【導(dǎo)讀】水廠供水對(duì)人們至關(guān)重要。隨著現(xiàn)代城市社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市用水量不斷增加，是解決供水不足問(wèn)題的唯一可行途徑。供水不僅要滿足管網(wǎng)的需要、保證充足供水，還。要求水質(zhì)明顯提高。因此對(duì)水廠關(guān)鍵工藝進(jìn)行升級(jí)改造，以提高其水處理能力，增加出。水量，是滿足城市發(fā)展需要的有效途徑。濾池是水廠常規(guī)處理凈構(gòu)筑物的最后一道工序，濾池運(yùn)行的好壞直接影響到水廠的出水水質(zhì)。企業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用狀進(jìn)行了詳盡的分析和綜述。液位控制以及反沖洗控制和控制策略作了分析。相關(guān)PLC硬件聯(lián)接以及程序的編寫和

　　

【正文】 b) 關(guān)出水氣動(dòng)閥碟 c) 氣動(dòng)閥碟到 ―全關(guān)位 ‖ d) 停水泵電機(jī) （ 2） 濾池自動(dòng)反沖洗控制 主要有排序沖洗、自由沖洗和強(qiáng)制沖洗。 有多個(gè)濾格要進(jìn)行沖洗時(shí)，則對(duì)其進(jìn)行排序，順序進(jìn)行沖洗；當(dāng)水頭損失不合要求或者過(guò)濾時(shí)間超過(guò)設(shè)定值（ 24h）之外時(shí)，進(jìn)行自由沖洗。強(qiáng)制沖洗可以認(rèn)為是在人機(jī)界面直接下達(dá)沖洗的命令。 二、 反沖洗鼓風(fēng)機(jī)一步化啟停設(shè)計(jì)： （ 1） 開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)控制：開(kāi)閥門啟動(dòng) a) 開(kāi)風(fēng)機(jī)指令 b) 開(kāi)旁通閥 c) 啟動(dòng)鼓風(fēng)機(jī) d) 開(kāi)出氣閥 e) 關(guān)旁通閥 （ 2） 停鼓風(fēng)機(jī)控制：關(guān)閥門 停機(jī) a) 停風(fēng)機(jī)指令 b) 開(kāi)旁通閥 c) 關(guān)出氣閥 d) 停鼓風(fēng)機(jī) e) 關(guān)旁通閥 本次設(shè)計(jì)對(duì)工藝設(shè)備控制有四級(jí)：中央控制室 IPC 進(jìn)行操控； PLC 根據(jù)程序和其他情況，自動(dòng)控制，無(wú)需人的干預(yù)；現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面進(jìn)行管理；手動(dòng)控制，在 MCC 或者機(jī)器旁邊操作箱上的按鈕進(jìn)行控制，手動(dòng)通過(guò)硬件直接切換，優(yōu)先權(quán)較其他三種方式高。 接下來(lái)討論反沖洗故障檢測(cè)和保護(hù)等內(nèi)容。 ? 反沖洗水泵故障檢測(cè)和保護(hù)設(shè)計(jì)如下： （ 1） 過(guò)電流預(yù)報(bào)警 反沖洗水泵電機(jī)電流大于額定電流時(shí)，接通報(bào)警指示燈或喇叭，以示警告。 （ 2） 過(guò)電流故障 反沖洗水泵電機(jī)電流大于額定電流時(shí)，立刻關(guān)閉水閥門和停止 水泵工作，同 時(shí)相應(yīng)開(kāi)關(guān)接通，以示警告。 （ 3） 空載故障 反沖洗水泵電機(jī)電流小于額定電流，或壓低于常值時(shí)候，空車故障，立刻停機(jī)，啟動(dòng)相應(yīng)聲光報(bào)警系統(tǒng)。 （ 4） 電氣故障 反沖洗水泵電機(jī)正常啟動(dòng)運(yùn)行后，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)不到位，運(yùn)行信號(hào)繼續(xù)丟失5s 為電氣故障， PLC 停止工作，啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)。 ? 反沖洗水泵出口閥門故障檢測(cè)和保護(hù)設(shè)計(jì)如下： （ 1） 開(kāi)閥門故障 開(kāi)閥指令發(fā)出后，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，開(kāi)閥門出現(xiàn)故障， PLC 作開(kāi)閥故障，立即切斷該閥門電源，對(duì)反沖洗水泵停電保護(hù)，并且啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 （ 2） 關(guān)閥門故障 開(kāi)閥指令發(fā)出后，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，開(kāi)閥門出現(xiàn)故 障， PLC 作開(kāi)閥故障，立即切斷該閥門電源，對(duì)反沖洗水泵停電保護(hù)，并且啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 ? 反沖洗鼓風(fēng)機(jī)故障檢測(cè)和保護(hù)設(shè)計(jì)如下： （ 1） 過(guò)電流預(yù)警 鼓風(fēng)機(jī)電流大于額定電流時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 （ 2） 過(guò)電流故障 鼓風(fēng)機(jī)電流大于額定電流時(shí)，立即關(guān)閉水閥門和停止水泵工作，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 （ 3） 空車故障 鼓風(fēng)機(jī)電流大小于額定電流或出水壓力低于正常值，為空車故障，須立即停機(jī)保護(hù)，啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 （ 4） 電氣故障 鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)正常運(yùn)動(dòng)后，運(yùn)行信號(hào)繼續(xù)丟失 5s 為電氣故障， PLC停止工作，啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)。 