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摘要 安亭水廠的濾池氣水反沖洗裝置處于手動狀態時，存在著不能精確定時反沖，涉及的設備繁多、控制繁復等一系列的問題，對生產造成不利的影響。本項目將 PLC 技術應用于反沖洗控制，通過對硬件系統的優化控制，實現了自動的反沖洗控制。在很大程度上起到了節水節能、提高系統反沖洗的質量、減輕工人的勞動強度的目的。
關鍵詞 氣水聯合反沖洗控制 PLC 集散控制
一、引言
自來水的過濾是關系到水質是否合格的關鍵步驟，濾池的反沖洗時間和效果則直接影響自來水的過濾質量，所以按要求定時控制反沖洗操作是控制水質質量的核心。
反沖洗設備處于手動狀態時，清水閥閥位和水位不能精確配合，在整個反沖過程中控制設備多，操作復雜，液位、時間無法精確控制，出現沖走濾料等問題，影響反沖洗效果；在反沖洗過程反沖泵、鼓風機始終處于滿負荷運轉，造成大量電能損失；而且每個濾池都需單獨操作，操作工人勞動強度很大。這些都對生產造成不利的影響。
因此對反沖洗裝置的進行自動化設計，不僅可減輕操作工人的勞動強度，更重要的是能提高系統反沖洗的質量，使設備達到最佳的運行效果。
二、工藝流程
水廠中的水經緩沖、藥劑的制備與投加、混凝、平流沉淀等步驟后進入濾池，經過沉淀后注入清水池。濾池內濾料經過一段時間后，會沉積一些雜質、污垢，長期累計會影響進入清水池的水質，并影響沉淀速度。這時就需要定期進行反沖洗。
安亭水廠的反沖洗工藝主要采用氣水聯合反沖技術。在不同的步驟中通過開關鼓風機、反沖泵臺數來達到氣、水反沖的不同搭配進行沖洗，以達到清洗顆粒介質（石英砂）的目的。
在實際生產中，手動控制反沖洗操作步驟如下：
（1） 、 開降水閥（停止進水） 。
（2） 、 當液位是否小于沖洗水位時關清水閥。
（3） 、 清水閥關足后開排水閥。
（4） 、 排水閥開足后開氣沖閥。
（5） 、 氣沖閥開足后開兩臺鼓風機（參考鼓風機開機流程） 。
（6） 、 兩臺鼓風機全開后，對氣沖計時。
（7） 、 氣沖計時完成后，關一臺鼓風機（參考鼓風機關機流程） 。
（8） 、 關鼓風機一臺完成后，開一臺反沖泵。
（9） 、 開反沖泵一臺完成后，開水沖閥。
（10） 、 開水沖閥完成后，做氣水聯合沖洗計時。
（11） 、 氣水聯合沖洗計時完成后，關閉氣沖閥。
（12） 、 關氣沖閥的同時，打開剩余一臺鼓風機的旁通閥，關閉剩余的鼓風機。
（13） 、 關鼓風機第二臺完成后，開第二臺反沖泵。
（14） 、 開反沖泵第二臺完成后，做水沖計時。
（15） 、 水沖計時完成后，關水沖閥。
（16） 、 關水沖閥完成后，關二臺反沖泵。
（17） 、 關排水閥并打開放氣閥，同時打開進水閥。
（18） 、 然后就開始靜池計時，控制水位不要讓濾料被沖走。
（19、 ） 在濾料接近靜止時，關放氣閥，當液位大于過濾水位就開清水閥，這樣沖洗就完成了。
1、氣水聯合反沖洗工藝流程： 所有設備的啟動和停止由操作人員在上位機發送指令或按周期自動判斷，由 PLC 自行完成操作。具體流程見 圖 1：
2、開鼓風機流程
（1） 、 開旁通閥同時關出風閥。
（2） 、 在旁通閥全開，出風閥全關信號到來后，開鼓風機。
（3） 、 等鼓風機開信號到來后，開出風閥；等出風閥全開信號到來后，關旁通閥。旁通閥全關后。開鼓風機流程完成。
關鼓風機流程
（1） 、 開旁通閥，等旁通閥全開信號到來后，關出風閥。
（2） 、 等出風閥全關信號到來后，停鼓風機。關鼓風機流程完成。
3、濾池循環沖洗工藝流程，由 SLC 500 控制，具體流程見 圖 2：
三、系統組成
氣水聯合反沖洗工藝主要具有以下特點： （1）各濾池控制相對獨立，單體設備多。 （2）采集狀態信號繁雜。 （3）自來水生產具有連續性、不可替代性和不間斷性的特性。 （4）各濾池的設備分散。
氣水聯合反沖洗自動控制系統的信號主要有：上位機、操作臺和觸摸屏的控制輸入及閥位開/關反饋信號；PLC系統的控制負載主要包括清水閥開度控制、閥門開/關信號、鼓風機反沖泵等的電機啟/停信號。共有開關量輸入（DI）130 個輸入點，開關量輸出（DO）70 個輸出點，模擬量輸入（AI）18個輸入點。模擬量輸出（AO）6 個輸出點。其余信號可取內存信號。
根據反沖洗生產工藝特點， 在確定控制范圍、 輸入、 輸出點數后， 對系統進行以下配置選型： 采用工業控制計算機為上位機； 用工控軟件 INTOUCH7.1
編制監控軟件；選用 AB 的小型 PLC SLC5/05 為控制器的主站，并對反沖泵及鼓風機進行控制；GP2500觸摸屏作為現場顯示控制單元；選用 AB 的微型 PLC Micro logix 1200作為各濾池的基本控制級，對各濾池的生產設備進行分散控制，模塊采用輸入模塊 1762-IF4、模擬量輸出模塊 1762-IF2OF2；通過 1761 NET-AIC 連通 DH-485 及 ETHERNET ，組成網絡，設置上位機及現場的人機界面，對生產管理和數據進行統計處理。
