安淑萍，張  鈞

1  前言
杭州制水四公司在四閥濾池改造成功經(jīng)驗基礎上，采用美國Rockwell公司產(chǎn)品SLC500，實(shí)現了對三萬(wàn)噸雙閥濾池（六閥濾池）全自動(dòng)控制及兩套濾池的聯(lián)網(wǎng)控制。本項目難點(diǎn)在兩方面：①三萬(wàn)噸濾池實(shí)現集中控制，即四個(gè)濾池全自動(dòng)控制集中到一個(gè)PLC上來(lái)實(shí)現，關(guān)鍵在于程序結構的編排，合理編排結構對整個(gè)程序控制實(shí)現影響很大；②在三萬(wàn)噸濾池的上位機上實(shí)現對四萬(wàn)噸濾池的控制，合理采用多個(gè)讀寫(xiě)命令、采樣時(shí)間，以避免采樣時(shí)間太短引起讀寫(xiě)中斷、死機，使公共PLC失去與三萬(wàn)噸濾池的PLC通訊，從而不能控制四萬(wàn)噸濾池。另外，就是根據雙閥濾池特有的虹吸過(guò)程的特點(diǎn)來(lái)確
定控制方式。本改造經(jīng)過(guò)一年的開(kāi)發(fā)和調試，滿(mǎn)足了生產(chǎn)的需要，提高公司的技術(shù)水平。
2  雙閥濾池的特點(diǎn)
每個(gè)濾池的整個(gè)工藝流程分為三個(gè)過(guò)程：反沖洗過(guò)程、整理過(guò)程、正常過(guò)濾即PID調節。雙閥濾池控制同四閥濾池控制的區別是要實(shí)現對進(jìn)水和排水的虹吸控制，如何判斷虹吸形成條件是實(shí)現雙閥濾池的自動(dòng)控制的重點(diǎn)之一，電接點(diǎn)真空表由于接點(diǎn)的接觸穩定性差，不宜采用；加裝壓力變送器用反饋負壓值來(lái)判斷真空度，但費用相對要增加，也不宜采用；這里采用的是計算液位的相對變化值來(lái)判斷虹吸形成，從實(shí)際效果來(lái)看，是可行的。
3  控制系統構成
3.1  硬件構成及網(wǎng)絡(luò )結構
 

圖1  系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

如圖1所示，此控制系統分為兩套系統：一套是四萬(wàn)噸濾池，共有六組濾池，每個(gè)濾池都有各自的PLC，采用是電動(dòng)閥控制；另一套是三萬(wàn)噸濾池，共有四個(gè)濾池，只有一個(gè)PLC，采用是雙閥控制。由于兩套濾池共用一個(gè)反沖塔，所以?xún)山M共用一個(gè)公共PLC，這個(gè)公共PLC主要用來(lái)控制兩套濾池的反沖洗排隊。各個(gè)PLC之間及上位機采用DH485工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò )（LAN）來(lái)通訊，DH485通訊協(xié)議是一種采用令牌式傳遞的通訊方式，最大速率達19.2Kbps，最大距離1.2公里；四萬(wàn)噸的上位機與PLC之間連接是串口接法；三萬(wàn)噸的上位機與PLC之間采用KTX卡進(jìn)行連接。PLC是Rockwell公司產(chǎn)品SLC500系列。水位儀采用E+H超聲波物位測量?jì)x。
3.2  濾池水位調節原理
 

