基于PLC的层流过滤器控制系统

表１
电源 ｃＰＵ 输入 输入 输入 输入 输出 输出 输出 输入
ＰＳ ３０７ １０＾ 伊Ｕ ３ｉ４
Ｄ１３２ＸＤＣ２４ｖ Ｄ１３２×ＤＣ２４ｖ Ｄ１３２×ＤＣ２４ｖ Ｄ１３２ＸＤＣ２４ｖ Ｄ０３２×ＤＣ２４ｖ／Ｏ．５Ａ Ｄ０３２×ＤＣ２４ｖｌＯ．５Ａ ＤＣ３２ ｘ ＤＣ２４ｖ／０．５＾ Ａ１８Ｘ １２Ｂｉｔ
《自动化技术与应用》２００９年第２８卷第１０期］［业｝空韦Ｕ与应用
环状态序列运行。
５．２控制系统的控制流程
根据层流过滤器反洗控制的工艺要求，系统的控制 流程设计为：６台层流过滤器轮流反洗，反洗周期１ ２小 时，即每台过滤器每１ ２小时反洗１次，每台过滤器反洗 时间约为２４分钟（以上时间在程序里设计成模块化，可 方便地随工艺要求修改和设定）。单台过滤器的控制流 程如表２所示：
袋自动化技术与应用》２００９年第２８卷第１０期
工业控制与应用
基于Ｐ Ｌ Ｃ的层流过滤器控制系统
顾翔１，侯国强２，孟如２ （１．河北理工大学计算机与自动控制学院，河北唐山０６３００９１２．河北理工大学信息学院，河北唐山０６３００９）
摘 要：本文介绍Ｊ，采用两门子Ｓ７～３００的ＰＬＣ对６台高速层流过滤器进行循环反冲洗的控制系统，给出了其系统配置、电控系统的 软硬件结构。运行表明，该控制系统大大提高了工业水处理系统的稳定性、经济性，收到厂满意的控制效果。
ＩＩ●—●＿■—●—■—————●■＿●—●＿—■●■＿＿＿＿＿—■＿ －—●●—■●■——●—————■●——————■——●—■●—■■●■——＿＿＿＿—＿—■■■——＿＿＿—●＿＿—＿—＿＿＿＿＿＿＿—＿—＿＿＿＿＿———■■—■■—■■■｜
Ｔ业｝空韦ｌＪ与Ｊ立用
《自动化技术与应用》２００９年第２８卷第１ ｏ期
２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｈｅｂｅｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３００９ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｓｉｘ ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ ｂａｃｋ ｗａｓｈｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｉｅｍｅｎｓ Ｓ７—
Ｋｗ），开闭限位各１个。 ５）反洗进气阀门Ｖ５：阀门电机１台 （３８０ｖ／１．１
Ｋｗ），开闭限位各１个。 ６）反洗出气阀门Ｖ６：阀门电机１台 （３８０ｖ／１．１
Ｋｗ），开闭限位各１个。 在本系统中，每台层流过滤器所用的６个阀门电机
功率均为３８０ｖ／１．１ Ｋｗ，而且每个阀门都分别设置了开 启限位开关和关闭限位开关各１个，两种限位开关的开 启到位和关闭到位的两个信号将作为Ｐ Ｌ Ｃ主控制器的 输入信号来使用。由于阀门电机功率不大，采用直接启 动的控制方式。另外，每台鼓风机、水泵各配置１个电 动出口阀门作为其管路出口的开闭控制。其中，鼓风机 的电机容量为３８０ｖ／１３２Ｋｗ，因其功率较大，为减小其启 动电流对电网造成的冲击，采用软启动器启动（通过对 软启动器的设定，可以调节其起动时间的长短和额定运 行速度，从而达到对其所控制电机运行速度的调节）。 软启动器的控制信号为：输入信号：手／自动，急停，启 动／停止；输出信号：运行，停止，旁路，故障。鼓风机的 出口阀门电机功率为３８０ｖ／１．１ Ｋｗ，开闭限位各１个 （无源接点）ｌ反洗水泵的电机容量为３８０ｖ／７５Ｋｗ，考虑 其功率不大，采用直接启动方式启动，其控制信号为：输 入信号：手／自动，急停，启动／停止；输出信号：运行， 停止，故障。水泵的出口阀门电机功率为３ ８０Ｖ／１．１ Ｋｗ，开闭限位各１个（无源接点）。
器，控制６台层流过滤器运行，同时应用模拟量输入模 块监视系统的风压和水的流量，ＰＬＣ主控制器采用ＳＩ－ ＥＭＥＮＳ的Ｓ７—３００系列的３ １４ＣＰＵｔ ｘ】，输入输出模块，包 括８点ＡＩ、１２８点ＤＩ和９６点ＤＯｌＰＬＣ编程软件采用 ＳＩＥＭＡＴＩＣ—Ｓｔｅｐ７ ｌ上位机管理软件选用ＳＩＥＭＥＮＳ的 ＷＩＮＣＣ可视化监控软件组态设计。上位机和ＰＬＣ之间 通过Ｓｉｅｍｅｎｓ一５６１ １卡编程通讯，由ＭＰＩ电缆连接。所 用西门子ＰＬＣ的硬件组态为表１：
