PLC在活性炭上料控制系统中的应用

CITYANDTOWNWATERSUPPLY·自动化与信息技术·74城镇供水NO.52014PLC在活性炭上料控制系统中的应用邹啟航（瀚蓝环境股份有限公司第二水厂，广东佛山528222）1．第二水厂活性炭湿法投加系统简介为应对水源季节性或突发性污染，第二水厂在2010年底建设了一套粉末活性炭湿法投加系统。该系统的最大特点是采用负压上料，可以有效减少拆包、上料时的污染；同时取消了常见的料仓。该系统主要由上料系统、配液系统、投加系统、气源系统、控制系统五部分组成。其中，上料系统由负压上料机、上料风机和投料站组成。通过转向阀切换，投料站可分别向两座配液池自动投料，可有效解决粉末飞扬问题，并降低工人劳动强度。而控制系统则由控制柜体、微型逻辑控制器、触摸操作屏、低压电器、指示灯、操作按钮等组成，而用于上料、投加等系统设备控制，具有检测设备运行状态、料位监测报警等功能，能够根据原水流量自动控制投加量（投加系统简图见图1）。图1　粉末活性炭投加系统2.活性炭上料系统控制流程上料时是用漩涡真空气泵在上料机料仓中形成负压，通过投料站的出料管路使投料站料仓内的物料随同外界空气被吸入，形成的料气流被输送至上料机的料仓，在上料机料仓中进行气、料分离后，干净空气经过两级空气过滤器后经风机排出，物料则暂存于上料机料仓中，直到料仓上料位传感器动作或设定的上料时间已到，气动三通阀动作，上料机系统中负压消失，上料过程结束而立即转入放料过程。放料过程开始时，卸料阀板打开，物料迅速卸入受料设备中，稍后，上料机的反吹清洁系统自动启动，反吹系统用5～8KGf/cm2的压缩空气对过滤器进行气吹清洁，同时也加速卸料。设定的放料时间到后，卸料完成，卸料阀板自动关闭并启动三通阀动作，开始下一次的上料过程（上料系统控制时序如图2所示）。图2　活性炭上料系统控制时序图3.存在问题及故障原因分析3.1存在问题在系统运行约一年后，在活性炭上料投加时出现以下问题：（1）1#、4#上料通道出现故障，设备不能运作，主CITYANDTOWNWATERSUPPLY·自动化与信息技术·城镇供水NO.5201475要表现为：1#真空上料风机不能启动运行，导致管道内不能形成负压，物料不能被吸入上料机料仓；4#气动三通阀不能动作，无法完成由上料到下料过程的转换。（2）在上料机料仓内用于气料分离的微孔膜过滤器表面，活性炭粉末极易积聚，堵塞其进气孔，造成反冲困难，进而使过滤器堵塞，上料风机的真空管路气压难以形成，导致投料仓内物料无法被吸入上料仓内，须频繁清洗或更换，浪费大量人力物力。3.2原因分析针对第一个问题，经维修人员检测，上料系统设备部分无故障，原因出现在上料系统的上料微型逻辑控制器上。当该控制器正常工作时，收到上料启动指令后，会根据流程在相应时间段分别对上料真空泵的控制接触器、气动三通阀及上料罐顶反吹阀输出直流24V电源，使其进行相应动作，以完成整个上料控制过程，但由于该微型控制器线路板内电子元件损坏，造成输出时直流电压不正常或无输出，设备不能正常动作（控制器控制电气原理如图3所示）。经与厂家沟通，该逻辑控制器由厂家自行设计，由微型单片机(PIC16F57)和其他功率元件组成，无通用配件且需要专用设备才能将程序代码进行写入芯片，维修或更换周期长而且价格不菲，给设备维修维护带来诸多不便，如若设备故障发生在突发性污染时期，系统无法投加，会严重影响供水安全。对于第二个问题，由于上料系统不断地进行上料和下料的循环过程，虽然每次下料结束前，系统会对过滤器进行一次反冲，但吸附在表面的粉末还是未能彻底清除，在下一上料过程中就会有可能进入过滤器的内部造成堵塞，所以有必要在下料过程中对过滤器表面进行外吹，清洗其表面粉末，防止堵塞。