基于PLC移动罩冲洗滤池控制设计.docx

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基于PLC移动罩冲洗滤池控制设计

基于PLC移动罩冲洗滤池控制设计

作者姓名：

周宇杰

专业名称：

自动化

指导教师：

幸晋渝副教授

摘要

人们日常生活离不开水，水质的好坏直接影响着人们的生活质量。

在水厂对处理和净化水质过程中的滤池清洗环节，是将水中的沉淀物和颗粒物进行清除。

而在生活用水的生产中，对水的生产也进入了快速性、准确性的时代。

论文介绍了如何利用组态软件RSview开发移动罩冲洗滤池的监控程序，利用AB公司的RSlogix5000PLC和电气控制设备开发移动罩冲洗滤池的污水处理自动控制系统。

此套系统具有完善先进的技术，在控制方面，分手动和自动，在日常运行时，可由上位机自动操作，能做到现场无人化控制，在上位机故障的时候，手动状态的设计可在现场操作，保障了生产的继续运行不中断，移动罩的运行过程中，具有各种报警系统，如接近开关没有信号，漏格冲洗，都会向上位机产生报警，能及时通知维修人员进行维修。

此系统相对于过去的完全由现场操作的控制具有工作可靠、自动化程度强等优点，减少生产的劳动强度，提高生产效率等特点。

关键词：

PLC移动罩滤池组态

Abstract

Thedailylifeofpeoplefromtheboilingwater,thewaterqualitydirectlyaffectspeople'squalityoflife.Inwatertreatmentandpurificationofwaterqualityintheprocessofthefiltercleaninglink,willprecipitateinwaterandparticulateremoval.Whileinthelivingwaterproduction,waterproductionhasenteredarapid,accuracyoftheera.

ThepaperintroduceshowtousetheconfigurationsoftwareRSviewdevelopmentofmobilecoverwashingfiltercontrolprocedures,usingAB'sRSlogix5000PLCandelectricalcontrolequipmentforthedevelopmentofthemovablehoodwashingfiltersewagetreatmentautomaticcontrolsystem.Thissystemhasadvancedtechnology,intheaspectsofcontrol,manualandautomatic,indailyoperation,bythecomputerautomaticoperation,candothesceneunmannedcontrol,thecomputerfailure,themanualstatesdesigninthefieldoperation,guaranteeingtheproductiontocontinuerunningwithoutinterruption,movablehoodduringoperation,withavarietyofalarmsystem,suchasaproximityswitchnosignal,leakage,flushing,willtothePCtoproduceanalarm,cannotifytherepairpersonneltorepair.Thissystemtothepastcompletelybyfieldoperationcontrolhastheadvantagesofreliablework,highdegreeofautomationandotheradvantages,reducingtheproductionofthelaborintensity,improvetheproductionefficiencyandothercharacteristics.

Keywords:

PLCmovablehoodfilterconfiguration

前言

人们日常生活离不开水，水质的好坏直接影响着人们的生活质量。

在水厂对处理和净化水质过程中的滤池清洗环节，是将水中的沉淀物和颗粒物进行清除。

而在生活用水的生产中，对水的生产也进入了快速性、准确性的时代。

对滤池的冲洗有很多方法，如澄清滤池，澄清滤池是澄清池和滤池的有机结合，即在澄清池的清水区架设一滤层（称薄滤层），把混合、反应、沉淀、过滤等工序集中在一个构筑物内。

有虹吸滤池，虹吸滤池是利用滤池本身的出水水头进行反冲洗的滤池。

有气浮滤池，气浮滤池对处理受污染的地表水，对高浊度、低温低浊度以及含藻类水质处理，具有良好的效果。

还有三层滤料滤池，三层滤料滤池上层为大粒径的轻质滤料，中层为中粒径的石英砂，而下层为重质滤料。

其中移动冲洗罩滤池40年代后期，美国Handing公司首先提出了在一只滤池中分成若干长条小路，利用装在移动桁车上的冲洗泵和排水泵对各滤池依次冲洗，而未被冲洗、保持持续过滤的滤池，称为Hardinge。

移动冲洗罩滤池的特点是：

1、滤池的冲洗水量由工作滤格的过滤水供给，不需另设冲洗塔或冲洗水泵，而且各滤格共用一套冲洗设备，简化了滤池构造。

2、滤池各格顺序进行冲洗，不会出现全部滤层处于最大积污情况，因而所需期终水头损失要比其它各类型滤池小；3、一般池深较浅，土建构造简单，故基建投资较省，造价约为普通快滤池的65%~80%，而且占地面积少，节约能源消耗。

