淺談PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)

呂沖

摘 要：電氣自動化控制在目前的生產(chǎn)控制中應(yīng)用十分的廣泛，主要是因?yàn)檫@種控制的準(zhǔn)確性高、時效性好，綜合效果顯著，因此電氣自動化控制的推廣和應(yīng)用范圍在不斷的擴(kuò)大。就目前的具體分析來看，水處理對于當(dāng)前的水資源循環(huán)利用有非常重要的價值，而水處理系統(tǒng)的有效控制能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)作用價值的最優(yōu)發(fā)揮，因此在水處理系統(tǒng)實(shí)踐中利用電氣自動化控制十分的必要。文章基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)進(jìn)行分析，旨在明確水處理自動化控制系統(tǒng)的具體控制要求以及控制流程等，從而為系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)踐提供指導(dǎo)和幫助。

關(guān)鍵詞：PLC;電氣自動化控制;水處理系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0085-02

水處理系統(tǒng)的利用能夠有效的推進(jìn)水資源的循環(huán)利用，這對于當(dāng)前我國水資源緊張的局面緩解有重要的意義，因此深化水處理系統(tǒng)的研究和利用具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)價值。就目前的分析來看，基于PLC設(shè)計的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)，其在實(shí)踐中具有較強(qiáng)的可靠性，能夠及時、準(zhǔn)確的對水處理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證整個廠實(shí)現(xiàn)污水的高效處理。總之，基于PLC設(shè)計的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)能夠全面的提高污水處理實(shí)效，這對于當(dāng)前的水資源循環(huán)利用有重要的價值，因此具體分析基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)設(shè)計有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 水處理自動化控制系統(tǒng)的控制要求

水處理的自動化控制系統(tǒng)要達(dá)到預(yù)期的控制目標(biāo)必須要確立明確的控制要求，這樣，具體的控制設(shè)計才會更具方向性。就目前的分析來看，具體的控制要求需要從三方面做確定：其一是控制系統(tǒng)的要求。為了保證完整且有效的控制系統(tǒng)設(shè)計，5方面的要求必須要實(shí)現(xiàn)：（1）自動控制的實(shí)現(xiàn)需要采用PLC控制方式，同時還要設(shè)置手動控制。（2）系統(tǒng)的控制方式以及具體的控制參數(shù)等能夠及時的根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整和改變。（3）在手動控制情況下各個單元的操作要保持獨(dú)立。（4）在生產(chǎn)的過程中如果系統(tǒng)發(fā)生了故障需要立即發(fā)出警報。（5）主要的工藝參數(shù)等能夠直接在儀表上進(jìn)行讀出，也就是說各系統(tǒng)的實(shí)時參數(shù)要能夠及時的了解和掌握。

其二是報警及保護(hù)方面的要求，具體內(nèi)容有6項(xiàng)：（1）高液位報警必須要得到保障。（2）中液位狀態(tài)顯示需要得到保障。（3）低液位報警需要得到保障。（4）高壓泵低壓保護(hù)要實(shí)現(xiàn)。當(dāng)進(jìn)水壓力比設(shè)定的低壓開關(guān)值低的時候水壓低信號要及時發(fā)出，高壓泵要停止。（5）高壓泵高壓保護(hù)。當(dāng)進(jìn)水壓力比設(shè)定的高壓開關(guān)值高的時候水壓高信號要及時發(fā)出，高壓泵以及RO系統(tǒng)要停止。（6）水泵故障報警。水泵故障會引發(fā)整個系統(tǒng)運(yùn)行問題，因此在系統(tǒng)設(shè)計的時候水泵故障報警系統(tǒng)必須要滿足要求。

其三是操作方式要求。從現(xiàn)實(shí)分析來看，具體要求的操作方式主要是應(yīng)用于設(shè)備運(yùn)行、應(yīng)急處理和故障檢修，從而保證生產(chǎn)實(shí)踐。就這方面的具體要求來講，在平時的工作中采用自動運(yùn)行，而且整個工作過程人員可以不對其進(jìn)行干預(yù)。

