PLC控制柜在游泳池水處理控制系統中的應用

PLC控制柜在游泳池水處理控制系統中的應用
摘要：本文先介紹了游泳池輪回水處理系統的組成及水處理的工藝過程，提出了采用LC控制柜系統進行過程控制的系統配置,介紹了水處理系統中主程序的扼要流程框圖及 PLC 實現，最后介紹了人機界面及監控軟件的編程情況。
關鍵詞：游泳池 水處理 PLC控制柜控制系統
1 引言
隨著人們生活水平的不斷進步，對休閑流動和體育鍛煉場所的要求也越來越高，游泳池作為大眾化的休閑和鍛煉場所，對水質的要求也越來越高。因此，對游泳池水處理的自動化程度提出了更高的要求。采用 PLC，設計工藝參數可視化以及水處理過程自動化的游泳池水處理控制系統勢在必行。鑒于此，本文設計了以S7-200PLC控制柜為控制核心的現代游泳池水處理控制系統。
2 游泳池水處理工藝過程
本設計的游泳池水處理工藝流程。
通過輪回水泵將池水置換出來檢測水質，再通過化學和物理方法調整水質，然后將達到一定水質尺度的“凈水”回灌進游泳池。一般檢測項有濁度、過氧化物、尿素含量、菌去群含量、余氯值、臭氧值和 pH 值等。以 pH 值調節為例，當 pH 值過高，超過控制值時，則通過精確計量泵加投稀鹽酸以調低 pH 值，這就是化學的方法。再如當濁度達到一定值時，亦通過精確計量泵將絮凝劑（需攪拌）加投到輪回泵前，絮凝劑可將水中懸浮物凝聚成塊，通過過濾沙缸把“濁水”過濾成“清水”回灌到泳池。
另外，沙缸還有反沖刷過程，就是當系統運行一定時間后，沙缸的沙層表面會積蓄良多的污物，使沙缸對水的阻力增大，流速減緩，過濾效果下降。因此，必需按期進行清除。清除的辦法就是使水流反方向流動。
正常情況下，水流的方向是 F1 入 F4 出，其他閥門封閉。反沖刷時，水流從 F2 入 F3 出，其他閥門關閉。污物被反向的水流帶走而排入污水管道。反沖刷持續時間需根據實際情況現場調整。從反沖刷結束到正常過濾狀態中間有一個過渡狀態，這段時間水流不應流入泳池，由于此時水流不穩且有殘余雜質存在。因此這個過程的閥門狀態是 F1 入 F5 出，其他閥門關閉。這個過程持續時間很短，通常在 1min 之內，需現場調整，最后，F5 封閉，F4 打開，反沖刷過程結束。反沖刷過程的觸發前提一般有 3 個：壓差反沖刷、定時反沖刷和手動反沖刷。這兩個過程基本是物理的過程。
在水處理中除了水質調整和反沖刷之外，在環境溫度和水溫較低時，還需對池水進行加溫控制。池水加溫在泳池水處理中，也據有重要的地位。它是通過溫度儀 I、II 進行溫度檢測。檢測的結果經模擬量輸入模塊送到 PLC，由 PLC 處理后一方面送控制屏進行溫度顯示，另一方面由 PLC 的 PID 指令控制。經 PID調節后，輸出的信號通過模擬量輸出模塊控制伺服蒸汽調節閥，定量的給汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒溫。
3 PLC控制柜控制系統的硬件組成
通過對游泳池現場的工藝分析可知，水處理過程大體分為 4 部門：水輪回及過濾部門、水質檢測及加投藥消毒部門、反沖刷過程部門和恒溫及加熱部門。需要控制的參數有：水泵的啟停和聯鎖、臭氧發生器、濁度、pH 值、余氯值、水壓、溫度和反沖刷過程等。本文只檢測濁度、余氯值、pH 值和溫度等和反沖刷過程來配置，PLC 按輸入/輸出點數、通訊接口情況等技術要求選定。通過各廠家 PLC 產品的比較，最后選定西門子 PLC。
