淺談PLC在水廠中的初級應(yīng)用

【摘 要】供水是一個關(guān)系國計(jì)民生的重要產(chǎn)業(yè)。供水不僅要滿足管網(wǎng)壓力的需要、保證充足供水，還要求水質(zhì)明顯提高。本文從水廠自動控制系統(tǒng)的控制要求和工藝特點(diǎn)出發(fā)，簡單介紹了PLC初級知識。

【關(guān)鍵詞】PLC ；工作原理 ；水廠應(yīng)用

水對人類而言有著非同尋常的意義，不論是日常生活，還是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都離不開水。特別是在現(xiàn)代社會中，人們不僅對水的需求量與日俱增，對水質(zhì)的要求也越來越高。

水廠的現(xiàn)代化主要表現(xiàn)在自動化監(jiān)控系統(tǒng)上。凈水廠的生產(chǎn)過程采用自動化技術(shù)，不是單純的為了節(jié)省人力，更主要的是加強(qiáng)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的合理調(diào)度，保證水量、水壓，提高水質(zhì)，節(jié)約動力和投藥量，消滅事故，積累運(yùn)行資料，提高供水的可靠性和管理水平。

為了更好地安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)水廠自動化控制，提高控制系統(tǒng)的自動化水平，確保水廠供水更安全更可靠。

一、PLC的基本知識

可編程序控制器（ProgrammableLogicController）簡稱PLC。所謂可編程序控制器，就是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，它采用一種可編程序的存儲器，在其內(nèi)部存儲并執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、記數(shù)和算術(shù)操作的指令，通過數(shù)字量或模擬量的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。隨著PLC的發(fā)展，它不僅能完成編輯、運(yùn)算、控制，而且能實(shí)現(xiàn)模擬量、數(shù)字量的算術(shù)運(yùn)算。

用PLC設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

（1）能適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，能抗電磁干擾與電壓沖擊。

（2）簡單，易于使用，不必要求微機(jī)軟硬件方面的知識，編程不需要高級語言。

（3）可靠性高，平均故障間隔時間（MTBF）超過20000小時，羅克韋爾公司的產(chǎn)品MTBF達(dá)到50000小時。

（4）編程或修改程序容易，程序可以保存和固化。

（5）體積小，價格低。

（6）可直接將數(shù)據(jù)送入處理器中，可直接連接到現(xiàn)場。

（7）可在基本系統(tǒng)上擴(kuò)展，系統(tǒng)容易配置，與負(fù)載最遠(yuǎn)距離可達(dá)10000英尺，內(nèi)存可以擴(kuò)展。

（8）有很強(qiáng)的通訊功能，可與多種支持設(shè)備連接。

（9）系統(tǒng)化，有標(biāo)準(zhǔn)外圍接口模塊。

（10）系統(tǒng)在一種現(xiàn)場不需要時，仍可改在另一現(xiàn)場使用等一系列優(yōu)點(diǎn)。PLC采用的是掃描的工作方式。掃描是一種形象化的術(shù)語，用來描述可編程序控制器內(nèi)部的CPU的工作過程。所謂掃描就是依次對各種規(guī)定的操作項(xiàng)目全部進(jìn)行訪問和處理。PLC運(yùn)行時，用戶程序中有眾多的操作需要執(zhí)行，但是一個CPU每一個時刻只能執(zhí)行一個操作而不能同時執(zhí)行多個操作，因此CPU按程序的順序依次執(zhí)行各個操作，這種需要處理多個作業(yè)時依次按順序處理的工作方式稱為掃描工作方式。由于掃描是周而復(fù)始無限循環(huán)的，每掃描一個循環(huán)所用的時間為掃描周期。

順序掃描的工作方式是PLC的基本工作方式，它簡單直觀，方便用戶程序設(shè)計(jì)，為PLC的可靠運(yùn)行提供了有利保證。一方面，所掃描的指令被執(zhí)行后其結(jié)果馬上就可以被后面將要掃描的指令所利用；另一方面，還可以通過CPU設(shè)置定時器來監(jiān)視每次掃描時間是否超過規(guī)定時間，避免由于CPU內(nèi)部故障使程序執(zhí)行進(jìn)入死循環(huán)。

二、PLC的工作原理

PLC的工作過程基本上是用戶的梯形圖程序的執(zhí)行過程，是在系統(tǒng)軟件的控制下順次掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，按用戶程序解算控制邏輯，然后順序向各個輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)的控制信號。除此之外，為提高工作的可靠性和及時的接收外來的控制命令，每個掃描周期還要進(jìn)行故障自診斷和處理與編程器、計(jì)算機(jī)的通信請求。因此，PLC工作過程分為以下五步：

（1）自診斷

自診斷功能可使PLC系統(tǒng)防患于未然，而在發(fā)生故障時能盡快的修復(fù)，為此PLC每次掃描用戶程序以前都對CPU、存儲器、輸入輸出模塊等進(jìn)行故障診斷，若自診斷正常便繼續(xù)進(jìn)行掃描，而一旦發(fā)現(xiàn)故障或異?，F(xiàn)象則轉(zhuǎn)入處理程序，保留現(xiàn)行工作狀態(tài)，關(guān)閉全部輸出，然后停機(jī)并顯示出錯的信息。

