè)置、硬件配置、網(wǎng)絡(luò)配置、測(cè)試、編程、啟動(dòng)維護(hù)、操作診斷等功能，包括C7、M7和WinAC等產(chǎn)品，基于PC可用的參數(shù)設(shè)置，其可編程和監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)工具，是工業(yè)軟件的重要組成部分之一。具體而言，本文的程序設(shè)計(jì)主要以PID閉環(huán)控制為主，PLC程序設(shè)計(jì)按照功能主要分為MAIN、SBR_0和INT_0三段。

3.2 人機(jī)界面程序設(shè)計(jì)

人機(jī)界面采用臺(tái)達(dá)DOP-B系列觸摸屏，臺(tái)達(dá)公司免費(fèi)提供了觸摸屏編程軟件ScreenEditor的下載。軟件的具體使用方式參見(jiàn)《DOP/TP系列人機(jī)界面應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)》。根據(jù)軟件的特點(diǎn)和系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的人機(jī)界面的主界面如圖4所示。

主界面包含以下內(nèi)容：①渾濁度表盤顯示；②泵變頻器表盤顯示；③系統(tǒng)運(yùn)行、報(bào)警等顯示；④PID參數(shù)設(shè)置，包括增益、積分時(shí)間和微分時(shí)間；⑤渾濁度值實(shí)時(shí)監(jiān)控；⑥渾濁度值目標(biāo)值的設(shè)定；⑦啟動(dòng)和停止按鈕可控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前，PLC不只應(yīng)用到了加藥自控系統(tǒng)中，更是被廣泛應(yīng)用到了自來(lái)水廠的各種工作中。希望本文的闡述會(huì)對(duì)PLC的應(yīng)用推廣起到一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