主要硬件配置如下：西門子  CPU226 1臺，4 入/1 出和 4 入/0 出的模擬量模塊各 1 臺；德國普羅明特溫度傳感器——變送器 2 只；濁度儀、pH 儀、余氯儀各 1 臺；高溫電動伺服閥 1 臺；普通伺服閥十幾只；精確丈量泵 4 臺；輪回水泵 2 臺；自動臭氧發生器、臭氧反應罐等設備 1 套；工控機 1 臺；控制柜（定制）1 臺；壓力表若干等。
PLC 具有功能強盛、指令豐碩、可靠性高、適應性強、結構緊湊、便于擴展、機能價格比高等優點，CPU226 模塊最多可帶 7 個擴展模塊。它作為本系統控制核心，負責輸入輸出治理，控制算法和邏輯運算。它由電源模塊、CPU 模塊、I/O 模塊以及模擬量I/O 模塊組成。PLC 通過 PPI 方式與上位監控計算機連接，控制柜上設有現場操縱按鈕和專用的濁度儀、余氯儀、pH 儀、溫度儀和臭氧控制儀。因此本系統既可以在現場控制功能單元運行和顯示參數，也可以通過上位機來監控。
圖 3 是 PLC 輸入輸出信號分配簡圖。
工控機為 DELL 電腦，組態軟件采用“組態王”控制軟件，工控機通過 5611 通信卡用 PPI 方式與 PLC 進行通信。
4 PLC控制柜系統的軟件介紹
4.1 PLC 軟件簡介
PLC系統的組態和編程通過SIEMENS公司的STEP7軟件平臺完成。本系統采用模塊化的程序設計，將系統中相對獨立的功能編寫成功能塊 FC 或 FB，然后在主程序 OB1 中調用，這樣既增加了程序的可讀性，又免去了編寫重復部門的工作量，一些現場初始化的工作在啟動組織塊 OB100 中完成。主程序 OB1 中主要功能塊 FC 有：水輪回泵控制功能塊；水質檢測及消毒控制功能塊；反沖刷控制功能塊；池溫控制功能塊；報警功能塊；模擬信號采集功能塊。
主程序扼要流程框圖。
首先應根據控
制要求畫出圖 4 各功能塊的具體流程圖，在流程框圖中詳細闡述各功能塊的 PLC 實現。再根據各流程框圖，利用 STEP 編程軟件編寫各功能塊的控制梯形圖程序。在主程序 OB1 中根據圖 4 對各功能塊進行調用。本設計各功能流程圖及各梯形圖程序均較大，較繁瑣，限于篇幅從略。
4.2 上位機監控程序簡介
當上位機啟動后，首提高前輩入 6 個監控畫面菜單分別是：過程工藝監控主畫面、控制操縱畫面、實時曲線畫面、參數設定畫面、報警畫面和歷史報表畫面。在進入過程工藝監控畫面中可以很直觀的看到泵的工作情況、閥的開閉情況、水的活動情況、水池溫度、pH 值、余氯值和臭氧值等。當現場發生報警時，可立即跳出報警動靜按鈕，點擊它可進入報警畫面，詳細的報警情況一目了然。這些畫面之間可以任意切換。有些重要的系統參數需要進一步輸進口令后才能修改。假如要退出監控系統，系統要詢問退出口令，以防止誤操縱。
5 結束語
PLC技術的應用使游泳池水處理的全自動可視化控制成為可能，使水處理系統的自動化、可視化水平及控制系統的可靠性、智能性和安全性都得到進步，很好地知足了人們對現代化游泳場館的需要。同時也降低了能耗，減輕了工人的勞動強度，進步了治理效率。本系統采用 PLC控制柜和“組態王”監控軟件，很好地完成了預定的控制任務，取得了明顯的經濟效益和社會效益，具有非常好的推廣價值和應用遠景。