1生产工艺介绍

水厂生产总工艺介绍

水六厂是成都市自来水总公司的主力水厂，日设计供水能力为60万立方米，占成都市供水能力的60%-70%，分为一、二、三期工程建成，每期的日设计供水能力为20万立方米。

六厂坐落于成都市郫县三道堰境内，是一座重力流水厂，取水和送水均无泵房。

取水头部距离厂2公里，高差米；厂距成都市27公里，高差60米。

水六厂水源取自都江堰下游的徐堰河和柏条河，原水水质较好，常年原水平均浊度一般稳定在50NTU左右，氨氮含量在l左右。

夏季洪水季节浊度最大可达6000-7000NTU，氨氮含量最大达l。

水六厂目前设有取水枢纽（两座，一用一备），配水网室和配水井（各一座），沉砂池（共12座），机械加网格絮凝池（4座），网格絮凝池（4座），机械絮凝池（4座），斜管沉淀池（12座），移动罩滤池（8座，共240格，过滤面积为2400m2），气水反冲滤池（4座，24格，过滤面积为1152m2），清水池（6座）。

水六厂制水工艺采用的是常规的处理方式：

予沉、混合絮凝、沉淀、过滤、消毒。

在沉砂池后的混合池投加碱式氯化铝，年平均投加量为33kg/km3；原水经处理后，沉淀水浊度控制在1-4NTU，滤后水浊度（等同出厂水浊度）≤。

水六厂一、二期采用的是液氯消毒的方式，在过滤后投加氯水进行消毒，以杀灭出厂水中的致病微生物和细菌等，保证出厂水水质。

一、二期出水指标细菌小于100个/毫升，大肠杆菌小于3个/升，余氯。

另外，还在沉砂池前预先投加液氯以抑制构筑物内苔藓类植物的生长。

三期目前采用氯胺消毒的方式，在沉淀池后滤池前加氨，滤池后加氯，三期出水指标细菌小于3个/毫升，大肠杆菌小于3个/升，总氯。

同时，各期出厂水的其他一切化学指标和毒理学指标均符合国家标准。

移动冲洗罩滤池概述

40年代后期，美国Handing公司首先提出了在一只滤池中分成若干长条小路，利用装在移动桁车上的冲洗泵和排水泵对各滤池依次冲洗，而未被冲洗、保持持续过滤的滤池，称为Hardinge滤池。

自1958年开始采用，美国最大的单池产水量达15万m3/d。

1969年日本介绍了部分过滤、部分冲洗型的EE型滤池（EasyandCarriagefieter），即将一座长条形滤池分成若干正方形小格，上设移动冲洗罩、连续对每格进行反冲洗。

1975年南通市自来水公司设计和建成了我国第一座移动冲洗罩滤池，设计水量为120m3/h，单格面积为㎡，共一组一行10格。

采用泵吸式移动冲洗罩滤池。

1979年，上海市政工程设计院在上海长桥水厂扩建工程中，对泵吸式移动冲洗罩池，改进为虹吸式排除冲洗水方式。

并采用程序控制器配套使用，使运行自动化。

移动冲洗罩滤池在推广过程中从单一型式发展成多种型式，应用地区已从华东、中南、华南地区，扩大发展到华北、东北、西南等地区。

移动冲洗罩滤池的特点是：

①滤池的冲洗水量由工作滤格的过滤水供给，不需另设冲洗塔或冲洗水泵，而且各滤格共用一套冲洗设备，简化了滤池构造。

②滤池各格顺序进行冲洗，不会出现全部滤层处于最大积污情况，因而所需期终水头损失要比其它各类型滤池小；③一般池深较浅，土建构造简单，故基建投资较省，造价约为普通快滤池的65%~80%，而且占地面积少，节约能源消耗。

