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畢效輝，武  麗，余張國(guó)，鄒新杰

1  引言
水處理是長(zhǎng)期以來(lái)倍受關(guān)注的領(lǐng)域之一，它是改善居民生活環(huán)境、提高人民健康水平的重要手段。旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾水處理裝置是一種新的水處理工藝，它采用OMRON PLC對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行控制，采用Intellution公司的FIX6.1組態(tài)軟件對(duì)整個(gè)工藝流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量和壓力瞬時(shí)值的數(shù)據(jù)采集、顯示及曲線記錄，以及各種事故的報(bào)警控制等功能。
2  系統(tǒng)工藝流程及控制要求
(1)  工藝流程
旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾水處理工藝流程如圖1所示，被控系統(tǒng)有兩套凈化裝置，這兩套凈化裝置不允許同時(shí)工作，當(dāng)一套處于凈化狀態(tài)時(shí)，另一套應(yīng)處于反沖狀態(tài)或備用狀態(tài)。凈化時(shí)，進(jìn)水加壓泵M1工作；反沖時(shí)，反沖加壓泵M2工作。不論是在凈化狀態(tài)還是在反沖狀態(tài)，均有相應(yīng)的儀表對(duì)流量和壓力信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和記錄。
(2)  系統(tǒng)的控制要求
根據(jù)工藝流程，對(duì)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)提出以下要求：
①  將開(kāi)關(guān)SA打到微機(jī)控制狀態(tài)，在微機(jī)控制界面上起動(dòng)Ⅰ套凈化裝置，由接觸器KM1控制進(jìn)水加壓泵M1（由變頻器控制）工作，同時(shí)電磁閥YVX11及YV112、YV113、YV114（后三個(gè)閥由KM1通過(guò)中間繼電器KA1控制）打開(kāi)，控制Ⅰ套的凈化工作。
②  Ⅰ套進(jìn)行凈化工作時(shí)，通過(guò)壓力表PIT1、PIT2，流量計(jì)FIT1、FIT2、FIT5對(duì)其管道中的壓力與流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)流量計(jì)FIT5所檢測(cè)到的流量值小于某一給定的流量值時(shí)，說(shuō)明Ⅰ套的凈化裝置由于雜質(zhì)堵塞而效率過(guò)低，此時(shí)應(yīng)使Ⅰ套停止凈化，加壓泵M1停止工作，電磁閥YVX11、YV112、YV113、YV114關(guān)閉；進(jìn)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(kāi)（反沖工作一段時(shí)間后自動(dòng)停止）；Ⅰ套反沖洗的同時(shí)，起動(dòng)Ⅱ套凈化裝置進(jìn)行凈化。
③  Ⅱ套裝置凈化時(shí)，由接觸器KM1控制的進(jìn)水加壓泵M1（由變頻器控制）工作，同時(shí)電磁閥YVX11及YV212、YV213、YV214（后三個(gè)閥由KM1通過(guò)中間繼電器KA3控制）打開(kāi)，同時(shí)通過(guò)壓力表PIT3、PIT4，流量計(jì)FIT3、FIT4、FIT5對(duì)其管道中的壓力和流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)流量計(jì)FIT5所檢測(cè)到的流量值小于某一給定的流量值時(shí)，說(shuō)明Ⅱ套的凈化裝置由于雜質(zhì)堵塞而效率過(guò)低，此時(shí)應(yīng)使Ⅱ套停止凈化，加壓泵M1停止工作，電磁閥YVX11及YV212、YV213、YV214關(guān)閉；進(jìn)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(kāi)（反沖工作一段時(shí)間后自動(dòng)停止）；Ⅱ套反沖洗的同時(shí)，起動(dòng)Ⅰ套凈化裝置進(jìn)行凈化，如此反復(fù)循環(huán)。
④  Ⅰ套和Ⅱ套裝置在工作的過(guò)程中可通過(guò)微機(jī)界面上的停止按鈕隨時(shí)可以停止工作，Ⅰ套和Ⅱ套裝置也可以單獨(dú)地進(jìn)行反沖。
⑤  進(jìn)水加壓泵M1通過(guò)模擬量輸出模塊對(duì)變頻器進(jìn)行變頻調(diào)速。
⑥  當(dāng)M1、M2過(guò)載或變頻器故障時(shí)，進(jìn)行聲、光報(bào)警，以提示操作人員進(jìn)行處理。
⑦  變頻器故障時(shí)可給PLC提供相應(yīng)的控制信號(hào)。
⑧  必要時(shí)，可將電磁閥YVX15打開(kāi)，使凈化裝置斷水。
⑨  考慮到電動(dòng)機(jī)的慣性，系統(tǒng)停止工作時(shí)，先停止水泵，短暫延時(shí)后再關(guān)閉閥門(mén)。