注：…表示阀开，其余时间表示阀处于关闭状态。 Ｔｌ…运行时间１２小时。
Ｔ２－－－１２小时时间到：关闭Ｖｌ阀门、关闭Ｖ２阀门ｌ ２５秒后打开Ｖ３阀门、打开水泵；水泵启动５秒后再打 开水泵出口阀门１２０秒后打开Ｖ４阀门。总时间约１分钟。
Ｔ３－－－水反冲洗时间５分钟。 Ｔ４－－－水反冲洗时间到：先关闭Ｖ４阀门、关闭水 泵出口阀门；５秒后关闭水泵；３０秒后打开风机；风机启 动５秒后再打开风机出口阀门、打开Ｖ５阀门、打开Ｖ６
表２ 层流过滤器控制流程表
的过程变量的数值范围，线性地影射到ＷＩＮＣ Ｃ的变量 定义范围，ＷＩＮＣＣ通过发送一个请求信号向ＰＬＣ请求 数据；在此采用周期性读取通讯数据方式，即ＷＩＮＣ Ｃ在 ＰＬＣ上登记读请求，ＰＬＣ在相应的周期内对其进行通讯 处理。图３为上位机监控系统主画面。
图３ 上位机监控系统主画面
ＰＬＣ的硬件组态
６ＥＳ７ ３０７一ｌＫ＾００一ＯＡＡＯ ６￡Ｓ７ ３１４—１＾Ｆ１０—０＾Ｂ０ ６ＥＳ７ ３２卜１ＢＬ００一ＯＡＡＯ ６ＥＳ７ ３２ｌ—ｌＢＬ００—０从０ ６ＥＳ７ ３２１一ｌＢＬ００－ＯＡＡＯ ６ＢＳ７ ３２ｌ一１ＢＬ００—０从Ｏ ６ＥＳ７ ３２２一ｌＢＬ００－０ＡＡ０ ６ＥＳ７ ３２２一ｌＢＬ００—０从０ ５Ｆ＿￥７ ３２２－ｉＢＬ００一∞＾０ ６ＥＳ７ ３３１－７ｉ伊０２－０＾Ｂｏ
２ 层流过滤器控制系统电气设备组成
收稿日期：２ ００９－０５—２ ０ ２２ Ｉ龟打蟀瞄ｄＡＬ臼＿嘣．啪＆Ａ刚ｉｃ曲惜
万方数据
层流过滤器控制系统中的６台层流过滤器，每台层 流过滤器均配置有６个电动阀门，分别为原水进水、净 水出水、反洗排水、反洗进水、反洗进气、反洗出气等， 图一为单台层流过滤器设备示意图。
４ 硬件配置
层流过滤器控制系统采用１台西门子ＰＬＣ作主控
万方数据
图２ 控制系统结构图
５ 软件设计
５．１控制系统的控制方式
根据用户和现场的工艺控制要求，层流过滤器控制 系统控制方式设计为３种：
１）自动方式，在上位计算机的组态画面上进行监控； ２）半自动方式，在上位计算机的组态画面上对某 个设备单独进行手动操作， ３）手动方式，由设置在现场的手动机旁箱控制操 作，其控制级别最高（手动操作箱设置在现场利于观察 操作的地方）。６台层流过滤器每台都可单独手动操作， 在某ｌ台过滤器处于手动状态时，该台设备被切除自动 循环序列，其它处于自动状态的层流过滤器仍按自动循
主画面中包括３个子画面，子画面可以互相覆盖， 可由操作者用鼠标点击切换或者键盘控制切换。当鼠 标点击画面按钮时，该按钮变色，作为组态系统已响应 的指示。通过这些画面，可以实时的监测现场设备的工 作状态，而且能方便的对现场设备进行控制。
７ 结束语
基于Ｐ Ｌ Ｃ的层流过滤器控制系统，运行稳定、可 靠。不仅做到了节水、节电，还大大缩短了层流过滤器 的反冲洗时间，其电控系统的软／硬件结构采用模块化 设计，对层流过滤器的台数和控制内容可根据控制设备 和工艺的需求增删，具有较强的可移植性、通用性，为 工业循环水处理的层流过滤器控制，提供了一种新的控 制方法，具有较高实用性和推广性。
３００ＰＬＣ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｏｕｔｌｉｎｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄ：ＰＬＣ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｃｉｒｃｕｌａｔｉｎｇ ｗａｔｅｒ；ｌａｍｉｎａｒ ｆｌｏｗ ｆｉｌｔｅｒ；ｂａｃｋ ｗａｓｈｉｎｇ
１ 引言
