PLC控制技術應用與水處理系統的研究

魏 杰

冀中能源邢臺礦業集團生活后勤服務分公司 河北 邢臺 054000

1 引言

冀中能源集團機關地下室加熱泵組常年為機關辦公大樓、金牛大酒店提供熱水。自來水加熱后水中鈣、鎂等離子極易在金屬管壁上結成水垢，熱水泵、供水管網、閥門及噴淋花灑等由于水垢積聚經常堵塞，影響正常使用，造成費用、能耗較大。為此，筆者通過多處實地考察論證，安裝了一套水處理控制系統，這套系統采用西門子S7-200及傳感器模塊、人機界面外部設置PID參數，達到精度很高的閉環控制。使凈水、污水和中水回用的處理更加完善、控制更加準確、系統運行更加穩定、操作更加方便、系統運行效率更高、更加環保和節能。而且徹底解決了因水垢而帶來的供熱管網堵塞問題，提升了后勤服務質量，使廣大機關職工喝上了更好更健康的放心水。

2 PLC控制系統應用于水處理裝置的要求

結合水處理行業發展趨勢，水處理裝置對PLC自動控制系統的要求如下:PLC設備穩定運行。PLC設備能夠穩定運行，是對自動系統的基本要求，也是最高的要求。PLC設備有較強的抗干擾能力，平均無故障時間長，即使在系統故障的情況下，也能夠最低限度的減少故障損失。節能和環保是現代社會發展對各種工廠、產品的需求，在水處理行業同樣需要考慮到節能和環保的問題。這就需要PLC的程序編寫能夠與現場工藝和設備結合，使控制更加準確，使現場設備在低能耗運行以及加氯、加藥適量的情況下滿足出水水質的要求。

3 水處理PLC系統的控制及設計研究

筆者以生活用水處理系統為控制對象，采用PLC控制技術，設計了一套滿足生活水質要求的自動化水處理系統，并實現對水處理系統運行狀態進行實時監控和管理，保證整個系統運行安全可靠。PLC控制的水處理系統主要有可編程控制器、液位計、電磁閥、高低壓力開關和現場的水泵機組一起組成一個完整的水處理系統，本設計中有3個儲水罐，3臺水泵，采用部分流量調節方法，即3臺水泵中只有1臺水泵在變頻器控制下作變速運行，其余水泵做恒速運行。PLC根據管網壓力自動控制各個水泵之間切換，并根據壓力檢測值和給定值之間偏差進行PID運算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調節流量，使供水管網壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。

3.1 系統控制 系統有18個輸入點和16個輸出點，采用西門子S7-200系列，CPU224中央處理器和EM223模塊，控制方式，設有手動/自動轉換功能?？梢噪S時根據系統各設備的運行狀況對系統的控制方式及工藝參數進行調整。在手動方式下，對各單元進行獨立操作。生產過程中系統出現故障時，及時發出警報。主要的工藝參數，均可直接在盤面或現場儀表上讀出，實時了解系統各設備的運行參數。

3.2 報警及保護設置 高液位報警:原水箱、中間水箱、純水箱水位高過高設定值，發出高液位信號，受控單元停止工作。

中液位報警:原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過中設定值，發出中液位信號，受控單元啟動工作。

低液位報警:原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過低設定值，發出低液位信號并停止出水泵。

高壓泵低壓保護:進水壓力低于低壓開關設定值，發出水壓低信號并停止高壓泵及RO系統。

高壓泵高壓保護:進水壓力高于高壓開關設定值，發出水壓高信號并停止高壓泵及RO系統。

水泵故障報警:水泵熱繼電器動作，發出故障信號，并停止故障泵

3.3 實現手動/自動轉換功能 該功能主要用于應急或檢修，以保證生產供水需求自動操作方式:平時正常工作普遍采用的方式，其整個工作過程不需要人員干預，全自動運行。

3.4 系統單元控制 預處理單元石英砂過濾器、活性炭過濾器為全自動操作運行和反洗。

RO單元RO系統的啟動、運行、沖洗、停機備用等過程均可由PLC實現自動控制。同時，RO系統還設置一塊就地儀表盤和一塊就地操作盤，在就地盤上可讀出RO的有關工藝參數，以及能在就地操作盤上啟停RO進水高壓泵及相關的自動閥門。對RO系統的重要參數如電導率等均設有檢測儀表當高壓泵管路前各進水閥門打開時，進水壓力達到要求后，可啟停高壓泵，檢測高壓泵沒有故障，同時打開產水不合格排放閥，進水壓力達到反滲透工作壓力，然后自動調整濃水排放閥來調節產水流量，當產水電導達到預定值時，關閉產水不合格排放閥。

反滲透正常運行過程保護說明:

檢測進水壓力是否達到要求的設備為進水低壓壓力開關；為確保反滲透的正常運行，考慮到運行過程中以及高壓泵啟動時，對管路會造成瞬時或不間斷的壓力失常、損失等情況，會造成壓力開關的誤動作，從而造成系統報警、停止，故在檢測進水壓力動作時，考慮了一定的延時。

檢測高壓泵是否故障的設備為高壓泵保護器。

濃水管道設置高壓保護開關，檢測到濃水側壓力過高時，系統報警并打開濃水排放電動閥門，進行瀉流。

RO啟停保護在RO停止使用時，首先停止高壓泵，同時打開濃水端排放閥和產水閥，預處理延遲運行一段時間，用經預處理的原水對RO膜組件自動低壓沖洗5 min，以避免濃水中的高濃度鹽類在RO膜表面沉積結垢而影響膜的性能，然后自動關閉濃水電動閥，并停止沖洗。長時間停運，在沖洗后應注入保護液。

清洗系統由于清洗裝置是反滲透系統的維護設備，運行時間和頻率比較低，一般幾個月運行一次，建議采用手動控制方式進行；清洗進行時，首先確保清洗水箱有足夠的清洗液，并且清洗泵、及清洗過濾器進出口各閥門都處于開啟狀態，檢查清洗設備和反滲透裝置之間的管道連接，開啟清洗水泵，清洗裝置進入開啟狀態。

4 結語

通過對生活水質要求的特點分析，筆者設計開發了一套基于PLC的電氣自動化控制的水處理系統。該系統利用PLC實現對多臺水泵電機的啟動和停止運行，同時把水泵電機控制納入自動控制系統利用電導率表、電阻率表實時監控產水質量，該系統不僅有效地保證了水處理系統產水質量，而且具有工作可靠、施工簡單、節能效果顯著、全自動控制、無二次污染等優點。為今后PLC自動控制技術在水處理系統中的應用提供理論指導。