丁家根：基于 PLC 水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) VIII 第 6 章 PLC 控制的實(shí)現(xiàn) 本章主要介紹 PLC 控制的硬件設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫。且選用的 PLC 為我所熟悉的三菱 FX2N 系列產(chǎn)品。閥門選擇開(kāi)關(guān)閥，而省去了用 PID 控制的調(diào)節(jié)閥，使過(guò)程變得相對(duì)簡(jiǎn)單。 PLC 基本知識(shí)及其工作原理 可編程序控制器 (Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱 PLC。 所謂可編程序控制器，就是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它采用一種可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)并執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順 控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)操作的指令，通過(guò)數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來(lái)控制各種類型的 機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。隨著 PLC 的發(fā)展，它不僅能完成編輯、運(yùn)算、控制，而且能實(shí)現(xiàn)模擬量、數(shù)字量的算術(shù)運(yùn)算。用 PLC 設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)： (1)能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，能抗電磁干擾與電壓沖擊。 (2)簡(jiǎn)單，易于使用，不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識(shí)，編程不需要高級(jí)語(yǔ)言。 (3)可靠性高，平均故障間隔時(shí)間 (MTBF)超過(guò) 20200 小。 (4)編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。 (5)體積小，價(jià)格低。 (6)可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場(chǎng)。 (7)可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載 最遠(yuǎn)距離很遠(yuǎn)，內(nèi)存可以擴(kuò)展。 (8)有很強(qiáng)的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。 (9)系統(tǒng)化，有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。 (10)系統(tǒng)在一種現(xiàn)場(chǎng)不需要時(shí)，仍可改在另一現(xiàn)場(chǎng)使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。 PLC 采用的是掃描的工作方式。掃描是一種形象化的術(shù)語(yǔ)，用來(lái)描述可編程序控制器內(nèi)部的 CPU 的工作過(guò)程。所謂掃描就是依次對(duì)各種規(guī)定的操作項(xiàng)目全部進(jìn)行訪問(wèn)和處理。 PLC 運(yùn)行時(shí)，用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個(gè) CPU 每一個(gè)時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)操作而不能同時(shí)執(zhí)行多個(gè) 操作，因此 CPU 按程序的順序依次執(zhí)行各個(gè)操作，這種需要處理多個(gè) 作業(yè)時(shí)依次按順序處理的工作方式稱為掃描工作方式。由于掃描是周而復(fù)始無(wú)限循環(huán)的，每掃描一個(gè)循環(huán)所用的時(shí)間為掃描周期。順序掃描的工作方式是 PLC 的基本工作方式，它簡(jiǎn)單直觀，方便用戶程序設(shè)計(jì)，為 PLC 的可靠運(yùn)行提供了有利保證。一方面，所掃描的指令被執(zhí)行后其結(jié)果馬上就可以被后面將要掃描的指令所利用；另一方面，還可以通過(guò) CPU 設(shè)置定時(shí)器來(lái)監(jiān)視每次掃描時(shí)間是否超過(guò)規(guī)定時(shí)間，避免由于 CPU 內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。 PLC 工作過(guò)程分為以下五步： (1)自診斷 自診斷功能可使 PLC 系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時(shí)能盡快 的修復(fù)，為此 PLC 每次掃描用戶程序以前都對(duì) CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯(cuò)的信息。 (2)與外設(shè)通信 自診斷正常后 PLC 即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請(qǐng)求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過(guò)程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過(guò)程中 PLC 將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn) 行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)、 PLC 的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及執(zhí)行啟動(dòng)、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。 (3)輸入現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài) 完成前兩步工作后 PLC 便掃描各個(gè)輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開(kāi)關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場(chǎng)的內(nèi)存映象。這一過(guò)程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個(gè)掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開(kāi)關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個(gè)掃描過(guò)程中的輸入采樣時(shí)刷新，解算用戶邏輯所用的輸入 值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際值。 (4)解算用戶邏輯 即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲(chǔ) 器的最低地址存放的第一條程序開(kāi)始，在無(wú)跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲(chǔ)器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過(guò)程中所用的計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲(chǔ)單元的即時(shí)值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。在一個(gè)掃描周期內(nèi)，某個(gè)輸入信號(hào)的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對(duì)整個(gè)用戶程序是一致的，不會(huì)造成結(jié)果混亂。 (5)輸出結(jié)果 將本次的掃描過(guò)程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹梗恳徊剿玫降妮敵鲂盘?hào)被存入輸出信號(hào)寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號(hào)被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開(kāi)輸出門一并輸出，所用輸出信號(hào)由 輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)用戶輸出設(shè)備即 PLC 的實(shí)際輸出。在依次完成上述五個(gè)步驟操作后 PLC 又開(kāi)始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。 丁家根：基于 PLC 水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) X 傳感器和執(zhí)行器的選擇 傳感器主要用來(lái)檢測(cè)液位高度，選擇使用超聲波液位計(jì)來(lái)作為液位傳感器，把現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的模擬信號(hào)傳輸給 PLC 的模擬量輸入 模塊。 為了維持濾池正常工作時(shí)恒水位，所以液位計(jì)的選型很重要。超聲波液位傳感器是近年來(lái)普遍使用的一種工控液位傳感器，該液位計(jì)安裝簡(jiǎn)單方便，信號(hào)漂移較小，故障率較低，運(yùn)行穩(wěn)定。故近年來(lái)受到廣大工程設(shè)計(jì)人員的青睞。故本設(shè)計(jì) LU 13 兩線制超聲波液位傳感器。 安裝一前首先確認(rèn)液位計(jì)探頭和它的測(cè)量終端間距， LU13 超聲波液位計(jì)允許的最大電纜長(zhǎng)度為 30m，而且要求電纜必需全部屏蔽。兩線制信號(hào)輸入電氣連接 : : 液位計(jì)紅線端接入直流電源 1228 VDC+端，黑線接儀表輸入信號(hào) +端，然后 將電源1228 VDC端和儀表信號(hào)輸入負(fù)端連接。 PLC 的連接 : 液位計(jì)紅線端接入直流電源 1228 VDC+端，黑線接 PLC 輸入信號(hào) +端，然后將電源 1228 VDC端和 PLC 信號(hào)輸入負(fù)端連接。 (注意 :超聲波液位計(jì)安裝時(shí)，其包裝盒內(nèi)的 Vinton 橡膠墊必須配合超聲波液位計(jì)一起安裝 ) 水頭損失等于液位值減去壓力值，故水頭損失信號(hào)的測(cè)量要運(yùn)用到壓力變送器。前些年大都用差壓變送器，在濾料上下引壓，但由于差壓變送器及三閥組安裝維護(hù)相對(duì)麻煩，且差壓變送器的安裝位置受一定限制，近年來(lái)采用壓力變送器較多，在 單格濾池出水閥前取壓由計(jì)算機(jī)將液位值與壓力值相減后得出水頭損失，效果不錯(cuò)。本設(shè)計(jì)中的壓力變送器選擇通用型 YZD1 擴(kuò)散硅壓力變送器。 YZD1 擴(kuò)散硅壓力變送器選用國(guó)外進(jìn)口擴(kuò)散硅壓力芯片作敏感元件，性能穩(wěn)定可靠，抗過(guò)載能力強(qiáng)。靈敏度高，精度高，體積小，重量輕，安裝使用方便。廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各種氣體、液壓的壓力、液體測(cè)量和控制。具有多種量程、多輸出形式，標(biāo)準(zhǔn)螺紋接口 :M20* 結(jié)構(gòu)材料 :2Cr13 或者 1Cr18Ni9Ti?？砂匆笥喼品菢?biāo)準(zhǔn)量程、輸出形式和壓力接口形式。如表 51 所示所示。 表 61 YDZ1 電氣連接方式及其主要技術(shù)指標(biāo) 電氣連接方式 插頭座號(hào) 導(dǎo)線顏色 線數(shù) 4 3 2 4 3 2 輸入正端 1 1 1 紅 紅 紅 輸出信號(hào)正端 2 2 2 藍(lán) 藍(lán) 藍(lán) 輸出信號(hào)負(fù)端 3 4 / 白 黃 / 輸入正端 4 4 / 黃 黃 / 此外，本設(shè)計(jì)為了簡(jiǎn)潔，閥門使用開(kāi)關(guān)閥。 系統(tǒng) I/O 設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中，模擬量通過(guò)轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)量，方便控制系統(tǒng)的建立。所使用的 I/O 均為開(kāi)關(guān)量。 輸入接至 PLC 的輸入端，輸入端要連接 COM 端，把 PLC 的輸出接至相應(yīng)的接觸器線圈，控制閥門動(dòng)作或 者電機(jī)啟停，從而實(shí)現(xiàn)控制功能。 I/O 地址分配表如表 52 所示。 表 62 系統(tǒng) I/O 配置明細(xì)表 輸入 /輸出 對(duì)應(yīng)功能 輸出 對(duì)應(yīng)功能 X1 開(kāi)始 Y0 進(jìn)水閥開(kāi)、關(guān) X2 停止 Y1 出水閥開(kāi)、關(guān) X3 強(qiáng)制反沖洗 Y2 排污閥開(kāi)、關(guān) X4 液位下限到？ Y5 反沖洗風(fēng)機(jī) X5 液位上限到？ Y6 反沖洗風(fēng)機(jī)閥門 X6 水頭損失到？ Y7 反沖洗水泵 X7 液位到下限且下降 Y10 反沖洗水泵閥門 X10 液位到上限且上升 Y11 報(bào)警顯示 X11 開(kāi)始反沖洗 Y12 反沖洗標(biāo)志 X12 結(jié)束反沖洗 Y13 正常過(guò)濾標(biāo)志 Y3 反沖洗氣閥開(kāi)、關(guān) Y4 反沖洗水閥開(kāi)、關(guān) 丁家根：基于 PLC 水廠濾池自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) XII 軟件方案的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)將整個(gè)控制過(guò)程分為兩部分 :正常恒水位過(guò)濾和滿足條件后的氣水反沖洗過(guò)程。將正常的恒水位過(guò)濾過(guò)程采用梯形圖的主程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，根據(jù)主程序的邏輯判斷來(lái)調(diào)用氣水反沖洗過(guò)程的子程序。由于 PLC 采用循環(huán)掃描的方式執(zhí)行程序，這樣便能實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制過(guò)程的順利執(zhí)行。 濾池正常過(guò)濾恒水位程序設(shè)計(jì) 正常濾水工作期間，每個(gè)濾池在現(xiàn)場(chǎng) PLC 的控制下，依據(jù)液位傳感器檢測(cè)到得液位值得變化情況，及 時(shí)調(diào)整出水閥的啟閉，保證濾池恒水位運(yùn)行。 語(yǔ)句表如下： LD X1 OR M100 ANI X2 OUT M100 LD M100 MPS ANI X7 OUT Y1 MPP ANI X10 OUT Y0 LD X4 OR X5 OUT Y11 ；報(bào)警顯示 LD Y0 AND Y1 OUT Y13 ；正常過(guò)濾顯示 上面一段程序只是對(duì)液位進(jìn)行相應(yīng)閥門啟閉控制。 濾池反沖洗控制程序設(shè)計(jì) 反沖洗啟動(dòng)條件有三個(gè)：人機(jī)界面進(jìn)行反沖洗，屬于強(qiáng)制反 沖洗；定時(shí)反沖洗；按水頭損失情況進(jìn)行反沖洗。 使用停電保持型 PLC 元件進(jìn)行編程來(lái)表示反沖洗的啟動(dòng)條件。程序如下： LD M100 ANI Y12 ANI T250 ANI C100 OUT T250 K1000 LD T250 RST T250 OUT C100 K864 LD C100 OUT M101 LD M100 ANI C101 ANI T251 OUT T251 K1000 LD T251 OUT C101 K540 RST T251 LD C101 OUT M102 LD X3 OR M101 OR Y12 AN