基于PLC的膜分離反滲透純凈水處理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陳科

【摘 要】本文采用以膜分離技術(shù)為載體的反滲透裝置，結(jié)合某景區(qū)實(shí)際情況，因地制宜

設(shè)計(jì)了基于PLC的純凈水處理控制系統(tǒng)，并利用MCGS嵌入版組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的全自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)控。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行，表明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了純凈水處理的標(biāo)準(zhǔn)，出水水質(zhì)符合純凈水水質(zhì)的各項(xiàng)理化指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】反滲透；PLC；MCGS；監(jiān)控

0 引言

針對(duì)該景區(qū)的實(shí)際情況，我們采用如下的出水工藝流程：首先，來自原水泵的景區(qū)天然水送入石英砂過濾器，待濾除大顆粒懸浮物等雜質(zhì)后，再送入活性炭過濾器處理，待水的導(dǎo)電度和濁度滿足一定的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，然后經(jīng)保安過濾器、超濾裝置最后送入反滲透裝置除去大量的含鹽離子、有機(jī)物、重金屬等有害雜質(zhì)，出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到國家規(guī)定的飲用水理化指標(biāo)及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。過去單一地域的純凈水處理很難做到集中監(jiān)控，資源配置不合理，集中大型化控制只能在大中型的污水處理廠和飲用水加工企業(yè)才能做到，因此這套基于MCGS組態(tài)軟件和PLC，以膜分離技術(shù)為載體的反滲透水處理監(jiān)控系統(tǒng)在該景區(qū)的實(shí)際應(yīng)用填補(bǔ)了小型化商業(yè)應(yīng)用的空白。

1 控制要求

純凈水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求是：

（1）按工藝流程，砂濾、碳濾先反洗后正洗，砂濾、碳濾反洗時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉濾料頂部的超濾進(jìn)水閥；超濾反沖洗時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉砂濾、碳濾出水閥；在正反洗及運(yùn)行之間切換時(shí)，對(duì)應(yīng)的電磁閥應(yīng)遵循先開后關(guān)的規(guī)則，避免入口處水壓波動(dòng)偏大，出現(xiàn)“憋壓”狀況。

（2）可在控制站點(diǎn)的人機(jī)界面（HMI）上靈活設(shè)置碳濾、砂濾的正洗和反洗時(shí)間，超濾的反洗時(shí)間及反滲透的持續(xù)有效運(yùn)行時(shí)間。

（3）進(jìn)水電導(dǎo)、出水電導(dǎo)、反滲透進(jìn)水壓力、濃水壓力四路4～20mA模擬量輸入信號(hào)經(jīng)過電導(dǎo)儀和壓力變送器傳入PLC的模擬量模塊處理后，在站點(diǎn)的HMI上實(shí)時(shí)顯示。

（4）在該處理系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行過程中，要求控制進(jìn)水壓力峰值為3.0MPa，濃水壓力峰值為1.2MPa、進(jìn)水電導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)為2400μs/cm、出水電導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)為30μs/cm。

（5）原水進(jìn)行水處理控制系統(tǒng)后，出水水質(zhì)參數(shù)達(dá)到國家規(guī)定的理化指標(biāo)及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2 方案設(shè)計(jì)

