PLC 在游泳池水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文先介紹了游泳池輪回水處理系統(tǒng)的組成及水處理的工藝過(guò)程，提出了采用 S7-200PLC控制柜系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)程控制的系統(tǒng)配置,介紹了水處理系統(tǒng)中主程序的扼要流程框圖及 PLC 實(shí)現(xiàn)，介紹了人機(jī)界面及監(jiān)控軟件的編程情況。

關(guān)鍵詞：游泳池 水處理 PLC控制系統(tǒng)

1 引言
隨著人們生活水平的不斷進(jìn)步，對(duì)休閑流動(dòng)和體育鍛煉場(chǎng)所的要求也越來(lái)越高，游泳池作為大眾化的休閑和鍛煉場(chǎng)所，對(duì)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。因此，對(duì)游泳池水處理的自動(dòng)化程度提出了更高的要求。采用 PLC，設(shè)計(jì)工藝參數(shù)可視化以及水處理過(guò)程自動(dòng)化的游泳池水處理控制系統(tǒng)勢(shì)在必行。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了以S7-200PLC控制柜為控制核心的現(xiàn)代游泳池水處理控制系統(tǒng)。

2 游泳池水處理工藝過(guò)程

本設(shè)計(jì)的游泳池水處理工藝流程如圖 1 所示。

通過(guò)輪回水泵將池水置換出來(lái)檢測(cè)水質(zhì)，再通過(guò)化學(xué)和物理方法調(diào)整水質(zhì)，然后將達(dá)到一定水質(zhì)尺度的“凈水”回灌進(jìn)游泳池。一般檢測(cè)項(xiàng)有濁度、過(guò)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(diào)節(jié)為例，當(dāng) pH 值過(guò)高，超過(guò)控制值時(shí)，則通過(guò)精確計(jì)量泵加投稀鹽酸以調(diào)低 pH 值，這就是化學(xué)的方法。再如當(dāng)濁度達(dá)到一定值時(shí)，亦通過(guò)精確計(jì)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(guò)過(guò)濾沙缸把“濁水”過(guò)濾成“清水”回灌到泳池。

另外，沙缸還有反沖刷過(guò)程，就是當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行一定時(shí)間后，沙缸的沙層表面會(huì)積蓄良多的污物，使沙缸對(duì)水的阻力增大，流速減緩，過(guò)濾效果下降。因此，必需按期進(jìn)行清除。清除的辦法就是使水流反方向流動(dòng)，如圖 2 所示。

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(shí)，水流從 F2 入 F3 出，其他閥門關(guān)閉。污物被反向的水流帶走而排入污水管道。反沖刷持續(xù)時(shí)間需根據(jù)實(shí)際情況現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。從反沖刷結(jié)束到正常過(guò)濾狀態(tài)中間有一個(gè)過(guò)渡狀態(tài)，這段時(shí)間水流不應(yīng)流入泳池，由于此時(shí)水流不穩(wěn)且有殘余雜質(zhì)存在。因此這個(gè)過(guò)程的閥門狀態(tài)是 F1 入 F5 出，其他閥門關(guān)閉。這個(gè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短，通常在 1min 之內(nèi)，需現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，F(xiàn)5 封閉，F(xiàn)4 打開，反沖刷過(guò)程結(jié)束。反沖刷過(guò)程的觸發(fā)前提一般有 3 個(gè)：壓差反沖刷、定時(shí)反沖刷和手動(dòng)反沖刷。這兩個(gè)過(guò)程基本是物理的過(guò)程。
在水處理中除了水質(zhì)調(diào)整和反沖刷之外，在環(huán)境溫度和水溫較低時(shí)，還需對(duì)池水進(jìn)行加溫控制。池水加溫在泳池水處理中，也據(jù)有重要的地位。它是通過(guò)溫度儀 I、II 進(jìn)行溫度檢測(cè)。檢測(cè)的結(jié)果經(jīng)模擬量輸入模塊送到 PLC，由 PLC 處理后一方面送控制屏進(jìn)行溫度顯示，另一方面由 PLC 的 PID 指令控制。經(jīng) PID調(diào)節(jié)后，輸出的信號(hào)通過(guò)模擬量輸出模塊控制伺服蒸汽調(diào)節(jié)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(tǒng)的硬件組成