水厂移动罩滤池介绍

六厂一、二期滤池采用的是移动罩滤池，共有8组。

单池分为30小格，面积*。

滤池采用双层滤料，下层石英砂，粒径，厚400mm；上层无烟煤，粒径，厚300mm。

滤池反冲洗采用高强度水反冲洗的方式，水反冲洗强度约15-18l/s；滤池滤速为h，运行周期24小时。

滤池反冲洗时间和停等时间均设有三种模式，可根据滤池运行情况和滤前水水质情况进行调整。

2硬件设计及安排

控制柜安装及布线

控制柜是，为实现手动控制操作提供操作界面。

同时在控制柜中安装需要对设备控制的PLC、交流接触器、热继电器、小型变压器、接线端子排等。

控制柜可以安装在冲洗滤池旁边（户外），也可以安装在监控室内。

如果安装在户外，对冲洗滤池现场调试和设备检修时比较方便工作人员进行调试和设备检修，但是对控制设备的寿命影响非常大等，安装在监控室内可以解决这一点。

所以基于对设备寿命等因素考虑，本设计选择控制柜安装在监控室内。

图移动罩电气图

如图，当1KM1接通时，电机启动，行车正行启动，当1KM2接通时候，电机反转，行车反行启动，当2KM接通时，虹吸潜泵电机接通，虹吸潜泵启动，抽真空，当3KM接通时，反冲水泵电机接通，进行滤池反冲洗，其实接触器接通时，有相关电源的接通，即照明，PLC等。

接近开关应用设计

接近开关概述

接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保护外，还是一种非接触型的检测装置。

当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。

通常把这个距离叫“检出距离”。

但不同的接近开关检出距离也不同。

有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。

不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。

接近开关的选用

在一般的工业生产场所，通常都选用涡流式接近开关和电容式接近开关。

因为这两种接近开关对环境的要求条件较低。

　　当被测对象是导电物体或可以固定在一块金属物上的物体时，一般都选用涡流式接近开关，因为它的响应频率高、抗环境干扰性能好、应用范围广、价格较低。

若所测对象是非金属（或金属）、液位高度、粉状物高度、塑料、烟草等。

则应选用电容式接近开关。

这种开关的响应频率低，但稳定性好。

安装时应考虑环境因素的影响。

若被测物为导磁材料或者为了区别和它在一同运动的物体而把磁钢埋在被测物体内时，应选用霍尔接近开关，它的价格最低。

在环境条件比较好、无粉尘污染的场合，可采用光电接近开关。

光电接近开关工作时对被测对象几乎无任何影响。

因此，在要求较高的传真机上，在烟草机械上都被广泛地使用。

在防盗系统中，自动门通常使用热释电接近开关、超声波接近开关、微波接近开关。

有时为了提高识别的可靠性，上述几种接近开关往往被复合使用。

无论选用哪种接近开关，都应注意对工作电压、负载电流、响应频率、检测距离等各项指标的要求。

接近开关的设计应用

当行车行走到滤格中间时，需要提供一个就位信号，这个就位信号就由接近开关完成。

移动罩刚好能够压罩时，行车边一个触点接触到接近开关，接近开关立刻反馈信号，传输到上位机，上位机PLC控制行车停车，实现压罩冲洗。

值得注意的是，在滤池尽头处，会多设置一个接近开关，原理为了方便行车到尽头时，能配合程序实现行车的掉头反行，当行车走到滤池尽头，触点接触到接近开关，重复以上动作，进行压罩冲洗，然后掉头，行车进行反行，继续冲洗，进行下一周期滤池的冲洗。

当然，在移动罩内，也安置有接近开关，当移动罩压罩时，到了固定位置，接近开关发出信号，使压罩停止。

行程开关应用设计

行程开关概述

行程开关是一种常用的小电流主令电器。

利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。

通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。

在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。

用于控制机械设备的行程及限位保护。

-构造：

由操作头、触点系统和外壳组成。

在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。

因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。

行程开关的设计应用

行程开关在移动罩滤池中的应用作为保护作用，位置放置于滤池端头，当行车行驶至端头时，接近开关没有起作用时候，行车不会掉头行驶，此时行车就可能发生撞墙，而出现事故，这时，为了避免此事故，在端头安放行程开关，当上位机没有接收到接近开关信号时，触点触碰到行程开关，此时，行程开关作用，断开所有电源，这时行车停止运动，并向上位机产生报警，接近开关不能充当行程开关的原因是，接近开关最后只能使行车反向，而不能使行车停止，而行程开关最后可以使电源完全断开，并报警。

就地控制柜设计

图行车控制面板图

PLC控制站独立完成行车需要的各种控制功能，并同RSVIEW的互相传递信息，不需要中间站转换。

控制功能包括：

根据中控室RSVIEW设置的行车运行周期实现行车的周期控制，同时行车的各种工况信息实时上传给RSVIEW，另外，在行车现场也可实现各种手动操作功能，也可通过按钮实现行车的全自动运行。

