摘要：介紹一種關(guān)于化學(xué)水處理工藝過程的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計，通過闡明化學(xué)水處理工藝特點(diǎn)及PLC控制系統(tǒng)各項功能，給出了一種詳細(xì)的設(shè)計方案．

關(guān)鍵詞 PLC；化學(xué)水處理；控制系統(tǒng)；系統(tǒng)畫面

0 引言

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中使用廣泛的設(shè)備之一，鍋爐水的處理工作，對確保鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)約燃料有著重要的意義，它是鍋爐運(yùn)行中的一項重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作．如果鍋爐給水沒有經(jīng)過水處理或水處理不當(dāng)，不但會縮短鍋爐的使用壽命、浪費(fèi)燃料，甚至?xí)�造成重大設(shè)備事故和人員傷亡．目前鍋爐水處理系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計中使用最廣泛的是離子交換法(化學(xué)處理法)和滲透法(物理處理法)．傳統(tǒng)的水處理過程多為繼電器控制或人工操作，系統(tǒng)故障多，工人勞動強(qiáng)度大，運(yùn)行成本高，本文介紹的是基于PLC的化學(xué)處理法的水處理過程控制系統(tǒng)．

1 工藝流程[1]

化學(xué)水處理的方法主要是離子交換法，即利用離子交換樹脂將水中溶鹽的離子吸收．經(jīng)過一定時間的運(yùn)行以后，離子交換樹脂會失效，這時就需要停止運(yùn)行將樹脂再生(還原)，以便使樹脂可以重新使用(陽離子交換樹脂失效時，使用酸進(jìn)行再生；陰離子交換樹脂失效時，使用堿進(jìn)行再生)．為了保證不問斷的供水，化學(xué)水處理車間設(shè)有3組離子交換器，輪流進(jìn)行再生．

系統(tǒng)的示意圖如圖1所示，該系統(tǒng)由三個系列的過濾器、陽床(陽離子交換器)、除CO，器、陰床(陰離子交換器)、除鹽水箱等多臺設(shè)備組成，程控系統(tǒng)控制工藝流程中的各個閥門、水泵和風(fēng)機(jī)，根據(jù)運(yùn)行時間選擇l#系列、2#系列以及3#系列的運(yùn)行，在工藝模擬圖板上顯示出工藝流程的實際流向，并反映閥門、水泵、風(fēng)機(jī)和加藥泵的運(yùn)行狀態(tài)。

2 運(yùn)行方式和控制系統(tǒng)的構(gòu)成

根據(jù)運(yùn)行的要求，控制裝置需控制三個系列的過濾器、陽床、陰床的投運(yùn)、停運(yùn)和再生，其運(yùn)行方式分為1#系列運(yùn)行、2#系列運(yùn)行、3#系列運(yùn)行、1#系列再生、2#系列再生、3#系列再生．三個系列的運(yùn)行和再生可通過選擇鍵點(diǎn)動或自動進(jìn)行．點(diǎn)動時按編制的程序進(jìn)行操作，用點(diǎn)動按鈕進(jìn)行轉(zhuǎn)步；自動時，按操作人員發(fā)出的啟動指令，由事先設(shè)定的時問自動轉(zhuǎn)步．3套設(shè)備同時在自動控制模式運(yùn)行時，所有設(shè)備均運(yùn)行產(chǎn)水，每套設(shè)備會自動按照預(yù)設(shè)定的運(yùn)行水量定期進(jìn)行再生及運(yùn)行程序，每套設(shè)備在運(yùn)行過程中PLC會自動比對已經(jīng)運(yùn)行的水量參數(shù)，當(dāng)兩套或三套設(shè)備的已運(yùn)行水量比較接近時系統(tǒng)會自動發(fā)出報警，提示設(shè)備管理人員調(diào)整進(jìn)水流量防止出現(xiàn)兩套或三套設(shè)備同時進(jìn)入再生狀態(tài)。