2 電氣系統(tǒng)控制流程

電氣系統(tǒng)的控制有其基本的流程，分析具體的流程這對于了解系統(tǒng)運(yùn)行來講有重要意義。就現(xiàn)實(shí)電氣系統(tǒng)控制而言，其流程分為7步，以下是具體的介紹。

第一步是實(shí)現(xiàn)接觸器KMIA通電，此時反洗水泵運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)KMIA常開點(diǎn)閉合后反洗水泵的運(yùn)行方式會呈現(xiàn)星形。對時間繼電器KTI延時通電，它的常開點(diǎn)閉合后常閉點(diǎn)會斷開，此時的反洗水泵的運(yùn)動方式會呈現(xiàn)三角形。

第二步是保持循環(huán)水泵1的運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)接觸器KM2通電。此時KM2常開點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，循環(huán)水泵1的指示燈會保持燈亮。如果循環(huán)水泵1出現(xiàn)過載，且FR2常開點(diǎn)閉合后常閉點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，此時循環(huán)水泵1處于停止運(yùn)行狀態(tài)。

第三步，循環(huán)水泵2在運(yùn)行的時候會使接觸器KM3處于通電狀態(tài)，此時KM3常開點(diǎn)處于閉合狀態(tài)，循環(huán)水泵2的指示燈處于燈亮狀態(tài)。當(dāng)循環(huán)水泵2發(fā)生過載現(xiàn)象時FR3常開點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，循環(huán)水泵2會停止運(yùn)行。

第四步是當(dāng)循環(huán)水箱處于液位比較低的時候，液位浮球LS3會通電，繼電器KA3也會通電，如此一來循環(huán)水箱低位指示燈亮。此時的KA1和KA2線圈均會通電，常開點(diǎn)會處于閉合狀態(tài)，KA4也會通電，常開點(diǎn)又會閉合，加藥泵開始啟動。

第五步是手動啟動1#潛污泵，此時接觸器KM4會處于通電狀態(tài)，常開點(diǎn)會閉合，1#潛污泵的指示燈亮。當(dāng)1#潛污泵過載時熱繼FR4斷開，F(xiàn)R4常閉觸點(diǎn)打開，1#潛污泵運(yùn)行停止，過載指示燈亮。

第六步是手動啟動2#潛污泵，讓接觸器KM5通電，此時常開點(diǎn)處于閉合狀態(tài)。2#潛污泵的運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)2#潛污泵過載時熱繼FR5斷開，F(xiàn)R5常閉點(diǎn)打開，2#潛污泵停止運(yùn)行，過載指示燈亮。

第七步是手動啟動3#潛污泵，讓接觸器KM6通電，此時常開點(diǎn)會處于閉合狀態(tài)。3#潛污泵的運(yùn)行指示燈發(fā)亮。當(dāng)3#潛污泵過載時熱繼FR6斷開，F(xiàn)R6常閉點(diǎn)打開，3#潛污泵的運(yùn)行停止，過載指示燈亮。

以上是電氣系統(tǒng)的具體控制流程，通過分析，對整個水處理控制系統(tǒng)的具體運(yùn)行流程有了進(jìn)一步的掌握。

3 基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)設(shè)計

基于PLC設(shè)計電氣自動化控制水處理系統(tǒng)能夠有效的提升水處理系統(tǒng)的利用價值，這對于水處理的整體成效提高有重要的意義，所以對水處理系統(tǒng)做分析意義顯著。

3.1 控制系統(tǒng)概述

就現(xiàn)階段基于PLC設(shè)計的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)分析來看，自動化控制主要包括了五個基本單元，分別是遠(yuǎn)程輸入輸出單元、PLC控制站、中央監(jiān)控站、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及工廠計算機(jī)管理系統(tǒng)。這五個單元在利用現(xiàn)場高速數(shù)據(jù)網(wǎng)以及工業(yè)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上構(gòu)成完整的自控系統(tǒng)，而此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對工藝過程的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控以及具體的管理工作。就此系統(tǒng)的控制方式分析來看，主要利用的是就地控制、遠(yuǎn)程手動控制和遠(yuǎn)程自動控制三層控制模式。在整個系統(tǒng)正常運(yùn)行的時候，主要的控制方式為遠(yuǎn)程自動控制。

