PLC在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要主要以西門子S7-300PLC對工業(yè)水處理系統(tǒng)進行控制(完成硬件設(shè)計與軟件實現(xiàn))，最后對系統(tǒng)進行調(diào)試。實現(xiàn)生產(chǎn)過程集中監(jiān)視、控制管理和分散控制。因此解決了生產(chǎn)過程中減輕勞動強度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性、降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞PLC 水處理 自動控制 程序設(shè)計

中圖分類號:TP27文獻標(biāo)識碼:A

0 引言

大型火力發(fā)電廠通過水汽介質(zhì)在鍋爐、汽機之間進行熱量傳遞，化學(xué)水處理系統(tǒng)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(tǒng)之一。水處理系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量多、操作步驟多、工藝復(fù)雜，為了提高水處理系統(tǒng)的自動化程度，保證控制精度和制水質(zhì)量，實現(xiàn)化學(xué)水處理系統(tǒng)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(tǒng)大多采用以PLC和計算機為核心組成的一套監(jiān)控系統(tǒng)進行控制。

1 水處理系統(tǒng)概況

化學(xué)水處理系統(tǒng)的處理過程是將水源地來的清水經(jīng)澄清池、過濾器以及反滲透裝置等設(shè)備預(yù)處理，除去大顆粒懸浮物等雜質(zhì)，然后經(jīng)過陽床(陽離子交換器)除去Ca2+，Me2+，Na+等陽離子，經(jīng)除碳風(fēng)機和中間水箱除去CO2，然后經(jīng)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?yōu)檫m合主廠房鍋爐用的高品質(zhì)的除鹽水，供主廠房鍋爐與汽機發(fā)電使用。

2 自控系統(tǒng)配置和控制

2.1 自控系統(tǒng)配置

水處理控制系統(tǒng)由下位PLC和上位計算機構(gòu)成兩級集散控制系統(tǒng)。下位機系統(tǒng)采用了SIEMENS公司的S7-300PLC， Step7軟件為下位機編程組態(tài)軟件，上位監(jiān)控機為DELL公司臺式機，以支持實時多任務(wù)多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的公司SIEMENS的Wincc6.0為上位機監(jiān)控組態(tài)軟件。在化學(xué)水處理控制室設(shè)2臺操作員站，其中1臺兼做工程師站。操作員站通過工業(yè)以太網(wǎng)交換機與PLC聯(lián)接。

2.2 控制方式及功能

控制系統(tǒng)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(xiàn)場控制柜或中央控制室控制柜上的按鈕開關(guān)或上位機控制系統(tǒng)上的模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)進行。系統(tǒng)設(shè)定現(xiàn)場控制柜上操作按鈕的優(yōu)先級最高，上位機控制系統(tǒng)的優(yōu)先級高于中央控制柜上的按鈕開關(guān)的優(yōu)先級。當(dāng)系統(tǒng)處于全自動控制方式時，控制系統(tǒng)將按照工藝的要求，自動完成各工藝設(shè)備的運行，無需要人工的干預(yù)。在自動狀態(tài)下能自動完成除鹽水處理的全部流程。

當(dāng)系統(tǒng)處于半自動控制方式時，可以要求某個工藝設(shè)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(dāng)某個工藝設(shè)備有故障時，我們可以將其設(shè)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(tǒng)設(shè)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(shè)備進行單步的手動控制。手動控制主要用于設(shè)備的調(diào)試和檢修。系統(tǒng)對每一個工藝泵設(shè)一組自動和手動控制的轉(zhuǎn)換按鈕和現(xiàn)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(dāng)系統(tǒng)處于軟手動工作方式時，可直接通過上位機的鍵盤或鼠標(biāo)直接對某個工藝的開關(guān)狀態(tài)進行控制。無論系統(tǒng)處于何種工作方式，上位機監(jiān)控系統(tǒng)均能及時記錄和實時檢測系統(tǒng)的運行情況，如系統(tǒng)的水質(zhì)、水量、設(shè)備的運行情況、水的電導(dǎo)和進出水流量值等重要參數(shù)。

無論系統(tǒng)處于何種工作方式，電氣系統(tǒng)均保證有可靠的性能，有足夠的安全防護，保證設(shè)備和人身的安全。在主控系統(tǒng)上設(shè)有急停開關(guān)。無論系統(tǒng)處于何種工作方式，控制時序可任意調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)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(shè)計結(jié)和設(shè)計方法

3.1 程序設(shè)計結(jié)構(gòu)

根據(jù)本工程工藝流程，PLC程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，在PLC編程中采用子程序調(diào)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(xiàn)場調(diào)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(lián)鎖程序、泵控制程序。這些工作狀態(tài)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(diào)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(tài)。通過子程序的調(diào)用，可以控制不同的過濾器。系統(tǒng)共有3個過濾器系統(tǒng)，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(shè)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(diào)用不同的背景數(shù)據(jù)塊來實現(xiàn)控制不同的系統(tǒng)并且控制方法一致的系統(tǒng)。圖1為程序調(diào)用背景數(shù)據(jù)分層結(jié)構(gòu)圖。

圖1程序調(diào)用背景數(shù)據(jù)分層結(jié)構(gòu)

3.2 順序功能圖設(shè)計

現(xiàn)行的設(shè)計方法有經(jīng)驗法、功能圖法、流程圖法、解析法和順序功能圖法及狀態(tài)圖法。順序功能圖法(下轉(zhuǎn)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(tǒng)的再次開發(fā)。順序功能圖法的基本思想是將系統(tǒng)的一個周期劃分為若干個順序相連的階段，根據(jù)輸出量的狀態(tài)變化來劃分的，在任何一步內(nèi)，各輸出量的狀態(tài)不變，但是相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。 這樣編程的思路變的簡單。直接可以轉(zhuǎn)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(jù)每一步閥門控制流程及相水關(guān)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(tài)，沒有符號表示關(guān)閉狀態(tài);I21.2為自動信號;I26.7為壓力開關(guān)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(fēng)機。

圖2過濾器工藝順序功能圖

4 結(jié)束語

通過了解水處理系統(tǒng)控制流程的特點，合理選擇PLC硬件系統(tǒng)及程序編程方法，則可以實現(xiàn)水處理工藝的自動控制。解決了生產(chǎn)過程中減輕勞動強度，保障生產(chǎn)的可靠性、安全性、降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染、提高產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟效益。同時，利用順序功能圖，可以直接轉(zhuǎn)換成程序，具有編程定式，更加嚴(yán)謹(jǐn)，更加直觀特點。同時程序的模塊化設(shè)計，也使程序的可移植性增強。

參考文獻

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