（2）與外設(shè)通信

自診斷正常后PLC即掃描編程器、上位機(jī)等通信接口，如有通信請求便響應(yīng)處理。在與編程器通信過程中，編程器把指令和修改參數(shù)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)把要顯示的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、錯誤碼進(jìn)行相應(yīng)指示，編程器還可以向主機(jī)發(fā)送運(yùn)行、停止、清內(nèi)存等監(jiān)控命令。在與上位機(jī)通信過程中PLC將接收上位機(jī)發(fā)出的指令進(jìn)行相應(yīng)的操作，把現(xiàn)場工作狀態(tài)、PLC的內(nèi)部工作狀態(tài)、各種數(shù)值參數(shù)發(fā)送給上位機(jī)以及執(zhí)行啟動、停機(jī)、修改參數(shù)等命令。

（3）輸入現(xiàn)場狀態(tài)

完成前兩步工作后PLC便掃描各個輸入點(diǎn)，讀入各點(diǎn)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，如開關(guān)的通斷狀態(tài)、形成現(xiàn)場的內(nèi)存映象。這一過程也稱為輸入采樣或輸出刷新，在一個掃描周期內(nèi)內(nèi)存映象的內(nèi)容不變，即使外部實(shí)際開關(guān)狀態(tài)己經(jīng)發(fā)生了變化也只能在下一個掃描過程中的輸入采樣時刷新，解算用戶邏輯所用的輸入值是該輸入值的內(nèi)存映象值而不是當(dāng)時現(xiàn)場的實(shí)際值。

（4）解算用戶邏輯

即執(zhí)行用戶程序。一般是從用戶出現(xiàn)存儲器的最低地址存放的第一條程序開始，在無跳轉(zhuǎn)的情況下按存儲器地址的遞增方向順序的掃描用戶程序，按用戶程序進(jìn)行邏輯判斷和算術(shù)運(yùn)算，因此稱之為解算用戶邏輯。解算過程中所用的計(jì)數(shù)器、定時器，內(nèi)部繼電器等編程元件為相應(yīng)存儲單元的即時值，而輸入繼電器，輸出繼電器則用的是內(nèi)存映象值。在一個掃描周期內(nèi)，某個輸入信號的狀態(tài)不管外部實(shí)際情況是否己經(jīng)變化，對整個用戶程序是一致的，不會造成結(jié)果混亂。

（5）輸出結(jié)果

將本次的掃描過程中解算最新結(jié)果送到輸出模塊取代前一次掃描解算的結(jié)果，也稱為輸出刷新。解算用戶邏輯到用戶程序?yàn)橹?，每一步所得到的輸出信號被存入輸出信號寄存表并未發(fā)送到輸出模塊，相當(dāng)于輸出信號被輸出門阻隔，待全部解算完成后打開輸出門一并輸出，所用輸出信號由輸出狀態(tài)表送到輸出模塊，其相應(yīng)開關(guān)動作。驅(qū)動用戶輸出設(shè)備即PLC的實(shí)際輸出。

在依次完成上述五個步驟操作后PLC又開始進(jìn)行下一次掃描。如此不斷的反復(fù)循環(huán)掃描，實(shí)現(xiàn)對全過程及設(shè)備的連續(xù)控制，直至接收到停止命令、停電、或出現(xiàn)故障。

三、PLC在水廠中的初步應(yīng)用

我國水廠自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展過程可分為三個階段：第一階段是分散控制階段，該時期水廠各部分分別進(jìn)行自動控制，各獨(dú)立系統(tǒng)互不相關(guān)；第二階段是水廠綜合自動化階段，在該時期整個水廠作為一個綜合自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，同時各個獨(dú)立子系統(tǒng)又可以獨(dú)立工作，該系統(tǒng)共享整個水廠的信息，同時又有分散控制的可靠性?，F(xiàn)階段大部分水廠處于此階段；第三階段是供水系統(tǒng)的綜合自動化階段，該階段要求在一個區(qū)域的供水企業(yè)共享信息，實(shí)現(xiàn)整個城市或地區(qū)供水系統(tǒng)的自動控制。

目前我國的中小型水廠大部分處于第一或第二階段，只有很少大型水廠達(dá)到了第三階段。在國外，如加拿大、美國等發(fā)達(dá)國家基本實(shí)現(xiàn)了供水系統(tǒng)的全自動化，而且開始進(jìn)行分質(zhì)供水，同時對水廠內(nèi)部的自控系統(tǒng)也在不斷地進(jìn)行改進(jìn)和提高。

三、結(jié)語

采用可編程控制器進(jìn)行水廠濾池的自動化控制，可以縮短設(shè)計(jì)周期，并便于安裝調(diào)試，對于水廠這樣的不便于停產(chǎn)的生產(chǎn)單位來講，這一點(diǎn)是尤其重要的。由于PLC自動控制的靈活性，可在現(xiàn)場改變某些工藝參數(shù)和動作順序，增加系統(tǒng)的功能，并取代傳統(tǒng)的繼電器控制，使設(shè)備運(yùn)行更加平穩(wěn)、可靠，提高了經(jīng)濟(jì)效益。