PLC控制柜在游泳池水处理控制系统中的应用

PLC控制柜在游泳池水处理控制系统中的应用
摘要：本文先介绍了游泳池轮回水处理系统的组成及水处理的工艺过程，提出了采用LC控制柜系统进行过程控制的系统配置,介绍了水处理系统中主程序的扼要流程框图及 PLC 实现，最后介绍了人机界面及监控软件的编程情况。
关键词：游泳池 水处理 PLC控制柜控制系统
1 引言
随着人们生活水平的不断进步，对休闲流动和体育锻炼场所的要求也越来越高，游泳池作为大众化的休闲和锻炼场所，对水质的要求也越来越高。因此，对游泳池水处理的自动化程度提出了更高的要求。采用 PLC，设计工艺参数可视化以及水处理过程自动化的游泳池水处理控制系统势在必行。鉴于此，本文设计了以S7-200PLC控制柜为控制核心的现代游泳池水处理控制系统。
2 游泳池水处理工艺过程
本设计的游泳池水处理工艺流程。
通过轮回水泵将池水置换出来检测水质，再通过化学和物理方法调整水质，然后将达到一定水质尺度的“净水”回灌进游泳池。一般检测项有浊度、过氧化物、尿素含量、菌去群含量、余氯值、臭氧值和 pH 值等。以 pH 值调节为例，当 pH 值过高，超过控制值时，则通过精确计量泵加投稀盐酸以调低 pH 值，这就是化学的方法。再如当浊度达到一定值时，亦通过精确计量泵将絮凝剂（需搅拌）加投到轮回泵前，絮凝剂可将水中悬浮物凝聚成块，通过过滤沙缸把“浊水”过滤成“清水”回灌到泳池。
另外，沙缸还有反冲刷过程，就是当系统运行一定时间后，沙缸的沙层表面会积蓄良多的污物，使沙缸对水的阻力增大，流速减缓，过滤效果下降。因此，必需按期进行清除。清除的办法就是使水流反方向流动。
正常情况下，水流的方向是 F1 入 F4 出，其他阀门封闭。反冲刷时，水流从 F2 入 F3 出，其他阀门关闭。污物被反向的水流带走而排入污水管道。反冲刷持续时间需根据实际情况现场调整。从反冲刷结束到正常过滤状态中间有一个过渡状态，这段时间水流不应流入泳池，由于此时水流不稳且有残余杂质存在。因此这个过程的阀门状态是 F1 入 F5 出，其他阀门关闭。这个过程持续时间很短，通常在 1min 之内，需现场调整，最后，F5 封闭，F4 打开，反冲刷过程结束。反冲刷过程的触发前提一般有 3 个：压差反冲刷、定时反冲刷和手动反冲刷。这两个过程基本是物理的过程。
在水处理中除了水质调整和反冲刷之外，在环境温度和水温较低时，还需对池水进行加温控制。池水加温在泳池水处理中，也据有重要的地位。它是通过温度仪 I、II 进行温度检测。检测的结果经模拟量输入模块送到 PLC，由 PLC 处理后一方面送控制屏进行温度显示，另一方面由 PLC 的 PID 指令控制。经 PID调节后，输出的信号通过模拟量输出模块控制伺服蒸汽调节阀，定量的给汽水管道混合器通以蒸汽，使池水按要求保持恒温。
3 PLC控制柜控制系统的硬件组成
通过对游泳池现场的工艺分析可知，水处理过程大体分为 4 部门：水轮回及过滤部门、水质检测及加投药消毒部门、反冲刷过程部门和恒温及加热部门。需要控制的参数有：水泵的启停和联锁、臭氧发生器、浊度、pH 值、余氯值、水压、温度和反冲刷过程等。本文只检测浊度、余氯值、pH 值和温度等和反冲刷过程来配置，PLC 按输入/输出点数、通讯接口情况等技术要求选定。通过各厂家 PLC 产品的比较，最后选定西门子 PLC。
主要硬件配置如下：西门子  CPU226 1台，4 入/1 出和 4 入/0 出的模拟量模块各 1 台；德国普罗明特温度传感器——变送器 2 只；浊度仪、pH 仪、余氯仪各 1 台；高温电动伺服阀 1 台；普通伺服阀十几只；精确丈量泵 4 台；轮回水泵 2 台；自动臭氧发生器、臭氧反应罐等设备 1 套；工控机 1 台；控制柜（定制）1 台；压力表若干等。
PLC 具有功能强盛、指令丰硕、可靠性高、适应性强、结构紧凑、便于扩展、机能价格比高等优点，CPU226 模块最多可带 7 个扩展模块。它作为本系统控制核心，负责输入输出治理，控制算法和逻辑运算。它由电源模块、CPU 模块、I/O 模块以及模拟量I/O 模块组成。PLC 通过 PPI 方式与上位监控计算机连接，控制柜上设有现场操纵按钮和专用的浊度仪、余氯仪、pH 仪、温度仪和臭氧控制仪。因此本系统既可以在现场控制功能单元运行和显示参数，也可以通过上位机来监控。
图 3 是 PLC 输入输出信号分配简图。
工控机为 DELL 电脑，组态软件采用“组态王”控制软件，工控机通过 5611 通信卡用 PPI 方式与 PLC 进行通信。
4 PLC控制柜系统的软件介绍
4.1 PLC 软件简介
PLC系统的组态和编程通过SIEMENS公司的STEP7软件平台完成。本系统采用模块化的程序设计，将系统中相对独立的功能编写成功能块 FC 或 FB，然后在主程序 OB1 中调用，这样既增加了程序的可读性，又免去了编写重复部门的工作量，一些现场初始化的工作在启动组织块 OB100 中完成。主程序 OB1 中主要功能块 FC 有：水轮回泵控制功能块；水质检测及消毒控制功能块；反冲刷控制功能块；池温控制功能块；报警功能块；模拟信号采集功能块。
主程序扼要流程框图。
首先应根据控
制要求画出图 4 各功能块的具体流程图，在流程框图中详细阐述各功能块的 PLC 实现。再根据各流程框图，利用 STEP 编程软件编写各功能块的控制梯形图程序。在主程序 OB1 中根据图 4 对各功能块进行调用。本设计各功能流程图及各梯形图程序均较大，较繁琐，限于篇幅从略。
4.2 上位机监控程序简介
当上位机启动后，首提高前辈入 6 个监控画面菜单分别是：过程工艺监控主画面、控制操纵画面、实时曲线画面、参数设定画面、报警画面和历史报表画面。在进入过程工艺监控画面中可以很直观的看到泵的工作情况、阀的开闭情况、水的活动情况、水池温度、pH 值、余氯值和臭氧值等。当现场发生报警时，可立即跳出报警动静按钮，点击它可进入报警画面，详细的报警情况一目了然。这些画面之间可以任意切换。有些重要的系统参数需要进一步输进口令后才能修改。假如要退出监控系统，系统要询问退出口令，以防止误操纵。
5 结束语
PLC技术的应用使游泳池水处理的全自动可视化控制成为可能，使水处理系统的自动化、可视化水平及控制系统的可靠性、智能性和安全性都得到进步，很好地知足了人们对现代化游泳场馆的需要。同时也降低了能耗，减轻了工人的劳动强度，进步了治理效率。本系统采用 PLC控制柜和“组态王”监控软件，很好地完成了预定的控制任务，取得了明显的经济效益和社会效益，具有非常好的推广价值和应用远景。