PLC自動(dòng)控制技術(shù)在水處理行業(yè)的應(yīng)用

（上海泓濟(jì)環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?上海 200000）

隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，我們生活的各個(gè)領(lǐng)域都在實(shí)現(xiàn)著不同程度的自動(dòng)化。自動(dòng)化使設(shè)備在操作、控制、監(jiān)視和管理的過(guò)程中，能夠在無(wú)人或少人的情況下按照預(yù)定的程序或計(jì)劃自動(dòng)地進(jìn)行生產(chǎn)，有效的提高了生產(chǎn)中的安全性和可靠性，改善了勞動(dòng)條件，在提高水質(zhì)、降低藥使用量和能耗方面都起到了重要作用。自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：上層為生產(chǎn)管理層，由操作員站及工程師站計(jì)算機(jī)組成，生產(chǎn)管理層通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)或PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)等和PLC（可編程控制器）連接，可實(shí)時(shí)查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀況；中間層為控制層，有PLC（可編程控制器）和其I/O遠(yuǎn)程站組成，可按預(yù)訂的程序?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和發(fā)號(hào)施令，并將實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行狀況發(fā)送到生產(chǎn)管理層；現(xiàn)場(chǎng)層包含儀器儀表、變頻器、電氣元件以及成套設(shè)備等，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息將有效收集到PLC的中央處理器中，并執(zhí)行PLC中央處理器發(fā)出的指令。本文將以某項(xiàng)目為例介紹一下水處理行業(yè)的自動(dòng)化系統(tǒng)，該項(xiàng)目采用超濾系統(tǒng)與反滲透系統(tǒng)的組合方式，其建設(shè)過(guò)程中所用的技術(shù)、控制流程以及控制要求及對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行管理和監(jiān)測(cè)將得到較為詳細(xì)的闡述。

1.控制要求

(1)系統(tǒng)控制

使用PLC技術(shù)對(duì)水處理系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)需能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)操作與手動(dòng)操作的自由切換。且不論在哪種操作模式下都應(yīng)能夠根據(jù)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況對(duì)其工藝參數(shù)要求和控制方式進(jìn)行調(diào)整。主要的工藝參數(shù)（如流量、壓力和電導(dǎo)率等）均可直接在上位機(jī)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)行數(shù)據(jù)。在手動(dòng)操作模式中，系統(tǒng)將允許工作人員對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行獨(dú)立操作。

(2)報(bào)警及保護(hù)

報(bào)警發(fā)生的類型包括：高低液位報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警、流量低及高低壓報(bào)警等。當(dāng)清水箱、超濾產(chǎn)水箱、反滲透水箱及反滲透濃水箱等液位低于設(shè)定的低限或水位高于設(shè)定的高限時(shí)，將發(fā)出相應(yīng)的液位報(bào)警信號(hào)。同時(shí)低液位報(bào)警時(shí)出口的相應(yīng)設(shè)備要停止運(yùn)行，高液位報(bào)警時(shí)入口相應(yīng)的設(shè)備也要停止運(yùn)行。加藥箱的液位低于浮球的低限后將發(fā)出低液位報(bào)警，提醒運(yùn)行人員補(bǔ)充藥劑，同時(shí)停止加藥泵的運(yùn)行。泵類設(shè)備發(fā)生故障報(bào)警時(shí)，一般為控制本設(shè)備的熱繼電器發(fā)生了過(guò)載保護(hù)，配置有變頻的一般為變頻器發(fā)生了故障，需要現(xiàn)場(chǎng)電氣專工進(jìn)行相應(yīng)的處理；閥門(mén)故障形成原因?yàn)榇蜷_(kāi)或關(guān)閉的命令發(fā)出后不能在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到相應(yīng)的效果，遇到此類問(wèn)題就需要儀表專工對(duì)此閥門(mén)來(lái)進(jìn)行問(wèn)題診斷處理；超濾進(jìn)水與濃水超壓報(bào)警后需檢查超濾系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，如手動(dòng)閥是否正常打開(kāi)等；反滲透系統(tǒng)的進(jìn)水與段間差壓大報(bào)警、段間與濃水差壓大報(bào)警、產(chǎn)水壓力大報(bào)警及濃水流量低報(bào)警后需現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員檢查反滲透系統(tǒng)的使用狀況，如是否反滲透膜有堵的狀況或閥門(mén)未打開(kāi)狀況等。

