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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(chǔ)上，采用美國Rockwell公司產(chǎn)品SLC500，實現(xiàn)了對三萬噸雙閥濾池（六閥濾池）全自動控制及兩套濾池的聯(lián)網(wǎng)控制。本項目難點在兩方面：①三萬噸濾池實現(xiàn)集中控制，即四個濾池全自動控制集中到一個PLC上來實現(xiàn)，關(guān)鍵在于程序結(jié)構(gòu)的編排，合理編排結(jié)構(gòu)對整個程序控制實現(xiàn)影響很大；②在三萬噸濾池的上位機(jī)上實現(xiàn)對四萬噸濾池的控制，合理采用多個讀寫命令、采樣時間，以避免采樣時間太短引起讀寫中斷、死機(jī)，使公共PLC失去與三萬噸濾池的PLC通訊，從而不能控制四萬噸濾池。另外，就是根據(jù)雙閥濾池特有的虹吸過程的特點來確
定控制方式。本改造經(jīng)過一年的開發(fā)和調(diào)試，滿足了生產(chǎn)的需要，提高公司的技術(shù)水平。
2  雙閥濾池的特點
每個濾池的整個工藝流程分為三個過程：反沖洗過程、整理過程、正常過濾即PID調(diào)節(jié)。雙閥濾池控制同四閥濾池控制的區(qū)別是要實現(xiàn)對進(jìn)水和排水的虹吸控制，如何判斷虹吸形成條件是實現(xiàn)雙閥濾池的自動控制的重點之一，電接點真空表由于接點的接觸穩(wěn)定性差，不宜采用；加裝壓力變送器用反饋負(fù)壓值來判斷真空度，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判斷虹吸形成，從實際效果來看，是可行的。
3  控制系統(tǒng)構(gòu)成
3.1  硬件構(gòu)成及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
 

圖1  系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，此控制系統(tǒng)分為兩套系統(tǒng)：一套是四萬噸濾池，共有六組濾池，每個濾池都有各自的PLC，采用是電動閥控制；另一套是三萬噸濾池，共有四個濾池，只有一個PLC，采用是雙閥控制。由于兩套濾池共用一個反沖塔，所以兩組共用一個公共PLC，這個公共PLC主要用來控制兩套濾池的反沖洗排隊。各個PLC之間及上位機(jī)采用DH485工業(yè)局域網(wǎng)絡(luò)（LAN）來通訊，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(dá)19.2Kbps，最大距離1.2公里；四萬噸的上位機(jī)與PLC之間連接是串口接法；三萬噸的上位機(jī)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超聲波物位測量儀。
3.2  濾池水位調(diào)節(jié)原理
 

圖2  恒速過濾控制方式調(diào)節(jié)原理圖

采用濾池水位控制可以實現(xiàn)恒速過濾控制方式，調(diào)節(jié)原理如圖2所示。由水位儀測得濾池水位值和水位設(shè)定值的偏差，經(jīng)過PID運算，計算值通過伺服功能塊對出水電動閥進(jìn)行開關(guān)控制。伺服功能塊將電動閥作為具有開和關(guān)兩個動作的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來執(zhí)行PID控制。它通過計算PID輸出值同上次PID輸出值的偏差來實現(xiàn)對出水閥的控制，當(dāng)偏差值大于零，開電動閥門；當(dāng)偏差值小于零，關(guān)電動閥門；當(dāng)偏差等于零，電動閥門保持原狀態(tài)。
4  程序的整體結(jié)構(gòu)
針對三萬噸雙閥濾池控制方式及點數(shù)，考慮到四個濾池程序段比較長，重復(fù)性多，為便于編制及后期調(diào)試，采用一個主程序和各個濾池子程序的程序結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點：①程序結(jié)構(gòu)條理清楚，調(diào)試中容易查找程序段；②在調(diào)試過程中容易發(fā)現(xiàn)問題故障，解決問題；③程序中程序段之間影響及子程序之間影響小，易編程。
一個主程序（SLC500規(guī)定程序中只能有一個主程序）其主要內(nèi)容包含初始化命令、四個濾池自動狀態(tài)子程序、四個濾池現(xiàn)場狀態(tài)子程序、四個濾池手動狀態(tài)子程序、排泥閥手動命令（排泥閥僅為手動命令狀態(tài)），如圖3所示。
初試化命令主要內(nèi)容包含：模擬量模塊初試化命令；中間變量的清零；各個時間、計數(shù)器初始值的賦值。
四個濾池自動狀態(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、正常過濾狀態(tài)子程序。
四個濾池現(xiàn)場狀態(tài)子程序主要內(nèi)容包含：①在濾池由自動狀態(tài)轉(zhuǎn)到現(xiàn)場時已發(fā)出的命令必須全部復(fù)位。②自動狀態(tài)中的某些變量，如時間變量、計數(shù)器變量等必須復(fù)位。③針對反沖必須在這個狀態(tài)下發(fā)出一個結(jié)束反沖命令。
四個池子手動狀態(tài)子程序包含各個閥門的手動操作命令。
 

