PLC控制技術(shù)應(yīng)用與水處理系統(tǒng)的研究

魏 杰

冀中能源邢臺(tái)礦業(yè)集團(tuán)生活后勤服務(wù)分公司 河北 邢臺(tái) 054000

1 引言

冀中能源集團(tuán)機(jī)關(guān)地下室加熱泵組常年為機(jī)關(guān)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(jié)成水垢，熱水泵、供水管網(wǎng)、閥門及噴淋花灑等由于水垢積聚經(jīng)常堵塞，影響正常使用，造成費(fèi)用、能耗較大。為此，筆者通過多處實(shí)地考察論證，安裝了一套水處理控制系統(tǒng)，這套系統(tǒng)采用西門子S7-200及傳感器模塊、人機(jī)界面外部設(shè)置PID參數(shù)，達(dá)到精度很高的閉環(huán)控制。使凈水、污水和中水回用的處理更加完善、控制更加準(zhǔn)確、系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、操作更加方便、系統(tǒng)運(yùn)行效率更高、更加環(huán)保和節(jié)能。而且徹底解決了因水垢而帶來的供熱管網(wǎng)堵塞問題，提升了后勤服務(wù)質(zhì)量，使廣大機(jī)關(guān)職工喝上了更好更健康的放心水。

2 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用于水處理裝置的要求

結(jié)合水處理行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，水處理裝置對(duì)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求如下:PLC設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。PLC設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，是對(duì)自動(dòng)系統(tǒng)的基本要求，也是最高的要求。PLC設(shè)備有較強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間長(zhǎng)，即使在系統(tǒng)故障的情況下，也能夠最低限度的減少故障損失。節(jié)能和環(huán)保是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)各種工廠、產(chǎn)品的需求，在水處理行業(yè)同樣需要考慮到節(jié)能和環(huán)保的問題。這就需要PLC的程序編寫能夠與現(xiàn)場(chǎng)工藝和設(shè)備結(jié)合，使控制更加準(zhǔn)確，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在低能耗運(yùn)行以及加氯、加藥適量的情況下滿足出水水質(zhì)的要求。

3 水處理PLC系統(tǒng)的控制及設(shè)計(jì)研究

筆者以生活用水處理系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用PLC控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套滿足生活水質(zhì)要求的自動(dòng)化水處理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)水處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。PLC控制的水處理系統(tǒng)主要有可編程控制器、液位計(jì)、電磁閥、高低壓力開關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的水處理系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有3個(gè)儲(chǔ)水罐，3臺(tái)水泵，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺(tái)水泵中只有1臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。PLC根據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制各個(gè)水泵之間切換，并根據(jù)壓力檢測(cè)值和給定值之間偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)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(tǒng)控制 系統(tǒng)有18個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，采用西門子S7-200系列，CPU224中央處理器和EM223模塊，控制方式，設(shè)有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。可以隨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行狀況對(duì)系統(tǒng)的控制方式及工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在手動(dòng)方式下，對(duì)各單元進(jìn)行獨(dú)立操作。生產(chǎn)過程中系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)。主要的工藝參數(shù)，均可直接在盤面或現(xiàn)場(chǎng)儀表上讀出，實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。

3.2 報(bào)警及保護(hù)設(shè)置 高液位報(bào)警:原水箱、中間水箱、純水箱水位高過高設(shè)定值，發(fā)出高液位信號(hào)，受控單元停止工作。

中液位報(bào)警:原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過中設(shè)定值，發(fā)出中液位信號(hào)，受控單元啟動(dòng)工作。

低液位報(bào)警:原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過低設(shè)定值，發(fā)出低液位信號(hào)并停止出水泵。

高壓泵低壓保護(hù):進(jìn)水壓力低于低壓開關(guān)設(shè)定值，發(fā)出水壓低信號(hào)并停止高壓泵及RO系統(tǒng)。

高壓泵高壓保護(hù):進(jìn)水壓力高于高壓開關(guān)設(shè)定值，發(fā)出水壓高信號(hào)并停止高壓泵及RO系統(tǒng)。

水泵故障報(bào)警:水泵熱繼電器動(dòng)作，發(fā)出故障信號(hào)，并停止故障泵

3.3 實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能 該功能主要用于應(yīng)急或檢修，以保證生產(chǎn)供水需求自動(dòng)操作方式:平時(shí)正常工作普遍采用的方式，其整個(gè)工作過程不需要人員干預(yù)，全自動(dòng)運(yùn)行。