就地控制柜手动控制指通过就地PLC控制柜上的手动按钮分别对各个执行元件进行操作，实现行车的启停、提罩、形成真空等动作。

快速集中反冲洗设计：

PLC给出潜泵启动信号，潜泵启动进行提罩；潜泵启动10秒后检测有无提罩信号；程序接收到正反接近开关送来的提罩信号后，命令行车启动；行车行走到就位位置停下；PLC接收到就位信号后，启动正行射水阀；正侧射水阀启动，正行边进行压罩；正行接近开关送来的提罩信号消失后，压罩完成；检测正行流量开关送来的虹吸信号；PLC接收到虹吸信号时，开始反冲计时；反冲到时后，程序给出正侧破坏阀启动信号，正侧破坏阀开；虹吸信号消失后，虹吸完全破坏；此时开始正行侧坐床计时（5min），PLC接收到正行接近开关送来的提罩信号，提罩完成，正行侧洗完；坐床到时后，程序给出正行侧射水阀关闭信号，进行提罩；重复以上的反冲流程，洗反行侧滤格，直到反行侧洗完；正反行洗完后行车启动，行走到下一反冲位置就位，行车就位后，重复反冲程序，依此类推，行车由反行端头（靠近清水池一侧）向正行端头（靠近沉淀池一侧）行走，依次对每一滤格进行反冲，到达正行端头冲洗完后不停等，返回反行端头（此过程不对滤格进行反冲）；待行车返回反行端头后停等，待下一反冲周期。

单侧循环反冲洗设计：

PLC给出潜泵启动信号，潜泵启动进行提罩；潜泵启动10秒后检测有无提罩信号；PLC接收到正反接近开关送来的提罩信号后，命令行车启动；行车行走到就位位置停下；PLC接收到就位信号后，启动正行射水阀；正侧射水阀启动，正行边进行压罩；正行接近开关送来的提罩信号消失后，压罩完成；检测正行流量开关送来的虹吸信号；PLC接收到虹吸信号时，开始反冲计时；反冲到时后，程序给出正侧破坏阀启动信号，正侧破坏阀开；虹吸信号消失后，虹吸完全破坏；此时开始正行侧坐床计时（5min），坐床到时后，程序给出正行侧射水阀关闭信号，进行提罩；PLC接收到正行接近开关送来的提罩信号，提罩完成，行车正行60秒后停下，停潜泵，单格滤池冲洗完毕；行车停等到下一个周期，重复以上流程，PLC启动反行侧射水阀，进行反行压罩；反行接近开关送来的提罩信号消失后，压罩完成；检测反行流量开关送来的虹吸信号；PLC接收到虹吸信号时，开始反冲计时；反冲到时后，程序给出反行侧破坏阀启动信号，反行侧破坏阀开；虹吸信号消失后，虹吸完全破坏；此时开始正行侧坐床计时（5min），坐床到时后，程序给出反行侧射水阀关闭信号，进行提罩；行车停等到下一个周期，重复以上反行流程直到反行端头，反行端头冲洗流程完成后循环到正行方式。

控制面板中，SB5是当运行中出现紧急情况的时候，在现场手动停车，HW1灯代表切换到手动信号，HW2灯代表切换到自动信号，SA是切换手自动的切换开关，可以在现场切换手自动，SHY表示到行程开过或者接近开关出了问题的时候，会出现报警，当维修员将问题全部解决了的时候，就要消除上位机的报警，此时可以在现场点击消除报警。

SB4和SB2按钮作用是当设置了正行启动的时候，按下时候，行车运行或者停止，HR1代表潜泵打开状态，HG1代表潜泵关闭状态，SB3按下时候潜泵启动，再次按下时候，潜泵停止。

HR2表示行车处于正行状态，HG2表示行车处于反省状态,SHR和SHG1按下时候分别表示设置行车正行或者反行，SB6和SB7分别为行车正行和行车反行的指示灯按钮，可以直接控制行车正行或者反行，用的是点动开关，SHG2和SHG3为开正射水阀和反射水阀的带指示灯按钮，SHG4和SHG5为开正破坏阀和反破坏阀的带指示灯按钮。

以上按钮可以和PLC远程控制相同的就地控制移动罩冲洗滤池。

当PLC程序出错的时候或者上位机出问题的时候，就需要用到就地控制，所以就地控制柜的设计是必要的。

模块的选择及设计

Controllogix集中了Logix通用平台的多种优点---通用的编程环境、通用的通讯网络、通用的控制引擎---提供了一个既能满足您高性能应用需求又易于使用的环境。

Controllogix在编程软件、控制器和输入输出诸方面的紧密集成降低了在试运行和正常操作的开发成本和时间。

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提供众多的通讯选择、更多的模拟量、数字量和特殊输入输出模块。