圖2  恒速過(guò)濾控制方式調節原理圖

采用濾池水位控制可以實(shí)現恒速過(guò)濾控制方式，調節原理如圖2所示。由水位儀測得濾池水位值和水位設定值的偏差，經(jīng)過(guò)PID運算，計算值通過(guò)伺服功能塊對出水電動(dòng)閥進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。伺服功能塊將電動(dòng)閥作為具有開(kāi)和關(guān)兩個(gè)動(dòng)作的執行機構來(lái)執行PID控制。它通過(guò)計算PID輸出值同上次PID輸出值的偏差來(lái)實(shí)現對出水閥的控制，當偏差值大于零，開(kāi)電動(dòng)閥門(mén)；當偏差值小于零，關(guān)電動(dòng)閥門(mén)；當偏差等于零，電動(dòng)閥門(mén)保持原狀態(tài)。
4  程序的整體結構
針對三萬(wàn)噸雙閥濾池控制方式及點(diǎn)數，考慮到四個(gè)濾池程序段比較長(cháng)，重復性多，為便于編制及后期調試，采用一個(gè)主程序和各個(gè)濾池子程序的程序結構。其優(yōu)點(diǎn)：①程序結構條理清楚，調試中容易查找程序段；②在調試過(guò)程中容易發(fā)現問(wèn)題故障，解決問(wèn)題；③程序中程序段之間影響及子程序之間影響小，易編程。
一個(gè)主程序（SLC500規定程序中只能有一個(gè)主程序）其主要內容包含初始化命令、四個(gè)濾池自動(dòng)狀態(tài)子程序、四個(gè)濾池現場(chǎng)狀態(tài)子程序、四個(gè)濾池手動(dòng)狀態(tài)子程序、排泥閥手動(dòng)命令（排泥閥僅為手動(dòng)命令狀態(tài)），如圖3所示。
初試化命令主要內容包含：模擬量模塊初試化命令；中間變量的清零；各個(gè)時(shí)間、計數器初始值的賦值。
四個(gè)濾池自動(dòng)狀態(tài)子程序包含此濾池的子主程序和子程序。子主程序中包含反沖狀態(tài)子程序、濾池整理狀態(tài)子程序、正常過(guò)濾狀態(tài)子程序。
四個(gè)濾池現場(chǎng)狀態(tài)子程序主要內容包含：①在濾池由自動(dòng)狀態(tài)轉到現場(chǎng)時(shí)已發(fā)出的命令必須全部復位。②自動(dòng)狀態(tài)中的某些變量，如時(shí)間變量、計數器變量等必須復位。③針對反沖必須在這個(gè)狀態(tài)下發(fā)出一個(gè)結束反沖命令。
四個(gè)池子手動(dòng)狀態(tài)子程序包含各個(gè)閥門(mén)的手動(dòng)操作命令。
 

