PLC在水處理系統中的應用

摘要主要以西門子S7-300PLC對工業水處理系統進行控制(完成硬件設計與軟件實現)，最后對系統進行調試。實現生產過程集中監視、控制管理和分散控制。因此解決了生產過程中減輕勞動強度，保障生產的可靠性、安全性、降低生產成本，減少環境污染、提高產品的質量及經濟效益。

關鍵詞PLC 水處理 自動控制 程序設計

中圖分類號:TP27文獻標識碼:A

0 引言

大型火力發電廠通過水汽介質在鍋爐、汽機之間進行熱量傳遞，化學水處理系統提供滿足火電廠運行要求的補給水，是火電廠的主要輔助系統之一。水處理系統設備數量多、操作步驟多、工藝復雜，為了提高水處理系統的自動化程度，保證控制精度和制水質量，實現化學水處理系統的計算機自動控制是很有必要的。目前，大型火電廠水處理系統大多采用以PLC和計算機為核心組成的一套監控系統進行控制。

1 水處理系統概況

化學水處理系統的處理過程是將水源地來的清水經澄清池、過濾器以及反滲透裝置等設備預處理，除去大顆粒懸浮物等雜質，然后經過陽床(陽離子交換器)除去Ca2+，Me2+，Na+等陽離子，經除碳風機和中間水箱除去CO2，然后經過陰床(陰離子交換器)除去C1-者S042-，HC03-，HSi03-等陰離子，再通過混床二級精除鹽處理，變為適合主廠房鍋爐用的高品質的除鹽水，供主廠房鍋爐與汽機發電使用。

2 自控系統配置和控制

2.1 自控系統配置

水處理控制系統由下位PLC和上位計算機構成兩級集散控制系統。下位機系統采用了SIEMENS公司的S7-300PLC， Step7軟件為下位機編程組態軟件，上位監控機為DELL公司臺式機，以支持實時多任務多用戶網絡操作系統的公司SIEMENS的Wincc6.0為上位機監控組態軟件。在化學水處理控制室設2臺操作員站，其中1臺兼做工程師站。操作員站通過工業以太網交換機與PLC聯接。

2.2 控制方式及功能

控制系統要求有四種運行方式供用戶選擇，用戶選擇運行方式可通過現場控制柜或中央控制室控制柜上的按鈕開關或上位機控制系統上的模擬轉換開關進行。系統設定現場控制柜上操作按鈕的優先級最高，上位機控制系統的優先級高于中央控制柜上的按鈕開關的優先級。當系統處于全自動控制方式時，控制系統將按照工藝的要求，自動完成各工藝設備的運行，無需要人工的干預。在自動狀態下能自動完成除鹽水處理的全部流程。

當系統處于半自動控制方式時，可以要求某個工藝設備進行全自動方式而別的處于手動控制方式，且二者之間不會相互影響。這樣當某個工藝設備有故障時，我們可以將其設定為手動控制，而別的仍處于自動控制。

手動控制是就地手動，只要將系統設為手動方式，我們只要按就地控制柜上的“啟動”“停止”按鈕，就可以對該工藝設備進行單步的手動控制。手動控制主要用于設備的調試和檢修。系統對每一個工藝泵設一組自動和手動控制的轉換按鈕和現場操作控制柜。軟手動是指通過上位機進行手動控制的一種工作方式，當系統處于軟手動工作方式時，可直接通過上位機的鍵盤或鼠標直接對某個工藝的開關狀態進行控制。無論系統處于何種工作方式，上位機監控系統均能及時記錄和實時檢測系統的運行情況，如系統的水質、水量、設備的運行情況、水的電導和進出水流量值等重要參數。

無論系統處于何種工作方式，電氣系統均保證有可靠的性能，有足夠的安全防護，保證設備和人身的安全。在主控系統上設有急停開關。無論系統處于何種工作方式，控制時序可任意調節，控制系統有過流、缺相、過壓、欠壓等故障自動保護和聲光報警等功能。

3 PLC程序設計結和設計方法

3.1 程序設計結構

根據本工程工藝流程，PLC程序采用模塊化結構，在PLC編程中采用子程序調用的形式，這樣不僅程序可讀性強，而且縮短PLC程序掃描周期，便于現場調試和程序擴展。將工藝控制流程分為過濾器控制程序、陰床控制程序、陽床控制程序、模擬量處理程、報警程序、液位聯鎖程序、泵控制程序。這些工作狀態在同一時刻是唯一的，我們將其做成子程序的方式，被主程序調用。如過濾器控制為例，過濾器的控制分為運行、松濾料、排水、空氣擦洗、水反洗、靜置、正洗幾個狀態。通過子程序的調用，可以控制不同的過濾器。系統共有3個過濾器系統，每個過濾器有反洗排水閥、進水閥、出水閥、正洗排水閥、進壓縮空氣閥、反洗進水閥、排氣閥共7氣動閥門。將這些閥門的軟手動控制程序設計封裝在FB1功能塊中，在以1#過濾器(DB1)、2#過濾器(DB2)、3#過濾器(DB3)來表示不同的過濾器。通過調用不同的背景數據塊來實現控制不同的系統并且控制方法一致的系統。圖1為程序調用背景數據分層結構圖。

圖1程序調用背景數據分層結構

3.2 順序功能圖設計

現行的設計方法有經驗法、功能圖法、流程圖法、解析法和順序功能圖法及狀態圖法。順序功能圖法(下轉第123頁)(上接第119頁)具有更加直觀的特點，便于合作者之間的交流，便于系統的再次開發。順序功能圖法的基本思想是將系統的一個周期劃分為若干個順序相連的階段，根據輸出量的狀態變化來劃分的，在任何一步內，各輸出量的狀態不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態是不同的。 這樣編程的思路變的簡單。直接可以轉換成梯形圖。以過濾器編程為例，過濾器的工藝流程分為正洗、運行、松濾料、排水、空氣擦洗、水反洗、靜置。表1為過濾器控制步序。根據每一步閥門控制流程及相水關泵啟動和工藝控制要求條件畫出順序功能圖。圖2是過濾器工藝順序功能圖。

表1 過濾器控制步序

注:○表示閥門為開啟狀態，沒有符號表示關閉狀態;I21.2為自動信號;I26.7為壓力開關信號;M0.8為全自動/半自動切換;Q8.6為反洗泵;Q6.6為羅茨風機。

圖2過濾器工藝順序功能圖

4 結束語

通過了解水處理系統控制流程的特點，合理選擇PLC硬件系統及程序編程方法，則可以實現水處理工藝的自動控制。解決了生產過程中減輕勞動強度，保障生產的可靠性、安全性、降低生產成本，減少環境污染、提高產品的質量及經濟效益。同時，利用順序功能圖，可以直接轉換成程序，具有編程定式，更加嚴謹，更加直觀特點。同時程序的模塊化設計，也使程序的可移植性增強。

參考文獻

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