Controllogix内容容量最大可扩展到8M,Controllogix控制器支持高标准过程控制应用，提供了在一个单一的集成环境中对运动控制指令进行高速处理的功能。

综上所述，选择了Controllogix的处理器，以下是模块的选择和设计。

图1746-OW16数字量输出模块功能图

图1769-IQ32数字输入模块功能图

3PLC控制设计

AB-PLC简介

PLC的定义

PLC是programmablelogicacontroller的缩写，意为可编逻辑程序控制器，它是硬件和软件共同构成的一种高级控制理念。

PLC是AB公司的注册商标。

PLC是一种数字运算操作的电子控制系统，专为工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存贮器，存贮、执行逻辑控制、顺序控制、定时计数、逻辑运算和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入\输出来控制各类机械或生产过程。

AB公司的PLC分类

AB是AllenBradley的缩写，82年代被Rockwell收购，原公司主要生产继电器，被收购后改扩为生产PLC等产品：

PLC-2、PLC-3、PLC-5、PLC-5/250、SLC150、SLC500、Micrologix1000/1500/1200、Controllogix。

其中：

PLC-XX系列是大中型PLC，机架结构，PC编程、控制。

SLC系列是小型的PLC，点数固定，手操器编程。

编程软件

允许建立和编辑梯形图程序，如顺序功能流程图、监视数据表、处理器状态和I/O状态、建立报表、配置PLC等。

对于PLC-5有：

6200系列，AB公司开发，运行DOS环境；

Rslogix5系列，是RockwellSoftaware公司开发，运行Windows95、98、NT、2000环境。

目前一般使用Rslogix5，运行英文操作平台。

AB_PLC的实践应用

系统软件：

RSLink----主要实现系统的网络通信。

RSLogix5----主要对可编程控制器Micrologix5进行编程。

RSView32-----主要实现系统的监视和控制。

系统硬件：

PC机一台---上位机,主要运行系统中所需软件。

可编程控制器Micrologix5一台---控制中心,主要对系

进行控制和数据采集。

网线及相关的通信模块----因为系统基于工业三层网（以

网,控制网及设备网）。

RSLogix软件有3种编程模式，即离线编程模式，在线编程模式和仿真编程模式。

离线编程的灵活性很大，编程可随意进行，不受控制器的限制；在线编程的灵活性比较小，一般只能改变数据文件中的数据。

滤池工艺控制设计

移动罩冲洗方法分为两种，一种为快速集中反冲洗，一种为单侧循环反冲洗，其中前者为行车一次停车洗两个格子，这样会影响过滤效果，所以本论文主要针对单侧循环反冲洗的设计。

快速集中反冲洗：

1、PLC给出潜泵启动信号，潜泵启动进行提罩；

2、潜泵启动10秒后检测有无提罩信号；

3、程序接收到正反接近开关送来的提罩信号后，命令行车启动；

4、行车行走到就位位置停下；

5、PLC接收到就位信号后，启动正行射水阀；

6、正侧射水阀启动，正行边进行压罩；

7、正行接近开关送来的提罩信号消失后，压罩完成；

8、检测正行流量开关送来的虹吸信号；

9、PLC接收到虹吸信号时，开始反冲计时；

10、反冲到时后，程序给出正侧破坏阀启动信号，正侧破坏阀开；

11、虹吸信号消失后，虹吸完全破坏；

12、此时开始正行侧坐床计时（5min）

13、坐床到时后，程序给出正行侧射水阀关闭信号，进行提罩；

14、PLC接收到正行接近开关送来的提罩信号，提罩完成，正行侧洗完；

15、重复以上的反冲流程，洗反行侧滤格，直到反行侧洗完；

16、正反行洗完后行车启动，行走到下一反冲位置就位

17、行车就位后，重复以上5--16的反冲程序

18、依此类推，行车由反行端头（靠近清水池一侧）向正行端头（靠近沉淀池一侧）行走，依次对每一滤格进行反冲，到达正行端头冲洗完后不停等，返回反行端头（此过程不对滤格进行反冲）；

19、待行车返回反行端头后停等，待下一反冲周期。

单侧循环反冲洗：

1、PLC给出潜泵启动信号，潜泵启动进行提罩；

2、潜泵启动10秒后检测有无提罩信号；

3、PLC接收到正反接近开关送来的提罩信号后，命令行车启动；

4、行车行走到就位位置停下；

5、PLC接收到就位信号后，启动正行射水阀；

6、正侧射水阀启动，正行边进行压罩；

7、正行接近开关送来的提罩信号消失后，压