保護(hù)措施主要包括：超濾系統(tǒng)的進(jìn)水與濃水超壓保護(hù)、高壓泵的高低壓保護(hù)、反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水超壓保護(hù)及ORP保護(hù)。超濾系統(tǒng)的進(jìn)水與濃水壓力超過(guò)設(shè)定值時(shí)，說(shuō)明超濾膜可能有堵的現(xiàn)象，超濾系統(tǒng)的程序?qū)⒘⒓赐Ｖ?；高壓泵的高低壓保護(hù)是指高壓泵的入口壓力低于入口壓力表的設(shè)定值，或高壓泵出口壓力高于出口壓力表的設(shè)定值，這時(shí)需終止反滲透系統(tǒng)及高壓泵的運(yùn)行，然后檢查現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)閥門(mén)是不是有未打開(kāi)或查找其它可能引起此問(wèn)題的原因；反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水超壓保護(hù)及ORP保護(hù)為產(chǎn)水壓力超過(guò)設(shè)定壓力及ORP值超過(guò)設(shè)定值時(shí)停止反滲透系統(tǒng)的運(yùn)行，產(chǎn)水超壓一般是因反滲透膜被穿透造成的，ORP值過(guò)高會(huì)對(duì)反滲透膜造成較大傷害。

(3)操作方式

通常情況下，系統(tǒng)采用自動(dòng)運(yùn)行的操作模式，整個(gè)工作過(guò)程不需要工作人員干預(yù)。在檢修或應(yīng)急時(shí)，系統(tǒng)切換到手動(dòng)模式。

2.控制流程

由于本系統(tǒng)為超濾系統(tǒng)和反滲透系統(tǒng)的組合，中間由超濾水箱進(jìn)行了過(guò)渡，所以超濾和反滲透系統(tǒng)能夠相對(duì)比較獨(dú)立的運(yùn)行，它們的控制流程我們將進(jìn)行分別論述。

(1)超濾系統(tǒng)

①系統(tǒng)啟動(dòng)，控制進(jìn)水閥、產(chǎn)水閥和濃水閥的中間繼電器吸合，閥門(mén)開(kāi)始打開(kāi)。待三個(gè)閥門(mén)全部打開(kāi)到位后超濾供水泵對(duì)應(yīng)的接觸器KM吸合，超濾供水泵啟動(dòng)。超濾系統(tǒng)即進(jìn)入了運(yùn)行程序，運(yùn)行人工設(shè)定的時(shí)間（20-30分鐘）以后超濾系統(tǒng)進(jìn)入反洗程序。

②超濾系統(tǒng)產(chǎn)水中止，進(jìn)入反洗程序。按氣洗→排水→反洗1→反洗2→正洗的步序分別進(jìn)行打開(kāi)或關(guān)閉相關(guān)各閥門(mén)、水泵及計(jì)量泵等。每步動(dòng)作的詳細(xì)命令均需參照工藝設(shè)計(jì)的步序圖，每步的運(yùn)行時(shí)間也需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的情況進(jìn)行人工設(shè)定。正洗結(jié)束后開(kāi)始重新進(jìn)入產(chǎn)水程序。

③當(dāng)超濾系統(tǒng)反洗次數(shù)累計(jì)到設(shè)定次數(shù)（如10次）時(shí)將進(jìn)行CEB（堿）反洗，累計(jì)到另一個(gè)設(shè)定次數(shù)（如20次）時(shí)將進(jìn)行CEB（酸）反洗，酸反洗結(jié)束后反洗次數(shù)清零，然后重新累計(jì)計(jì)數(shù)，累計(jì)次數(shù)設(shè)定值需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的狀況進(jìn)行人工設(shè)定或調(diào)整。CEB（堿）或CEB（酸）反洗的步序?yàn)闅庀础潘聪?→反洗2→正洗→排水→CEB（堿或酸）→浸泡→氣洗→排水→反洗1→反洗2→正洗。同第二步，每階段動(dòng)作的詳細(xì)命令也需參照工藝設(shè)計(jì)的步序圖，進(jìn)行打開(kāi)或關(guān)閉相關(guān)閥門(mén)、水泵及計(jì)量泵等。每步的運(yùn)行時(shí)間根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的情況進(jìn)行人工設(shè)定。正洗結(jié)束后開(kāi)始進(jìn)入產(chǎn)水程序。

④以上每個(gè)步驟循環(huán)進(jìn)行。

(2)反滲透系統(tǒng)

①系統(tǒng)啟動(dòng)，反滲透系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)機(jī)沖洗，控制產(chǎn)水排放閥和濃水排放閥的中間繼電器吸合，閥門(mén)開(kāi)始打開(kāi)，待兩個(gè)閥門(mén)全部打開(kāi)到位后與反滲透增壓泵對(duì)應(yīng)的接觸器KM吸合。反滲透增壓泵啟動(dòng)，達(dá)到人工設(shè)定時(shí)間（5分鐘左右）后開(kāi)機(jī)沖洗結(jié)束。

②開(kāi)機(jī)沖洗結(jié)束后反滲透系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行階段，濃水排放閥關(guān)閉，關(guān)閉到位后高壓泵啟動(dòng)，高壓泵的頻率可在上位機(jī)畫(huà)面上根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行人工設(shè)定，由變頻器來(lái)完成調(diào)節(jié)。待產(chǎn)水電導(dǎo)率低于設(shè)定值后，產(chǎn)水排放閥關(guān)閉，反滲透系統(tǒng)開(kāi)始向反滲透水箱進(jìn)行供水。