每套設(shè)備由設(shè)定的運(yùn)行水量以及陰床智能電導(dǎo)率儀的測量值配合決定是否進(jìn)行再生．正常運(yùn)行情況下設(shè)備由運(yùn)行轉(zhuǎn)入再生狀態(tài)是由預(yù)設(shè)定的運(yùn)行水量進(jìn)行控制的，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行至設(shè)定的水量終點(diǎn)時，設(shè)備會自動由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入再生狀態(tài)．設(shè)備在正常運(yùn)行狀態(tài)時，當(dāng)遇到突然停電、停水、純水箱高液位停機(jī)、氣動閥進(jìn)氣低壓等情況下，PLC的內(nèi)部計量器會自動保持，待重新啟動時，由原保持流量值繼續(xù)計量，保證系統(tǒng)不會在系統(tǒng)停機(jī)、停水、停氣錯誤時計量．另外，設(shè)備的陰床出水口裝有智能電導(dǎo)率儀，可以防止出現(xiàn)水質(zhì)超標(biāo)的現(xiàn)象．當(dāng)純水水質(zhì)到達(dá)預(yù)設(shè)的電導(dǎo)率時，電導(dǎo)率儀會自動輸出報警信號，PLC會自動接收信號，并強(qiáng)制觸發(fā)設(shè)備由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入再生狀態(tài)，這樣可以保證不會因為原水水質(zhì)發(fā)生變化等原因而使出水水質(zhì)超標(biāo)。

控制系統(tǒng)分為下位機(jī)和上位機(jī)：下位機(jī)采用德國西門子公司的S7—300 PLC，主要硬件配置[2]如下：

CPU315—2DP模件1塊

PS307—1E電源模件1塊

SM322 32點(diǎn)24V數(shù)字量輸出模塊6塊

SM321 32點(diǎn)24V數(shù)字量輸入模塊8塊

SM331 8通道模擬量輸入模塊3塊

CP341—1C，帶RS422／RS485接口的通訊模塊1塊

上位機(jī)的作用主要是提供一個人機(jī)交互界面，使操作人員可以直觀地了解現(xiàn)場各工藝參數(shù)，根據(jù)生產(chǎn)需要發(fā)出相應(yīng)的控制指令．另外還可以使用大容量存儲器記錄歷史數(shù)據(jù)，管理人員據(jù)此了解一段時間內(nèi)的生產(chǎn)狀況，為提高生產(chǎn)效率制定新的生產(chǎn)方案提供可靠的依據(jù)．為實現(xiàn)以上功能，組態(tài)軟件是最優(yōu)的選擇．這里使用的組態(tài)軟件為STEP7 V5．0及Kingview5．0．它集控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人機(jī)界面技術(shù)、圖形技術(shù)于一身，包含動態(tài)顯示、報警、控件、趨勢、網(wǎng)絡(luò)通信等組件，提供了一個友好的用戶界面，只需編寫少量的代碼即可生成高質(zhì)量的控制系統(tǒng)．系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2所示：

3 程序設(shè)計

化學(xué)水處理系統(tǒng)的程序設(shè)計，可按照s7 300PLC的編程指令要求，編制相應(yīng)的程序[3]．此控制系統(tǒng)包括1#系列陽床、陰床投運(yùn)、停運(yùn)程控，2#系列陽床、陰床投運(yùn)、停運(yùn)程控，3#系列陽床、陰床投運(yùn)、停運(yùn)程控，1#系列陽床、陰床再生程控，2#系列陽床、陰床再生程控，3#系列陽床、陰床再生程控．下面以1#系列陽床投運(yùn)程控為例來說明其程序設(shè)計．1#系列陽床投運(yùn)程序流程框圖如圖3所示．當(dāng)1#系列投運(yùn)時，同時開啟1#陽床進(jìn)水閥、頂部排氣閥及運(yùn)行1#清水泵，進(jìn)行陽床正洗排氣1分鐘，然后開陽床正洗水閥，關(guān)頂部排氣閥，進(jìn)行正洗3分鐘，之后關(guān)陽床正洗水閥，開1#陽床出水閥，并投運(yùn)l#CO，脫氣風(fēng)機(jī)，這就是陽床的投運(yùn)程控過程。

4 系統(tǒng)軟件

控制系統(tǒng)在Windows 2000環(huán)境下運(yùn)行，組態(tài)軟件為STEP7 V5．0及Kingview5．0．系統(tǒng)利用組態(tài)軟件Kingview5．0的驅(qū)動程序與下位s7—300PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送數(shù)據(jù)／指令；下位S7—300PLC則通過MPI卡與上位計算機(jī)交換數(shù)據(jù)，每一個驅(qū)動程序都是一個COM對象，這種方式使通訊程序和組態(tài)軟件構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高效率運(yùn)行．

