基于PLC的凈水控制系統的設計

1、引言
水處理是長期以來倍受關注的領域之一，它是改善居民生活環境、提高人民健康水平的重要手段。旋轉流管式膜微濾水處理裝置是一種新的水處理工藝，它采用OMRONPLC對整個工藝流程進行控制，采用Intellution公司的FIX6.1組態軟件對整個工藝流程進行動態實時顯示，實現了對流量和壓力瞬時值的數據采集、顯示及曲線記錄，以及各種事故的報警控制等功能。
2、系統工藝流程及控制要求
(1)工藝流程
旋轉流管式膜微濾水處理工藝流程如圖1所示，被控系統有兩套凈化裝置，這兩套凈化裝置不允許同時工作，當一套處于凈化狀態時，另一套應處于反沖狀態或備用狀態。凈化時，進水加壓泵M1工作；反沖時，反沖加壓泵M2工作。不論是在凈化狀態還是在反沖狀態，均有相應的儀表對流量和壓力信號進行檢測和記錄。
(2)系統的控制要求
根據工藝流程，對所設計的控制系統提出以下要求：
①將開關SA打到微機控制狀態，在微機控制界面上起動Ⅰ套凈化裝置，由接觸器KM1控制進水加壓泵M1（由變頻器控制）工作，同時電磁閥YVX11及YV112、YV113、YV114（后三個閥由KM1通過中間繼電器KA1控制）打開，控制Ⅰ套的凈化工作。
②Ⅰ套進行凈化工作時，通過壓力表PIT1、PIT2，流量計FIT1、FIT2、FIT5對其管道中的壓力與流量進行監測。當流量計FIT5所檢測到的流量值小于某一給定的流量值時，說明Ⅰ套的凈化裝置由于雜質堵塞而效率過低，此時應使Ⅰ套停止凈化，加壓泵M1停止工作，電磁閥YVX11、YV112、YV113、YV114關閉；進行Ⅰ套反沖洗，由KM2控制的反沖泵M2工作，電磁閥YVX21、YV122和YV123打開（反沖工作一段時間后自動停止）；Ⅰ套反沖洗的同時，起動Ⅱ套凈化裝置進行凈化。
③Ⅱ套裝置凈化時，由接觸器KM1控制的進水加壓泵M1（由變頻器控制）工作，同時電磁閥YVX11及YV212、YV213、YV214（后三個閥由KM1通過中間繼電器KA3控制）打開，同時通過壓力表PIT3、PIT4，流量計FIT3、FIT4、FIT5對其管道中的壓力和流量進行監測，當流量計FIT5所檢測到的流量值小于某一給定的流量值時，說明Ⅱ套的凈化裝置由于雜質堵塞而效率過低，此時應使Ⅱ套停止凈化，加壓泵M1停止工作，電磁閥YVX11及YV212、YV213、YV214關閉；進行Ⅱ套反沖，由KM2控制的反沖泵M2工作，電磁閥YVX21、YV222和YV223打開（反沖工作一段時間后自動停止）；Ⅱ套反沖洗的同時，起動Ⅰ套凈化裝置進行凈化，如此反復循環。
④Ⅰ套和Ⅱ套裝置在工作的過程中可通過微機界面上的停止按鈕隨時可以停止工作，Ⅰ套和Ⅱ套裝置也可以單獨地進行反沖。
⑤進水加壓泵M1通過模擬量輸出模塊對變頻器進行變頻調速。
⑥當M1、M2過載或變頻器故障時，進行聲、光報警，以提示操作人員進行處理。
⑦變頻器故障時可給PLC提供相應的控制信號。
⑧必要時，可將電磁閥YVX15打開，使凈化裝置斷水。
⑨考慮到電動機的慣性，系統停止工作時，先停止水泵，短暫延時后再關閉閥門。

圖1旋轉流管式膜微濾水處理工藝流程圖
3、控制系統的設計
(1)控制系統的結構
根據工藝要求，考慮到系統中處理的主要是開關量信號，所以采用PLC來實現對整個系統的控制；采用組態軟件對系統進行顯示和監控。
(2)PLC系統設計
本系統采用OMRONC200HE系列的PLC，從系統的輸入/輸出點數考慮，PLC系統構成如圖2所示。

圖2PLC控制系統結構
PLC控制系統中包括：8槽CPU底板（C200HW-BCO81-V1）一塊，通過內置的總線將各模塊連接在系統中；電源模塊（PA204）一塊；CPU（CPU42-E）一塊；16點開關量輸入模塊（ID212）一塊；16點開關量輸出模塊（OC225）一塊；8路模擬量輸入模塊（AD003）兩塊，分別對Ⅰ套和Ⅱ套凈化裝置的壓力和流量進行采集；8路模擬量輸出模塊（DA004）一塊，對變頻器進行控制，從而對進水加壓泵進行控制。
編程軟件采用OMRON公司SYSMAC-CPT通用軟件包，它可對C200HE系列及其它系列進行編程。SYSMAC-CPT是基于Windows環境下的編程軟件，將它裝入上位計算機中，用RS-232通信線和PLC連接，采用梯形圖直接對PLC編程和監控，編制的程序可在PLC和計算機之間相互傳送或存儲在磁盤上。
(3)上位機監控組態軟件
本系統采用美國Intellution公司的FIX6.1工業控制組態軟件，通過RS-232串行通訊口使PC機與C200HE系列的PLC進行通訊。
通過FIX組態軟件可以對工藝過程進行實時監控。FIX組態軟件是以塊為基礎的，不同類型的塊可以定義多種不同的節點，每個節點承擔了一定的控制功能，在整個水處理的工作過程中，要用到模擬數值輸入/輸出塊、數字數值輸入/輸出塊、計算塊等。上位機對電磁閥的控制就必須通過數字數值輸出塊來進行，每個閥門的控制對應了相應的數字輸出節點。因此，上位機不僅能接受來自PLC的控制信號并以動畫的形式進行顯示，而且還能夠通過通訊端口向PLC發出控制命令，對現場進行控制。通過模擬塊，上位機通過通訊端口可以從PLC上讀取來自控制現場的儀表所采集到的壓力和流量的實時數據，再經過計算塊的轉換，在上位機上將數值實時地顯示出來，并對系統出現的故障能及時報警。旋轉流管式膜微濾監控界面如圖3所示，數據的實時曲線和歷史曲線如圖4所示。

圖3旋轉流管式膜微濾監控系統界面

圖4數據的實時采集曲線
4、結語
旋轉流管式膜微濾是一種新的污水處理工藝，采用本文所設計的控制方案對其進行自動控制，各項指標均達到工藝要求，取得了較好的控制效果。目前，控制系統已調試完畢并投運，運行情況良好。