4.应用PLC进行改造4.1改造方案PLC以其可靠性高，编程、接线简单，使用方便，易于扩展等特点在工业自动化系统中得到广泛应用，根据上料控制器在控制过程中对控制各上料设备对应输出点的电压时序图，PLC完全可以替代原控制器，完成上料控制的任务。考虑到原投加系统为分四个上料通道（通过切换阀分别对两个溶解池进行投料），由两个上料控制器分别控制，可采用两台小型PLC(本例采用OMRONCP1—L20DR—D，安装于新增小型控制箱内)将其替代，原控制器的输出控制线改接至PLC输出通道控制的中间继电器上，料位高信号及启/停按钮接入PLC输入点，然后通过编写PLC逻辑控制程序模拟上料控制流程，即可替代原控制器的工作。另外，为对上料机料仓内部微孔膜过滤器进行外吹，有效防止滤芯堵塞，我们在料仓外部加装了滤芯外吹喷头（如图4），由外吹电磁阀的引入压缩空气，在下料过程中进行相应表面粉末清洗，并在PLC中增加了对应的控制程序。4.2PLC控制原理I/O地址分配见表1，控制原理图见图5，PLC输入通道中接入原启/停按钮及料仓高料位传感器触点，输出通道分别各上料设备的控制中间继电器（J1、J5等），其常开触点连接相应设备的控制线圈。4.3PLC程序的编写（控制时序图见图6，控制程序见图7）以1#上料控制系统为例，PLC控制程序详见图5。需要编写遵循注意的问题如下:（1）上料时间初始设定值为18秒，下料时间设为图3　上料控制器电气原理图图4CITYANDTOWNWATERSUPPLY·自动化与信息技术·76城镇供水NO.520146秒，根据以往运行经验，上料时间不能少于8秒，下料时间不能少于6秒，否则投料站投入的活性炭会出现不能被全部输送到料仓的情况，（2）当料位高信号为ON时，系统会自动由上料状态切换至下料状态，然后进入下一个上料循环。（3）上料、下料时间需要修改时，可修改D0、D1对应的赋值指令（MOV）中具体的数字（如#200、#80），单位为0.1秒。如PLC连接控制网络，可通过上位机的组态软件中加入相应的上、下料时间数据库标签，并增加控制窗口，在窗口中实时修改。（4）由于上料系统控制按钮采用一键启/停模式（按一下启动，再按一下停止），手动控制上料系统前，要认真看清按钮说明，防止误操作。（5）1#、3#上料通道是共用同一个上料管路，由切换阀控制分别对两个溶解池进行投料，所以两个通道不能同时运行，必须在程序中加入互锁控制。4．结语PLC有可靠性高，编程简单、扩展能力强，抗干扰能力强等特点。本次改造，应用PLC将活性炭上料控制系统中的厂家自制的微型逻辑控制器进行完美替代，并进行了优化改造，提高控制系统的通用性、灵活性，缩短了设备维修的周期，同时节省了成本，同时也为活性炭投加系统进一步的升级改造打下基础。参考文献[1]康宇炜江圣辉何耀文.基于负压上料的粉末活性炭湿法投加系统[J].中国给水排水2011.10:82-84.作者通联：13928606477图5　活性炭上料控制系统PLC改造电气控制原理图图6　活性炭上料系统PLC改造控制时序图PLC对应地址元件或接点功能说明0.00SB11#上料系统启/停按钮0.01SB23#上料系统启/停按钮0.02S11#料仓料位控制开关0.03S23#料仓料位控制开关100.00J11#真空上料风机100.01J41#气动三通阀100.02J51#反吹阀控制100.03J111#外吹气阀100.04J23#真空上料风机100.05J73#气动三通阀100.06J103#反吹阀100.07J123#外吹气阀表1　I/O地址分配CITYANDTOWNWATERSUPPLY·自动化与信息技术·城镇供水NO.5201477图7　上料系统PLC控制程序