基于PLC的鍋爐水處理控制系統設計

【摘要】介紹了基于PLC的鍋爐水處理控制系統的設計方案、系統組成、硬件配置和軟件結構，闡述了控制系統的硬件和軟件設計過程。實際應用表明，該控制器可以獲得滿意的控制效果。

【關鍵詞】水處理;PLC;程序設計;順序控制

Abstract：This paper introduces design scheme，components，hardware equipment and software structure of control equipment for boiler water treatment based on PLC. The hardware and software design of the control system are expounded. The actual application confirmed that the designed system presents the characteristics of high automation，high reliability and the efficiency are effective improved.

Key words：water treatment;PLC;programming;sequence control

1.引言

工業鍋爐水處理的主要內容是水的軟化，即除去水中的鈣鎂硬度鹽，防止鍋爐結垢。在生產中鍋爐水的軟化處理是一項重要的安全指標，它是防止鍋爐結垢、腐蝕，保證蒸汽品質的主要措施，對保證鍋爐安全經濟運行有著重要的意義，因此，對于鍋爐水處理的技術要求愈來愈高。本文所設計的鍋爐水處理控制裝置，由高低水位控制進水閥開關，選用PLC為控制器，通過編程實現水處理的循環控制，提高了水處理的自動化程度和生產效率。

2.軟水生產工藝過程及控制要求

軟化水設備的工作原理是基于陽離子交換原理。水由交換柱上流下，與交換樹脂中的鹽離子充分接觸達到把原水中的雜質、易結垢的重金屬陽離子去除掉。其生產工藝大致分為下列幾步：

（1）松床：主要把交換柱中壓緊的交換樹脂充分沖開使之與要處理的水充分接觸;

（2）再生：水處理經過一段時間后，交換器樹脂中的鹽離子會失去導致交換失效，要對交換樹脂進行反洗，再用酸（或堿）溶液對樹脂進行處理，使其恢復交換能力;

（3）置換：在置換過程中，軟化水由上而下流經交換柱，沖洗掉樹脂中的鈉離子，實現鈉離子交換鈣鎂離子;

（4）清洗：把樹脂中殘留的氯離子洗凈。

圖1 水處理工藝流程

在實際運行中有A、B兩套完全相同的結構構成一個系統，共有四個工位，各自工作于不同的工作流程，交替進行，各工位之間通過電機轉動換位。當A（B）處于再生，置換過程時，B（A）要處于交換過程，以便為鍋爐提供所需的軟化水。工藝流程圖如1所示（1#為進水閥，2#為再生閥）。

根據需要各個工位的運行時間長度不同。要求控制系統應能夠設置、修改、存儲各工位的運行時間長度，并能按照設置的各工位時間長度自動切換工作流程，控制各閥門的開關。配合水位檢測器，系統應能自動檢測存儲軟化水容器的水位高低。達到上限時，系統應能自動停止運行，達到下限應能自動啟動系統重新運行。水處理不管在怎樣的情況下停止，設置的數據不能丟失，停止之前的運行狀態應能保存下來，重新運行時接著原來的狀態運行。

3.系統硬件設計

本系統采用PLC為控制核心，根據鍋爐水處理控制要求分析，該PLC有7個輸入信號：自動、手動選擇開關，總停止按鈕，啟動按鈕，工位切換手動按鈕2個，液位傳感器2個，共需要7個輸入點。PLC輸出控制對象主要是控制電路中的執行器件，如接觸器、電磁閥等。本機床中的執行器件有2個交流接觸器，2個進水電磁閥，2個再生電磁閥，需占用6個輸出點。考慮系統的各技術指標及以后擴展性能，選用信捷公司的XC2-14RT-E機型，該機基本單元有8點輸入，6點輸出，完全能滿足控制要求。PLC的I/O分配如表1所示。

表1 PLC控制I/O分配表

輸入信號 輸入點編號 輸出信號 輸出點編號

手動/自動選擇開關 X0 A#工位轉換電機 Y0

啟動按鈕 X1 B#工位轉換電機 Y1

停止按鈕 X2 A#進水電磁閥 Y2

工位切換手動按鈕1 X3 B#進水電磁閥 Y3

工位切換手動按鈕2 X4 A#再生電磁閥 Y4

液位上限 X5 B#再生電磁閥 Y5

液位下限 X6

控制系統結構框圖如圖2所示。

圖2 控制系統框圖

圖3 水處理工藝控制流程

本系統采用觸摸屏實現人機交互，觸摸屏主要是替代傳統的鍵盤和控制面板，以動畫的形式表現自動化控制過程，不僅用于數據的存儲和顯示，而且可以簡化系統的控制程序。根據要求本系統應在觸摸屏上顯示柱號、工位號和工作時間等內容。系統整個工作流程是按照設定的時間間隔，控制各工位的輪換，這都由內部時鐘來提供參考時間。通過按鍵設置的工位時間長度能保存起來，由掉電保持的數據存儲器來保存。

4.控制系統程序設計

由鍋爐水處理系統的控制要求可知，其為順序控制過程，所以可運用狀態編程思想，采用步進順控指令對其進行控制。根據控制要求，系統在啟動并且初始化之后，都要進行工作方式的選擇，即自動控制和手動控制，二者之間的切換通過選擇開關SA實現。系統控制流程圖如圖3所示。

5.結束語

本文設計的用于軟化水設備的PLC控制系統，與同類控制系統相比，整個組成電路結構簡單，系統可靠性高，維護方便。經實際應用，充分克服了原繼電接觸器控制系統的缺點，觸摸屏作為顯示終端，提高了人機界面的靈活性，可將提升機的運行狀態和故障信息直觀顯示出來，方便操作人員快速處理設備故障，大大提高了系統的可靠性。

參考文獻

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作者簡介：齊加俊（1968—），機電工程師，主要研究方向：機電自動化控制技術。