3.2 控制單元的劃分

從基于PLC設(shè)計的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)分析來看，不同的控制單元會承擔(dān)不同的工作，因此需要對系統(tǒng)的控制單元做明確的劃分。基于工藝流程和總平面布局，以就近采集和單元控制為劃分控制系統(tǒng)原則，可以將控制單元劃分為5個PLC控制站，分別是預(yù)處理控制站、變配電控制站、脫水間控制站、MBR控制站和臭氧發(fā)生間控制站。其中預(yù)處理控制站主要有粗格柵、提升泵等設(shè)備;變配電控制站有生化池、支配電站等設(shè)備;脫水間控制站有儲泥池、污泥脫水系統(tǒng)等;MBR控制站有膜設(shè)備間等;臭氧發(fā)生間控制站有臭氧發(fā)生間、消毒接觸池等，以下是具體的控制單元劃分結(jié)構(gòu)圖（圖1）。

3.3 硬件設(shè)計

基于PLC做電氣自動化控制水處理系統(tǒng)的設(shè)計，一項(xiàng)重要的內(nèi)容是做硬件設(shè)計。就現(xiàn)實(shí)分析來看，PLC控制站采用SIMATIC CPU AS 410 Smart控制器和ET200PA系列的IO模塊，具體設(shè)計可以采用冗余和不冗余兩種方案，此次分析的主要是針對重要MBR控制站的冗余方案（圖2），至于其他的控制站則使用不冗余的方案。對CPU410Smart控制器做具體分析可知其配有兩個具有獨(dú)立性的IO接口，標(biāo)配會帶有防護(hù)涂層，集成48MB的裝載儲存器。此系統(tǒng)在工作中平均的處理時間是110μs，最大的IO尋址范圍為16KB。ET200PA會支持總線的冗余，所以利用兩個相互為備份的接口模塊可以實(shí)現(xiàn)兩個控制器下總線的分別連接，而兩個接口模塊能夠?qū)崿F(xiàn)無縫的切換。

3.4 軟件設(shè)計

基于PLC做電氣自動化控制水處理系統(tǒng)在實(shí)踐中要真正的發(fā)揮作用，還需要做具體的軟件設(shè)計。就具體的軟件設(shè)計分析來看，主要采用SIMATIC PCS7 V8.0 SP1以上版本軟件，其主要包含兩套系統(tǒng)，分別為工程組態(tài)系統(tǒng)和操作員系統(tǒng)。工程組態(tài)系統(tǒng)可以用來組態(tài)基于SIMATIC CPU AS 410 Smart的控制平臺，還可以對APL功能庫等進(jìn)行充分的使用，以此來實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目程序的編寫。操作員系統(tǒng)在工程組態(tài)當(dāng)中利用編譯能夠自動的生成基本的數(shù)據(jù)，具體的數(shù)據(jù)有變量、消息以及畫面操作圖示等等。污水處理軟件能夠?qū)ξ鬯幚淼恼麄€過程進(jìn)行顯示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對其的控制，促進(jìn)高效的生產(chǎn)。就系統(tǒng)的功能分析來看，在除去控制功能外，另一個重要的功能是生產(chǎn)管理功能。

4 結(jié)語

綜上所述，基于PLC的電氣自動化控制水處理系統(tǒng)利用對于生產(chǎn)實(shí)踐的穩(wěn)定和安全有重要的影響，對于水資源的循環(huán)性利用也有突出的價值，因此基于PLC設(shè)計控制系統(tǒng)現(xiàn)實(shí)意義十分顯著。文章在分析具體的水處理自動化控制系統(tǒng)要求基礎(chǔ)上對電氣自動化控制的流程做分析，然后基于PLC進(jìn)行程序設(shè)計，這有效的實(shí)現(xiàn)了基于PLC的電氣自動化控制的水處理系統(tǒng)利用。

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