用PLC和InTouch实现水厂双阀滤池自动控制

摘要：从双阀滤池特点、工艺流程、控制系统构成、程序结构、InTouch及其实现控制功能等方面介绍了应用SLC500和InTouch实现杭州制水四公司双阀滤池全自动控制的情况。
关键词：双阀；SLC500；控制系统；InTouch；程序结构
1 前言
杭州制水四公司在四阀滤池改造成功经验基础上，采用美国Rockwell公司产品SLC500，实现了对三万吨双阀滤池（六阀滤池）全自动控制及两套滤池的联网控制。本项目难点在两方面：①三万吨滤池实现集中控制，即四个滤池全自动控制集中到一个PLC上来实现，关键在于程序结构的编排，合理编排结构对整个程序控制实现影响很大；②在三万吨滤池的上位机上实现对四万吨滤池的控制，合理采用多个读写命令、采样时间，以避免采样时间太短引起读写中断、死机，使公共PLC失去与三万吨滤池的PLC通讯，从而不能控制四万吨滤池。
2 双阀滤池的特点
每个滤池的整个工艺流程分为三个过程：反冲洗过程、整理过程、正常过滤即PID调节。双阀滤池控制同四阀滤池控制的区别是要实现对进水和排水的虹吸控制，如何判断虹吸形成条件是实现双阀滤池的自动控制的重点之一，电接点真空表由于接点的接触稳定性差，不宜采用；加装压力变送器用反馈负压值来判断真空度，但费用相对要增加，也不宜采用；这里采用的是计算液位的相对变化值来判断虹吸形成，从实际效果来看，是可行的。
3 控制系统构成
3.1硬件构成及网络结构
此控制系统分为两套系统：一套是四万吨滤池，共有六组滤池，每个滤池都有各自的PLC，采用是电动阀控制；另一套是三万吨滤池，共有四个滤池，只有一个PLC，采用是双阀控制。由于两套滤池共用一个反冲塔，所以两组共用一个公共PLC，这个公共PLC主要用来控制两套滤池的反冲洗排队。各个PLC之间及上位机采用DH485工业局域网络（LAN）来通讯，DH485通讯协议是一种采用令牌式传递的通讯方式，最大速率达19.2Kbps，最大距离1.2公里；四万吨的上位机与PLC之间连接是串口
接法；三万吨的上位机与PLC之间采用KTX卡进行连接。PLC是Rockwell公司产品SLC500系列。水位仪采用E+H超声波物位测量仪。
3.2滤池水位调节原理
采用滤池水位控制可以实现恒速过滤控制方式，调节原理如图2所示。由水位仪测得滤池水位值和水位设定值的偏差，经过PID运算，计算值通过伺服功能块对出水电动阀进行开关控制。伺服功能块将电动阀作为具有开和关两个动作的执行机构来执行PID控制。它??出水阀的控制，当偏差值大于零，开电动阀门；当偏差值小于零，关电动阀门；当偏差等于零，电动阀门保持原状态。
4 程序的整体结构
针对三万吨双阀滤池控制方式及点数，考虑到四个滤池程序段比较长，重复性多，为便于编制及后期调试，采用一个主程序和各个滤池子程序的程序结构。
其优点：①程序结构条理清楚，调试中容易查找程序段；②在调试过程中容易发现问题故障，解决问题；③程序中程序段之间影响及子程序之间影响小，易编程。
一个主程序（SLC500规定程序中只能有一个主程序）其主要内容包含初始化命令、四个滤池自动状态子程序、四个滤池现场状态子程序、四个滤池手动状态子程序、排泥阀手动命令（排泥阀仅为手动命令状态），如图3所示。
初试化命令主要内容包含：模拟量模块初试化命令；中间变量的清零；各个时间、计数器初始值的赋值。
四个滤池自动状态子程序包含此滤池的子主程序和子程序。子主程序中包含反冲状态子程序、滤池整理状态子程序、正常过滤状态子程序。
四个滤池现场状态子程序主要内容包含：①在滤池由自动状态转到现场时已发出的命令必须全部复位。②自动状态中的某些变量，如时间变量、计数器变量等必须复位。③针对反冲必须在这个状态下发出一个结束反冲命令。