圖3  濾池程序流程圖

對于濾池的反沖控制約束條件為：濾池工作時(shí)間超過(guò)設定值，或者清水閥開(kāi)足而濾池水位長(cháng)時(shí)間調節不到位。只要達到其中一個(gè)條件，就進(jìn)行反沖。另外，也可以用強制反沖按鈕或遠程手動(dòng)的方式，不定時(shí)完成反沖。
對于十個(gè)濾池共用一個(gè)反沖塔的情況，本系統專(zhuān)門(mén)采用一個(gè)PLC來(lái)實(shí)現十個(gè)濾池的排隊，通過(guò)公共程序的讀寫(xiě)命令采集整個(gè)濾池的反沖信息及具體水位情況并發(fā)出命令。公共程序的主要內容是：反沖泵控制程序、公共PLC與其他各個(gè)PLC信息的讀寫(xiě)程序和濾池排隊程序。三萬(wàn)噸濾池讀寫(xiě)命令程序是：每個(gè)濾池在公共程序中各有一個(gè)讀命令，而采用一個(gè)寫(xiě)命令，采樣時(shí)間是1秒。
5  軟件及功能
該系統的上位機監控部分是由Wonderware 公司的InTouch軟件編制而成的。同時(shí)InTouch利用動(dòng)態(tài)數據交換（DDE）協(xié)議，與第三方的I/O服務(wù)器RSLinx程序實(shí)現通訊，RSLinx通過(guò)DH485協(xié)議與PLC通訊。
DDE是由Microsoft開(kāi)發(fā)的通訊協(xié)議，該協(xié)議允許Windows環(huán)境下的應用程序彼此發(fā)送/接收數據和指令。它在兩個(gè)同時(shí)運行的應用程序之間實(shí)現客戶(hù)端與服務(wù)器的關(guān)系。服務(wù)器應用程序提供數據并接受其它應用程序的請求。發(fā)出請求的應用程序叫做客戶(hù)端。某些應用程序，如InTouch，可以同時(shí)作為客戶(hù)端和服務(wù)器。InTouch使用由三部分組成的命名來(lái)識別I/O服務(wù)器RSLinx程序中的數據元素，這三部分是應用程序名、主題名和項目名，通過(guò)指定上述三部分來(lái)打開(kāi)通往服務(wù)器程序的通道。該項目中的應用程序名即RSLinx；主題名是在RSLinx中預先定義好的名稱(chēng)，主要包括PLC的型號、站號等信息；項目名是PLC中的具體地址。
該系統由一臺計算機實(shí)現管理與控制，可以清晰地掌握濾池的過(guò)濾、等待、反沖等運行情況。在畫(huà)面上有動(dòng)態(tài)的工藝顯示，實(shí)時(shí)、歷史的報警記錄窗和曲線(xiàn)記錄窗，以及各種參數設定的彈出窗。主要實(shí)現了以下功能：
(1)  在計算機上可以動(dòng)態(tài)的反映水塔水位、各清水池水位以及各濾池液位，同時(shí)對這些數據均具有實(shí)時(shí)及歷史記錄，技術(shù)人員可以很方便對生產(chǎn)運行情況進(jìn)行分析。
(2)  對于各類(lèi)泵、閥門(mén)等設備的運行狀況具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映功能，同時(shí)對設備的故障實(shí)時(shí)報警、確認報警信息作記錄，并具有歷史報警記錄，以備查用設備運行情況。
(3)  實(shí)現對泵、濾池以及閥門(mén)的控制。對于濾池中的閥門(mén)以及反沖泵的閥門(mén)可以實(shí)現3種控制方式，分別是手動(dòng)、現場(chǎng)和自動(dòng)方式。使操作人員有多種選擇以適應不同的生產(chǎn)實(shí)際。
(4)  濾池反沖洗的實(shí)現有兩種，當濾池工作到設定的工作時(shí)間時(shí)正常進(jìn)入反沖洗?；蛘吒鶕V池實(shí)際運行情況，由操作人員進(jìn)行強制反沖。
(5)  工藝參數設置。包括濾池的控制水位、最高水位、最低水位、設定工作時(shí)間、反沖設定時(shí)間、反沖完成后整定時(shí)間、反沖閥首開(kāi)時(shí)間及PID參數。
(6)  該系統可以設置多個(gè)訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)及權限，不同的權限對應不同的操作，起到一定的保護作用。
6  結語(yǔ)
實(shí)踐證明，在正常情況下，三萬(wàn)噸濾池水位控制在設定水位的±3cm范圍內，PID調節能在3～5分鐘內進(jìn)入正常設定水位控制，并實(shí)現了自動(dòng)過(guò)濾，以及三萬(wàn)噸四個(gè)濾池和四萬(wàn)噸六個(gè)濾池定時(shí)自動(dòng)排隊和反沖。本系統還實(shí)現了在三萬(wàn)噸濾池的上位機上完成對兩組濾池的所有閥門(mén)和反沖泵及真空泵的手動(dòng)/自動(dòng)集中控制?？朔穗p閥虹吸管帶來(lái)的水位上下變化波動(dòng)大的不穩定因素。從試運行情況來(lái)看，整個(gè)控制系統的設計基本滿(mǎn)足了生產(chǎn)要求，達到了預期效果，實(shí)現用采用國產(chǎn)電動(dòng)閥進(jìn)行雙閥濾池自動(dòng)控制的目的。