5 系統(tǒng)畫面

系統(tǒng)監(jiān)控操作畫面可有多屏，包括了方便工人操作的監(jiān)控畫面、為軟件工程師提供接口的整定畫面、形象直觀的模擬畫面、易于統(tǒng)計的參數(shù)畫面、便于追查事故原因的歷史趨勢畫面和提供技術(shù)分析信息的實時曲線畫面等等．

畫面分為兩大類：操作員畫面和工程師畫面操作員畫面向操作人員提供了各種數(shù)據(jù)、曲線、功能鍵，顯示內(nèi)容豐富鮮明、操作簡捷可靠．系統(tǒng)中畫面的組態(tài)編制有很多新穎之處，其中模擬畫面中的調(diào)節(jié)閥的閥位均可以從畫面中翻板示意的角度來得知，并在閥旁邊給出了三位有效數(shù)字(一位小數(shù))的百分開度，形象、準(zhǔn)確地反映了現(xiàn)場閥門的實際開度，使操作人員感到熟悉親切；系統(tǒng)共有三套脫氣塔風(fēng)機(jī)及水泵，均為一用一備．為了準(zhǔn)確反映各風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，該畫面中設(shè)置了風(fēng)機(jī)和水泵動態(tài)旋轉(zhuǎn)葉片，運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)及水泵其葉片在旋轉(zhuǎn)，備用風(fēng)機(jī)及水泵葉片不變化，故操作人員可以清晰明了地看到風(fēng)機(jī)及水泵的開備情況，動態(tài)顯示十分逼真；其它設(shè)備如氣動閥門等設(shè)備均有顏色變化來顯示其運(yùn)行情況，如氣動閥門開啟時顏色為綠色，關(guān)閉時為紅色，故障時為黃色；在整個系統(tǒng)管網(wǎng)的各個控制點(diǎn)均有相應(yīng)的采集數(shù)字顯示，真實地反映了各個控制點(diǎn)的瞬時值，總之，畫面中三大管道走向明了，主體設(shè)備位置確切，工作狀態(tài)形象生動，各種參數(shù)“就地顯示”，整個系統(tǒng)運(yùn)行工況集于一屏，一目了然，實為操作員、技術(shù)員所喜愛的主畫面之一．

工程師畫面：為軟件工程師提供了進(jìn)行系統(tǒng)整定的良好界面，是工程師在調(diào)節(jié)中進(jìn)行參數(shù)修改和設(shè)定的重要環(huán)境，也是自控系統(tǒng)的核心．

6 歷史記錄的存儲和報表的打印

在定義變量時，記錄可設(shè)定為不記錄、數(shù)據(jù)變化時記錄和定時記錄．要根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的設(shè)置，如流量變化較快，可選擇“定時記錄”；液位變化較慢，可選擇“數(shù)據(jù)變化時記錄”，這樣有利于節(jié)省存儲空間．對于歷史數(shù)據(jù)的查詢，提供了歷史趨勢曲線，可以通過設(shè)定查詢的起始、終止時間來顯示曲線的走向．

報表有實時報表和歷史報表兩種．實時報表的制作比較簡單，可用Word創(chuàng)建報告的模板，然后借助系統(tǒng)軟件提供的相關(guān)函數(shù)，把當(dāng)前的參數(shù)值顯示出來．歷史報表有日報、月報和年報，由于報表格式復(fù)雜，中間還有大量的公式計算，因此使用Excel電子表格自行編寫程序從歷史數(shù)據(jù)庫中讀取相關(guān)變量，添入表格．

7 結(jié)束語

該系統(tǒng)的設(shè)計是以時間順序控制為主，同時加入智能現(xiàn)場分析儀表電導(dǎo)率儀的配合控制，使該化學(xué)水處理PLC控制系統(tǒng)具有別的控制器無法比擬的優(yōu)越性．該系統(tǒng)得到了水處理工程師及儀控工程師的肯定和好評，已在廣州某不銹鋼廠的鍋爐水制備系統(tǒng)中使用．

參考文獻(xiàn)：
[1]畢效輝，武麗．基于PLC的凈水控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]．中國自動化控制網(wǎng)，2003(3)：69-71．
[2]SIEMENS．SIMATIC s7系列、維修和編程[z]．
[3]王永華，送寅卯等．現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003． 來源：谷騰水網(wǎng)