圖3  濾池程序流程圖

對于濾池的反沖控制約束條件為：濾池工作時間超過設(shè)定值，或者清水閥開足而濾池水位長時間調(diào)節(jié)不到位。只要達(dá)到其中一個條件，就進(jìn)行反沖。另外，也可以用強制反沖按鈕或遠(yuǎn)程手動的方式，不定時完成反沖。
對于十個濾池共用一個反沖塔的情況，本系統(tǒng)專門采用一個PLC來實現(xiàn)十個濾池的排隊，通過公共程序的讀寫命令采集整個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(nèi)容是：反沖泵控制程序、公共PLC與其他各個PLC信息的讀寫程序和濾池排隊程序。三萬噸濾池讀寫命令程序是：每個濾池在公共程序中各有一個讀命令，而采用一個寫命令，采樣時間是1秒。
5  軟件及功能
該系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控部分是由Wonderware 公司的InTouch軟件編制而成的。同時InTouch利用動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）協(xié)議，與第三方的I/O服務(wù)器RSLinx程序?qū)崿F(xiàn)通訊，RSLinx通過DH485協(xié)議與PLC通訊。
DDE是由Microsoft開發(fā)的通訊協(xié)議，該協(xié)議允許Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序彼此發(fā)送/接收數(shù)據(jù)和指令。它在兩個同時運行的應(yīng)用程序之間實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器的關(guān)系。服務(wù)器應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)并接受其它應(yīng)用程序的請求。發(fā)出請求的應(yīng)用程序叫做客戶端。某些應(yīng)用程序，如InTouch，可以同時作為客戶端和服務(wù)器。InTouch使用由三部分組成的命名來識別I/O服務(wù)器RSLinx程序中的數(shù)據(jù)元素，這三部分是應(yīng)用程序名、主題名和項目名，通過指定上述三部分來打開通往服務(wù)器程序的通道。該項目中的應(yīng)用程序名即RSLinx；主題名是在RSLinx中預(yù)先定義好的名稱，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(tǒng)由一臺計算機(jī)實現(xiàn)管理與控制，可以清晰地掌握濾池的過濾、等待、反沖等運行情況。在畫面上有動態(tài)的工藝顯示，實時、歷史的報警記錄窗和曲線記錄窗，以及各種參數(shù)設(shè)定的彈出窗。主要實現(xiàn)了以下功能：
(1)  在計算機(jī)上可以動態(tài)的反映水塔水位、各清水池水位以及各濾池液位，同時對這些數(shù)據(jù)均具有實時及歷史記錄，技術(shù)人員可以很方便對生產(chǎn)運行情況進(jìn)行分析。
(2)  對于各類泵、閥門等設(shè)備的運行狀況具有實時動態(tài)反映功能，同時對設(shè)備的故障實時報警、確認(rèn)報警信息作記錄，并具有歷史報警記錄，以備查用設(shè)備運行情況。
(3)  實現(xiàn)對泵、濾池以及閥門的控制。對于濾池中的閥門以及反沖泵的閥門可以實現(xiàn)3種控制方式，分別是手動、現(xiàn)場和自動方式。使操作人員有多種選擇以適應(yīng)不同的生產(chǎn)實際。
(4)  濾池反沖洗的實現(xiàn)有兩種，當(dāng)濾池工作到設(shè)定的工作時間時正常進(jìn)入反沖洗。或者根據(jù)濾池實際運行情況，由操作人員進(jìn)行強制反沖。
(5)  工藝參數(shù)設(shè)置。包括濾池的控制水位、最高水位、最低水位、設(shè)定工作時間、反沖設(shè)定時間、反沖完成后整定時間、反沖閥首開時間及PID參數(shù)。
(6)  該系統(tǒng)可以設(shè)置多個訪問用戶及權(quán)限，不同的權(quán)限對應(yīng)不同的操作，起到一定的保護(hù)作用。
6  結(jié)語
實踐證明，在正常情況下，三萬噸濾池水位控制在設(shè)定水位的±3cm范圍內(nèi)，PID調(diào)節(jié)能在3～5分鐘內(nèi)進(jìn)入正常設(shè)定水位控制，并實現(xiàn)了自動過濾，以及三萬噸四個濾池和四萬噸六個濾池定時自動排隊和反沖。本系統(tǒng)還實現(xiàn)了在三萬噸濾池的上位機(jī)上完成對兩組濾池的所有閥門和反沖泵及真空泵的手動/自動集中控制。克服了雙閥虹吸管帶來的水位上下變化波動大的不穩(wěn)定因素。從試運行情況來看，整個控制系統(tǒng)的設(shè)計基本滿足了生產(chǎn)要求，達(dá)到了預(yù)期效果，實現(xiàn)用采用國產(chǎn)電動閥進(jìn)行雙閥濾池自動控制的目的。