我国是一个严重缺水的国家，水资源不足成为制约 国民经济和社会发展的重要因素。解决这个问题，关键 要加强水资源的节约，努力提高水的利用率。当前，我 国经济正处于快速增长期，工业用水大幅增长，但工业 的用水效率总体水平较低，特别是一些大的企业，例如 钢铁厂、洗煤厂、发电厂等企业面临着严重的考验。因 此，采用循环供水系统就显得尤为重要。层流过滤器是 现代工业水处理的主要装置之一，非常适合钢铁企业中 净化处理轧钢、连铸等设备的浊水（含有氧化铁皮及油 脂）以及洗煤行业的循环水系统中的旁滤处理。由于在 热轧薄板或洗煤厂的循环水中会含有大量的氧化铁皮、 油脂、煤粉等各种杂质，在其循环水的处理系统中的层 流过滤器就极易发生堵塞。因此，在使用一段时间后就 要对过滤器进行反冲洗（水、气混合），将过滤层中的杂 质去除，以保证过滤器正常工作。
参考文献：
【１】西门子公司．Ｓ７－３００可编程序控制器模板说明【Ｚ】．２００５ 【２】西门子公司．￥７－３００可编程序控制器硬件与安装手册 ｆＺ】．２００５ 【３】黎一强．ＰＬＣ技术在生活污水处理及回用系统中的应用 【Ｊ】．自动化技术与应用，２００８，２７（８）：１２３—１２５． 【４１４郭培志，秦正兵．ＰＬＣ（Ｓ７ ４１４－４Ｈ）和ｉＦＩＸ在火力发电 厂水处理中的应用【Ｊ】．自动化技术与应用．２００８，２７（４）：１９—２３．
图ｌ 层流过滤器示意图 其控制内容如下： １）原水进水阀门Ｖ１：阀门电机ｌ台（３ ８０ｖ／１．１ Ｋｗ），开闭限位各１个。 ２）净水出水阀门Ｖ２：阀门电机１台（３８０ｖ／１．１ Ｋｗ），开闭限位各１个。 ３）反洗排水阀门Ｖ３：阀门电机１台（３８０ｖ／Ｉ．Ｉ Ｋｗ），开闭限位各１个。 ４）反洗进水阀门Ｖ４：阀门电机ｌ台（３８０ｖ／１．１
阀门Ｔ。５总 …时气间反约冲１洗分钟时。间５分钟。
Ｔ６－－一气反冲洗时间到：先关闭Ｖ５阀门；５秒后关 闭风机的出口阀门，风机的出口阀门关闭５秒后再关闭 风机，２０秒后打开水泵；水泵启动５秒后再打开水泵出口 阀门，２０秒后打开Ｖ４阀门ｌ ２秒后关闭Ｖ６阀门。总时 间约１分钟。
ＴＴ－－－水反冲洗时间１０分钟。 Ｔ８－－－水反冲洗时间到：先关闭Ｖ３、Ｖ４阀门和水 泵出口阀门，５秒后关闭水泵１３０秒后打开Ｖｌ、Ｖ２阀门。 总时间约１分钟。１分钟后投入运行（反洗结束）。
６ 上位机监控系统的设计
经ＣＰ５６１１通讯卡与Ｓ７…３００ 层流过滤器控制系统采用ＷＩＮＣ Ｃ组态软件编制上
位机管理、监控操作画面，模拟现场生产流程。ＷＩＮＣＣ ３１４ ＰＬＣ通Ｔ汛１２１１３］１４］，将ＰＬＣ
Leabharlann Baidu 万方数据
作者简介：顾翔（１ ９ ６ ９一），男，在读硕士研究生，研究方向： 控制理论与控制工程．
关键词：ＰＬＣ；循环水处理；层流过滤器；反冲洗 中图分类号：ＴＭ５７１．６ｌ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００３—７２４１（２００９）１０—００２２—０３
Ｌａｍｉｎａｒ Ｆｌｏｗ Ｆｉｌｔｅｒ ＣｏｎｔｒｏＩ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ ＰＬＣ
ＧＵ Ｘｉａｎ９１，ＨｏＵ Ｇｏｕ－ｑｉａｎ９２，ＭＥＮＧ Ｒｕ２ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｈｅｂｅｉ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ ０６３００９ Ｃｈｉｎａ；
ｔｇｔ“＂ ｖ２ Ｏ ２ ＩＯ．Ｏ’１３．７ １４．Ｏ’１７．７ １８．Ｏ“１１Ｉ．７ １１２．Ｏ’１１５．７ Ｑ１６ ０１Ｑ１９．７ Ｑ２０．０’Ｑ２３．７ Ｑ２４．Ｏ“Ｑ２７．７ ＰＩ髓６８￣３８３
图２是控制系统结构图。
３ 控制要求
层流过滤器控制系统的控制要求为：６台层流过 滤器，每台层流过滤器各配置有６个电动阀门，分别控 制原水进水、净水出水，反洗排水、反洗进水、反洗进 气，反洗出气等６个管路；为充分提高设备的利用率，６ 台层流过滤器共享使用２台鼓风机和２台水泵，作为反 洗进气源和进水源，为保证整个反洗系统的正常运行，２ 台鼓风机和２台水泵互为备份，即２台鼓风机和２台水 泵分别开ｌ备ｌ。正常时反洗系统启动１台鼓风机和１ 台水泵作为系统的气源和水源，当ｌ台鼓风机或水泵发 生故障时，另一台自动投入运行，以保证反洗系统的可 靠运行。每台鼓风机、水泵各配置１个电动出口阀门作 其管路出口的控制。