3.4 系統(tǒng)單元控制 預(yù)處理單元石英砂過濾器、活性炭過濾器為全自動(dòng)操作運(yùn)行和反洗。

RO單元RO系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行、沖洗、停機(jī)備用等過程均可由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。同時(shí)，RO系統(tǒng)還設(shè)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(guān)工藝參數(shù)，以及能在就地操作盤上啟停RO進(jìn)水高壓泵及相關(guān)的自動(dòng)閥門。對(duì)RO系統(tǒng)的重要參數(shù)如電導(dǎo)率等均設(shè)有檢測(cè)儀表當(dāng)高壓泵管路前各進(jìn)水閥門打開時(shí)，進(jìn)水壓力達(dá)到要求后，可啟停高壓泵，檢測(cè)高壓泵沒有故障，同時(shí)打開產(chǎn)水不合格排放閥，進(jìn)水壓力達(dá)到反滲透工作壓力，然后自動(dòng)調(diào)整濃水排放閥來調(diào)節(jié)產(chǎn)水流量，當(dāng)產(chǎn)水電導(dǎo)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，關(guān)閉產(chǎn)水不合格排放閥。

反滲透正常運(yùn)行過程保護(hù)說明:

檢測(cè)進(jìn)水壓力是否達(dá)到要求的設(shè)備為進(jìn)水低壓壓力開關(guān)；為確保反滲透的正常運(yùn)行，考慮到運(yùn)行過程中以及高壓泵啟動(dòng)時(shí)，對(duì)管路會(huì)造成瞬時(shí)或不間斷的壓力失常、損失等情況，會(huì)造成壓力開關(guān)的誤動(dòng)作，從而造成系統(tǒng)報(bào)警、停止，故在檢測(cè)進(jìn)水壓力動(dòng)作時(shí)，考慮了一定的延時(shí)。

檢測(cè)高壓泵是否故障的設(shè)備為高壓泵保護(hù)器。

濃水管道設(shè)置高壓保護(hù)開關(guān)，檢測(cè)到濃水側(cè)壓力過高時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并打開濃水排放電動(dòng)閥門，進(jìn)行瀉流。

RO啟停保護(hù)在RO停止使用時(shí)，首先停止高壓泵，同時(shí)打開濃水端排放閥和產(chǎn)水閥，預(yù)處理延遲運(yùn)行一段時(shí)間，用經(jīng)預(yù)處理的原水對(duì)RO膜組件自動(dòng)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(jié)垢而影響膜的性能，然后自動(dòng)關(guān)閉濃水電動(dòng)閥，并停止沖洗。長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，在沖洗后應(yīng)注入保護(hù)液。

清洗系統(tǒng)由于清洗裝置是反滲透系統(tǒng)的維護(hù)設(shè)備，運(yùn)行時(shí)間和頻率比較低，一般幾個(gè)月運(yùn)行一次，建議采用手動(dòng)控制方式進(jìn)行；清洗進(jìn)行時(shí)，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(jìn)出口各閥門都處于開啟狀態(tài)，檢查清洗設(shè)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(jìn)入開啟狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)生活水質(zhì)要求的特點(diǎn)分析，筆者設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于PLC的電氣自動(dòng)化控制的水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)水泵電機(jī)的啟動(dòng)和停止運(yùn)行，同時(shí)把水泵電機(jī)控制納入自動(dòng)控制系統(tǒng)利用電導(dǎo)率表、電阻率表實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)水質(zhì)量，該系統(tǒng)不僅有效地保證了水處理系統(tǒng)產(chǎn)水質(zhì)量，而且具有工作可靠、施工簡(jiǎn)單、節(jié)能效果顯著、全自動(dòng)控制、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)。為今后PLC自動(dòng)控制技術(shù)在水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。