③當(dāng)停機(jī)命令發(fā)出后，反滲透系統(tǒng)停止運(yùn)行，高壓泵和反滲透增壓泵停止，進(jìn)入停機(jī)沖洗過(guò)程?？刂茮_洗進(jìn)水閥、產(chǎn)水排放閥和濃水排放閥的中間繼電器吸合，待三個(gè)閥門(mén)都打開(kāi)到位后，反滲透沖洗泵對(duì)應(yīng)的接觸器KM吸合，反滲透沖洗泵啟動(dòng)，達(dá)到人工設(shè)定時(shí)間（5分鐘左右）后停機(jī)沖洗結(jié)束。反滲透系統(tǒng)回歸待用狀態(tài)。

3.自動(dòng)控制系統(tǒng)的PLC程序設(shè)計(jì)

(1)PLC應(yīng)用

水處理行業(yè)內(nèi)PLC的應(yīng)用非常廣泛，品牌也非常多，但由以西門(mén)子的產(chǎn)品使用相對(duì)最為普及。本項(xiàng)目自動(dòng)控制系統(tǒng)即采用了西門(mén)子公司的S7-300系列，控制程序采用配套提供的STEP7V5。5SP2版本來(lái)進(jìn)行編程軟件開(kāi)發(fā)。控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過(guò)以太網(wǎng)把程序下載進(jìn)PLC的CPU模塊中，水處理系統(tǒng)的自動(dòng)控制任務(wù)就是由在RUN模式下的CPU模塊來(lái)計(jì)算處理，和其后裝載的數(shù)字量與模擬量I/O模塊來(lái)執(zhí)行的。

(2)PLC編程

在原水箱、超濾水箱、反滲透水箱和反滲透濃水箱等內(nèi)部可安裝高、中、低不同高度的浮球開(kāi)關(guān)；或者安裝靜壓液位計(jì)，接入AI模塊中，由CPU來(lái)計(jì)算液位，并設(shè)定高、中、低液位大小，以掌握液位的高低并控制水箱前后設(shè)備的運(yùn)行和停止。

原水箱低于中液位時(shí)，原水泵啟動(dòng)，將原水注入原水箱中，原水箱到達(dá)高液位時(shí)，原水泵停止處于待啟動(dòng)狀態(tài)。

當(dāng)原水箱高于中液位，超濾水箱低于中液位時(shí)，超濾系統(tǒng)即具備了啟動(dòng)條件。當(dāng)原水箱低于低液位或超濾水箱高于高液位時(shí)，運(yùn)行中超濾系統(tǒng)將會(huì)立即停止。超濾系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，還需啟動(dòng)鹽酸計(jì)量泵來(lái)調(diào)節(jié)超濾進(jìn)水的PH值來(lái)保護(hù)超濾膜。到達(dá)反洗時(shí)間時(shí)，為保證超濾系統(tǒng)能順利完成整個(gè)反洗流程，超濾水箱的液位需要在中液位以上，如果沒(méi)有達(dá)到中液位以上超濾系統(tǒng)將會(huì)一直處于產(chǎn)水狀態(tài)。

當(dāng)超濾水箱高于中液位、反滲透水箱低于中液位和反滲透濃水箱低于中液位時(shí)，反滲透系統(tǒng)即具備了啟動(dòng)條件。反滲透系統(tǒng)運(yùn)行中還需啟動(dòng)阻垢劑計(jì)量泵和還原劑計(jì)量泵，還原劑計(jì)量泵的啟停同時(shí)還受入口ORP分析儀的連鎖。當(dāng)超濾水箱低于低液位、反滲透水箱高于高液位或反滲透濃水箱高于高液位時(shí)，運(yùn)行中的反滲透系統(tǒng)將會(huì)立即停止并進(jìn)入停機(jī)沖洗狀態(tài)。停機(jī)沖洗結(jié)束后進(jìn)入待啟動(dòng)狀態(tài)，液位符合要求后直接啟動(dòng)反滲透系統(tǒng)，不再進(jìn)行開(kāi)機(jī)沖洗。

一些不經(jīng)常使用的操作則可通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行，無(wú)需程序控制，如超濾系統(tǒng)的化學(xué)清洗和反滲透膜清洗等。

本文分別從控制要求、控制流程和PLC編程等三方面對(duì)水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，簡(jiǎn)要說(shuō)明了水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化過(guò)程。水作為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚闹匾Y源，水處理的效果直接關(guān)系到相關(guān)水產(chǎn)品質(zhì)量以及廣大人民的身心健康，通過(guò)PLC自動(dòng)控制技術(shù)在水處理中科學(xué)、有效的應(yīng)用，不僅能極大地提高水質(zhì)和供水的安全可靠性，而且在藥耗、能耗和漏耗上得到有效的降低，實(shí)現(xiàn)了水處理系統(tǒng)在社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的全面提升。