通過(guò)對(duì)游泳池現(xiàn)場(chǎng)的工藝分析可知，水處理過(guò)程大體分為 4 部門：水輪回及過(guò)濾部門、水質(zhì)檢測(cè)及加投藥消毒部門、反沖刷過(guò)程部門和恒溫及加熱部門。需要控制的參數(shù)有：水泵的啟停和聯(lián)鎖、臭氧發(fā)生器、濁度、pH 值、余氯值、水壓、溫度和反沖刷過(guò)程等。本文只檢測(cè)濁度、余氯值、pH 值和溫度等和反沖刷過(guò)程來(lái)配置，PLC 按輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、通訊接口情況等技術(shù)要求選定。通過(guò)各廠家 PLC 產(chǎn)品的比較，選定西門子 S7-200PLC。
主要硬件配置如下：西門子 S7-200 CPU226 1臺(tái)，4 入/1 出和 4 入/0 出的模擬量模塊各 1 臺(tái)；德國(guó)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(tái)；高溫電動(dòng)伺服閥 1 臺(tái)；普通伺服閥十幾只；精確丈量泵 4 臺(tái)；輪回水泵 2 臺(tái)；自動(dòng)臭氧發(fā)生器、臭氧反應(yīng)罐等設(shè)備 1 套；工控機(jī) 1 臺(tái)；控制柜（定制）1 臺(tái)；壓力表若干等。
S7-200PLC 具有功能強(qiáng)盛、指令豐碩、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、便于擴(kuò)展、機(jī)能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，CPU226 模塊更多可帶 7 個(gè)擴(kuò)展模塊。它作為本系統(tǒng)控制核心，負(fù)責(zé)輸入輸出治理，控制算法和邏輯運(yùn)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(guò) PPI 方式與上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接，控制柜上設(shè)有現(xiàn)場(chǎng)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(tǒng)既可以在現(xiàn)場(chǎng)控制功能單元運(yùn)行和顯示參數(shù)，也可以通過(guò)上位機(jī)來(lái)監(jiān)控。
圖 3 是 PLC 輸入輸出信號(hào)分配簡(jiǎn)圖。

工控機(jī)為 DELL 電腦，組態(tài)軟件采用“組態(tài)王”控制軟件，工控機(jī)通過(guò) 5611 通信卡用 PPI 方式與 PLC 進(jìn)行通信。

4 PLC控制柜系統(tǒng)的軟件介紹
4.1 PLC 軟件簡(jiǎn)介
PLC系統(tǒng)的組態(tài)和編程通過(guò)SIEMENS公司的STEP7軟件平臺(tái)完成。本系統(tǒng)采用模塊化的程序設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)中相對(duì)獨(dú)立的功能編寫成功能塊 FC 或 FB，然后在主程序 OB1 中調(diào)用，這樣既增加了程序的可讀性，又免去了編寫重復(fù)部門的工作量，一些現(xiàn)場(chǎng)初始化的工作在啟動(dòng)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(zhì)檢測(cè)及消毒控制功能塊；反沖刷控制功能塊；池溫控制功能塊；報(bào)警功能塊；模擬信號(hào)采集功能塊。

圖 4 為 OB1 主程序扼要流程框圖。

首先應(yīng)根據(jù)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(xì)闡述各功能塊的 PLC 實(shí)現(xiàn)。再根據(jù)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(jù)圖 4 對(duì)各功能塊進(jìn)行調(diào)用。本設(shè)計(jì)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(jī)監(jiān)控程序簡(jiǎn)介
當(dāng)上位機(jī)啟動(dòng)后，首提高前輩入 6 個(gè)監(jiān)控畫面菜單分別是：過(guò)程工藝監(jiān)控主畫面、控制操縱畫面、實(shí)時(shí)曲線畫面、參數(shù)設(shè)定畫面、報(bào)警畫面和歷史報(bào)表畫面。在進(jìn)入過(guò)程工藝監(jiān)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(dòng)情況、水池溫度、pH 值、余氯值和臭氧值等。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，可立即跳出報(bào)警動(dòng)靜按鈕，點(diǎn)擊它可進(jìn)入報(bào)警畫面，詳細(xì)的報(bào)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(tǒng)參數(shù)需要進(jìn)一步輸進(jìn)口令后才能修改。假如要退出監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)要詢問(wèn)退出口令，以防止誤操縱。

5 結(jié)束語(yǔ)

PLC技術(shù)的應(yīng)用使游泳池水處理的全自動(dòng)可視化控制成為可能，使水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化、可視化水平及控制系統(tǒng)的可靠性、智能性和安全性都得到進(jìn)步，很好地知足了人們對(duì)現(xiàn)代化游泳場(chǎng)館的需要。同時(shí)也降低了能耗，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，進(jìn)步了治理效率。本系統(tǒng)采用 S7-200PLC控制柜和“組態(tài)王”監(jiān)控軟件，很好地完成了預(yù)定的控制任務(wù)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有非常好的推廣價(jià)值和應(yīng)用遠(yuǎn)景。

參考文獻(xiàn)
1求是科技編著.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐. 人民郵電出版社，2005.
2周萬(wàn)珍，高鴻斌編著. PLC分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用. 電子產(chǎn)業(yè)出版社，2004.
3闞寶瑞. S7-300可編程控制器和組態(tài)王軟件在游泳池水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用．微計(jì)算機(jī)信息，2005，8.