與該純凈水處理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的被控設(shè)備包含增壓泵、高壓泵、原水泵、清洗泵，20個(gè)過濾、超濾、反滲透等工藝使用的進(jìn)水出水電磁閥等，此外人機(jī)界面（HMI）還要對(duì)四路模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。按照系統(tǒng)的規(guī)模和被控對(duì)象的實(shí)際情況并結(jié)合設(shè)計(jì)成本，我們選擇當(dāng)下流行的西門子S7-200 SMART系列PLC ST60做為控制設(shè)備，同時(shí)擴(kuò)展EM/DT32數(shù)字量輸入/輸出模塊和EM/AM06模擬量輸入/輸出模塊，其中EM/AM06模塊用來接收來自電導(dǎo)儀和壓力變送器傳輸?shù)?～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，即進(jìn)水電導(dǎo)、出水電導(dǎo)、反滲透進(jìn)水壓力、濃水壓力四路實(shí)時(shí)監(jiān)控信號(hào)。在無人值守的環(huán)境下，通過HMI，該景區(qū)工作人員能夠直觀形象的了解該系統(tǒng)運(yùn)行的工藝參數(shù)是否達(dá)標(biāo)，同時(shí)也能清晰看到設(shè)備的工作狀況。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目根據(jù)其工藝流程特點(diǎn)，在PLC系統(tǒng)編程中應(yīng)用了在主控程序中調(diào)用子程序模塊的方式，把工藝流程、設(shè)備控制、控制功能等不同功能需求分開設(shè)置，如砂濾、碳濾、超濾、反滲透、清洗、液位等工藝流程子程序模塊，原水泵、故障等設(shè)備控制子程序模塊，初始化、控制塊、模擬量處理等控制功能子程序模塊單獨(dú)設(shè)置，增強(qiáng)了程序的可讀性，縮短了PLC執(zhí)行的掃描周期，提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率。這里我們以模擬量處理子程序模塊為例，該項(xiàng)目采集的模擬信號(hào)為來自壓力變送器和電導(dǎo)儀的4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。該模塊不僅要進(jìn)行模擬量的標(biāo)度變換計(jì)算，而且也要完成信號(hào)的濾波處理。如果PLC接收的來自壓力變送器和電導(dǎo)儀的模擬信號(hào)超出了4～20mA的量程范圍時(shí)，我們就在模擬量塊中濾掉超出量程（即進(jìn)入PLC的模擬量對(duì)應(yīng)數(shù)字小于6400和大于32000）部分的干擾信號(hào)，對(duì)模擬信號(hào)連續(xù)采集100次，對(duì)采樣信號(hào)實(shí)行均值和濾波運(yùn)算，使傳輸?shù)接|摸屏的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 工藝流程監(jiān)控組態(tài)畫面

人機(jī)界面（HMI）的開發(fā)采用MCGS嵌入版組態(tài)軟件。MCGS嵌入版組態(tài)軟件與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。圖1給出了觸摸屏上該系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)畫面。該畫面直觀的展示了系統(tǒng)的工藝流程，使純凈水的生產(chǎn)過程形象地展現(xiàn)在工作人員面前。HMI實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地反映了進(jìn)水、出水電磁閥門和泵的啟停狀態(tài)，且用紅綠顏色切換展示其工作情況，如電磁閥開啟運(yùn)行時(shí)顯示為綠色，關(guān)閉時(shí)顯示為紅色。在動(dòng)畫連接中，把來自現(xiàn)場的液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過百分比伸縮填充，實(shí)時(shí)地顯示了原水箱、中間水箱、清洗水箱和純水箱四個(gè)儲(chǔ)水罐的液位變化情況。砂濾、碳濾等工藝設(shè)備的工作過程也通過內(nèi)部多個(gè)閥門顏色切換形象地顯示了其工作中的狀態(tài)流程變化。整個(gè)系統(tǒng)通過管道串接在一起，系統(tǒng)管網(wǎng)的每個(gè)重要控制節(jié)點(diǎn)都設(shè)置了相應(yīng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示標(biāo)簽，如進(jìn)水電導(dǎo)、濃水電導(dǎo)、進(jìn)水壓力、濃水壓力等，動(dòng)態(tài)地反映了各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)參數(shù)指標(biāo)的當(dāng)前運(yùn)行值。綜上所述，在該監(jiān)控系統(tǒng)的HMI中，主要設(shè)備位置分布合理，系統(tǒng)運(yùn)行情況一目了然，各類參數(shù)實(shí)時(shí)顯示，一張屏就形象地展示了整個(gè)水處理系統(tǒng)的工藝流程及運(yùn)行狀況，為景區(qū)實(shí)地操作和管理人員提供了方便。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)利用了MCGS組態(tài)軟件強(qiáng)大的人機(jī)交互及數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合PLC的高穩(wěn)定運(yùn)行及強(qiáng)大的抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化無人值守控制，在實(shí)際運(yùn)行過程中有效地解決了當(dāng)?shù)鼐皡^(qū)中的天然飲用水源凈化問題，同時(shí)降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了水處理的純度，去除了水中的有害雜質(zhì)，為小范圍內(nèi)純凈水供水創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境，安全性、可靠性都得到了保障。 從長遠(yuǎn)來看，系統(tǒng)為該景區(qū)飲用水源供給創(chuàng)造了客觀的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，達(dá)到了節(jié)能、降耗的目的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]MCGSTPC中級(jí)教程.北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司，2009.

[2]S7-200可編程控制器系統(tǒng)手冊(cè).SIEMENS公司，2007.

[3]靖大為.反滲透系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4]任建新.膜分離技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.