圖1  旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾水處理工藝流程圖

3  控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
(1)  控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
根據(jù)工藝要求，考慮到系統(tǒng)中處理的主要是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，所以采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制；采用組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行顯示和監(jiān)控。
(2)  PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用OMRON C200HE系列的PLC，從系統(tǒng)的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)考慮，PLC系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

圖2  PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

PLC控制系統(tǒng)中包括：8槽CPU底板（C200HW- BCO81-V1）一塊，通過(guò)內(nèi)置的總線將各模塊連接在系統(tǒng)中；電源模塊（PA204）一塊；CPU（CPU42-E）一塊；16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入模塊（ID212）一塊；16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出模塊（OC225）一塊；8路模擬量輸入模塊（AD003）兩塊，分別對(duì)Ⅰ套和Ⅱ套凈化裝置的壓力和流量進(jìn)行采集；8路模擬量輸出模塊（DA004）一塊，對(duì)變頻器進(jìn)行控制，從而對(duì)進(jìn)水加壓泵進(jìn)行控制。
編程軟件采用OMRON公司SYSMAC-CPT通用軟件包，它可對(duì)C200HE系列及其它系列進(jìn)行編程。SYSMAC-CPT是基于Windows環(huán)境下的編程軟件，將它裝入上位計(jì)算機(jī)中，用RS-232通信線和PLC連接，采用梯形圖直接對(duì)PLC編程和監(jiān)控，編制的程序可在PLC和計(jì)算機(jī)之間相互傳送或存儲(chǔ)在磁盤(pán)上。
(3)  上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件
本系統(tǒng)采用美國(guó)Intellution公司的FIX6.1工業(yè)控制組態(tài)軟件，通過(guò)RS-232串行通訊口使PC機(jī)與C200HE系列的PLC進(jìn)行通訊。
通過(guò)FIX組態(tài)軟件可以對(duì)工藝過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。FIX組態(tài)軟件是以塊為基礎(chǔ)的，不同類型的塊可以定義多種不同的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)了一定的控制功能，在整個(gè)水處理的工作過(guò)程中，要用到模擬數(shù)值輸入/輸出塊、數(shù)字?jǐn)?shù)值輸入/輸出塊、計(jì)算塊等。上位機(jī)對(duì)電磁閥的控制就必須通過(guò)數(shù)字?jǐn)?shù)值輸出塊來(lái)進(jìn)行，每個(gè)閥門(mén)的控制對(duì)應(yīng)了相應(yīng)的數(shù)字輸出節(jié)點(diǎn)。因此，上位機(jī)不僅能接受來(lái)自PLC的控制信號(hào)并以動(dòng)畫(huà)的形式進(jìn)行顯示，而且還能夠通過(guò)通訊端口向PLC發(fā)出控制命令，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制。通過(guò)模擬塊，上位機(jī)通過(guò)通訊端口可以從PLC上讀取來(lái)自控制現(xiàn)場(chǎng)的儀表所采集到的壓力和流量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，再經(jīng)過(guò)計(jì)算塊的轉(zhuǎn)換，在上位機(jī)上將數(shù)值實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)，并對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障能及時(shí)報(bào)警。旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾監(jiān)控界面如圖3所示，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線如圖4所示。

圖3  旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾監(jiān)控系統(tǒng)界面

圖4  數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集曲線

4  結(jié)語(yǔ)
旋轉(zhuǎn)流管式膜微濾是一種新的污水處理工藝，采用本文所設(shè)計(jì)的控制方案對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到工藝要求，取得了較好的控制效果。目前，控制系統(tǒng)已調(diào)試完畢并投運(yùn)，運(yùn)行情況良好。