四个池子手动状态子程序包含各个阀门的手动操作命令。
对于滤池的反冲控制约束条件为：滤池工作时间超过设定值，或者清水阀开足而滤池水位长时间调节不到位。只要达到其中一个条件，就进行反冲。另外，也可以用强制反冲按钮或远程手动的方式，不定时完成反冲。
对于十个滤池共用一个反冲塔的情况，本系统专门采用一个PLC来实现十个滤池的排队，通过公共程序的读写命令采集整个滤池的反冲信息及具体水位情况并发出命令。公共程序的主要内容是：反冲泵控制程序、公共PLC与其他各个PLC信息的读写程序和滤池排队程序。三万吨滤池读写命令程序是：每个滤池在公共程序中各有一个读命令，而采用一个写命令，采样时间是1秒。
5 软件及功能
该系统的上位机监控部分是由Wonderware公司的InTouch软件编制而成的。同时InTouch利用动态数据交换（DDE）协议，与第三方的I/O服务器RSLinx程序实现通讯，RSLinx通过DH485协议与PLC通讯。
DDE由Microsoft开发的通讯协议，该协议允许Windows环境下的应用程序彼此发送/接收数据和指令。它在两个同时运行的应用程序之间实现客户端与服务器的关系。服务器应用程序提供数据并接受其
它应用程序的请求。发出请求的应用程序叫做客户端。某些应用程序，如InTouch，可以同时作为客户端和服务器。InTouch使用由三部分组成的命名来识别I/O服务器RSLinx程序中的数据元素，这三部分是应用程序名、主题名和项目名，通过指定上述三部分来打开通往服务器程序的通道。该项目中的应用程序名即RSLinx；主题名是在RSLinx中预先定义好的名称，主要包括PLC的型号、站号等信息；项目名是PLC中的具体地址。
该系统由一台计算机实现管理与控制，可以清晰地掌握滤池的过滤、等待、反冲等运行情况。在画面上有动态的工艺显示，实时、历史的报警记录窗和曲线记录窗，以及各种参数设定的弹出窗。主要实现了以下功能：
(1)在计算机上可以动态的反映水塔水位、各清水池水位以及各滤池液位，同时对这些数据均具有实时及历史记录，技术人员可以很方便对生产运行情况进行分析。
(2)对于各类泵、阀门等设备的运行状况具有实时动态反映功能，同时对设备的故障实时报警、确认报警信息作记录，并具有历史报警记录，以备查用设备运行情况。
(3)实现对泵、滤池以及阀门的控制。对于滤池中的阀门以及反冲泵的阀门可以实现3种控制方式，分别是手动、现场和自动方式。使操作人员有多种选择以适应不同的生产实际。
?设定的工作时间时正常进入反冲洗。或者根据滤池实际运行情况，由操作人员进行强制反冲。(5)工艺参数设置。包括滤池的控制水位、最高水位、最低水位、设定工作时间、反冲设定时间、反冲完成后整定时间、反冲阀首开时间及PID参数。
(6)该系统可以设置多个访问用户及权限，不同的权限对应不同的操作，起到一定的保护作用。
6 结语
实践证明，在正常情况下，三万吨滤池水位控制在设定水位的±3cm范围内，PID调节能在3～5分钟内进入正常设定水位控制，并实现了自动过滤，以及三万吨四个滤池和四万吨六个滤池定时自动排队和反冲。本系统还实现了在三万吨滤池的上位机上完成对两组滤池的所有阀门和反冲泵及真空泵的手动/自动集中控制。克服了双阀虹吸管带来的水位上下变化波动大的不稳定因素。从试运行情况来看，整个控制系统的设计基本满足了生产要求，达到了预期效果，实现用采用国产电动阀进行双阀滤池自动控制的目的。
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