本系統全部設備的控制都由 PLC 來完成， 程序利用 RSLogix 500 編程軟件編制。 可方便的利用 ETHERNET 網絡或 DH-485 網絡傳送至各 PLC 的CPU單元。在各工藝段及單體設備的控制程序亦相對獨立，部分相同的工藝采用子程序調用模式。對于部分要求較高精度的工藝參數的控制，則利用 PLC 進行閉環控制，在現場使用中完全能滿足生產要求。因此程序結構比較簡單，調試和維修方便。
控制系統結構圖如圖 2所示。
四、系統軟件的設計
系統軟件主要包括：工控組態軟件 INTOUCH、RSLINX、RSLOGIX 500 編程軟件、觸摸屏編程軟件。
工控組態軟件采用 INTOUCH7.1組態軟件，應用 WindowMaker人機界面組態工具，由 WindowView圖形界面運行系統運行組態程序，通過 I/O server實現 SLC5/05 的通信。
RSLOGIX 500 編程軟件支持 SLC500、Micro logix 系列處理器。應用梯形圖編程控制鼓風機、反沖泵的開關狀態，控制各基本控制級 PLC， ，控制各池閥門開關狀態及水位，并完成定時反沖洗。
觸摸屏軟件編制實時顯示、控制現場工藝流程圖。
五、系統的簡介
結合工藝的實際狀況及系統的硬件配置，將該系統分為 3 個控制級，即遠程控制級（工控機） 、現場控制級和基本控制級。
第一級為遠程控制級，由 1 臺工業控制計算機組成，位于中控室，使用 INTOUCH 作為操作平臺。主要功能為顯示各設備狀態、參數及工藝流程，值班室人員實時監控現場過濾流程和反沖洗流程的工作狀態，程序設定定時進行反沖洗，記錄反沖洗流量和時間。
第二級為現場控制級， 由 AB 公司小型 PLC SLC5/05 PLC 、 AB 公司微型 PLC Micro logix 1200 series C、 輸入模塊 1762-IF4、 輸出模塊 1762-IF2OF2、和 GP 2500觸摸屏組成，將 SLC5/05 PLC 作為主站通過 ETHERNET 網絡把各濾池的分站 PLC連接起來，協調系統的統一操作，控制各分站的運行，完成自動定時反沖洗的控制流程。通過 GP 2500觸摸屏形成人機界面，完成人機交互，現場顯示工藝流程和各閥門的工作狀態。
第三級為基本控制級，由閥位控制器、中間繼電器及按鈕等組成。具有手動/自動兩種控制方式：在手動狀態通過現場操作臺按鈕實現對閥門、電機的操作；在自動狀態通過輸出模塊完成對閥門、電機的控制。輸入模塊主要采集各閥門狀態反饋信號，傳輸到觸摸屏和工控機進行顯示，由 PLC 進行判斷控制。
六、相關 PLC 介紹
1、SLC5/05 PLC 是屬于羅克韋爾自動化公司 SLC 500TM 系列的小型可編程控制器。 SLC500 系列可編程控制器具有速度快、功能強、編程方便、運行可靠以及配置靈活的特點。最大 I/O點數達 4096點，最大容量最多可達 64K 字（128K字節）的數據/程序內存，指令執行 0.9ms/K 典型用戶程序,在線可編程（包括運行時可編程）帶有內置 10 BASE-T 以太網通訊接口。
2、Micro logix 1200 series C 是屬于羅克韋爾自動化公司 Micro logix 系列的微型可編程控制器。適用于分散控制，最大 I/O點數為 88 點,支持在線可編程（包括運行時可編程） ，帶有 DH485網絡接口。
七、結束語
本項目采用工業計算機和多 PLC 通過 ETHERNET、DH-485 網絡相連接組成的集散型控制系統。 （采用集散型控制的優點在于：單個濾池發生局部故時不影響其他濾池的運行。 ）利用了 PLC 抗干擾能力強、組網方便、適用于工業現場的持點，在上位機能實現對整個生產過程中設備的控制和工藝參數的設置、調整與監測，使整個反沖裝置成為一個統一的有機整體，反沖過程連貫，控制準確，可以按要求完成定時反沖洗、按順序反沖洗、單池反沖洗等多種自動反沖洗過程，從而大大地降低了操作工人的勞動強度，提高了反沖洗質量。完全能滿足自來水廠自動反沖洗控制的要求。整個方案安全可靠、經濟實用，易于編程、操作及維修，在安亭水廠得到良好的應用。
參考文獻：
1、 SLC500 指令參考集 2002.5
2、 MicroLogix 1200 Programmable Controllers 2004.3
3、 Advance Interface Converter (AIC+) 2003.7
4、 INTOUCH 7.1 USER’S GUIDE 1999.7
5、 INTOUCH配方管理器用戶指南 2001.6
6、 GP 系列 Pro-face 高級應用手冊 2004.8
作者簡介：
李杰，主要從事計量儀表、自動化儀表管理以及水處理自動控制系統的開發和維護。
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