基于PLC水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 34 頁(yè) 共 34 頁(yè)1 引言1.1 本課題的研究目的和意義純水在電子工業(yè)主要是電子元器件生產(chǎn)中的重要作用日益突出，純水水質(zhì)已成為影響電子元器件產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成品率及生產(chǎn)成本的重要因素之一，水質(zhì)要求也越來越高。在電子元器件生產(chǎn)中，純水主要用作清洗用水及用來配制各種溶液、漿料，不同的電子元器件生產(chǎn)中純水的用途及對(duì)水質(zhì)的要求不同。由于現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)水質(zhì)提出日益嚴(yán)格的要求，因而直接采用原水作原料、工藝用水或生產(chǎn)過程用水的部門逐漸增多，制造純水的技術(shù)也相應(yīng)得到迅速發(fā)展。在晶體管、集成電路生產(chǎn)中，純水主要用于清洗硅片，另有少量用于藥液配制，硅片氧化的水汽源，部分設(shè)備的冷卻水，配制電鍍液等。集成電路生產(chǎn)過程中的80%的工序需要使用超純水清洗硅片，水質(zhì)的好壞與集成電路的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)成品率關(guān)系很大。水中的堿金屬（K、Na等）會(huì)使絕緣膜耐壓不良，重金屬（Au、Ag、Cu等）會(huì)使PN結(jié)耐壓降低，族元素（B、Al、Ga等）會(huì)使N型半導(dǎo)體特性惡化，V族元素（P、As、Sb等）會(huì)使P型半導(dǎo)體特性惡化，水中細(xì)菌高溫碳化后的磷（約占灰分的20-50%）會(huì)使P型硅片上的局部區(qū)域變?yōu)镹型硅而導(dǎo)致器件性能變壞，水中的顆粒（包括細(xì)菌）如吸附在硅片表面，就會(huì)引起電路短路或特性變差。純水在食品、電子等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的用途。由于各種原因，地球上天然飲用水的數(shù)量和質(zhì)量正在逐年下降。這個(gè)問題是非常迫切的。凈水市場(chǎng)本身也在積極地發(fā)展，并且每年都會(huì)獲得大量的投資?，F(xiàn)今工業(yè)凈水的需求呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。所謂純水并非指化學(xué)純的水，而是指在一定程度上去除了各種雜質(zhì)的水。用離子交換法主要去除的是水的硬度(Ca2+、Mg2+)，而并沒有把水中包括非硬度鹽在內(nèi)的所有強(qiáng)電解質(zhì)者去除，而且水中還存在硅酸等弱電解質(zhì)以及氣體、膠體、有機(jī)物、細(xì)菌等雜質(zhì)，根據(jù)這些雜質(zhì)的去除程度把純水又分為除鹽水、純水和超純水幾個(gè)等級(jí)。按生產(chǎn)工藝的實(shí)際需要，許多部門都提出了對(duì)純水的要求。如在醫(yī)藥、精制糖、高級(jí)紙制造、合成纖維、電影膠片、電子工業(yè)、高壓鍋爐用水以及其他部門都要求使用除鹽水或純水。而在超高壓鍋爐、高絕緣材料、精密電子元件、原子能工業(yè)等則要求使用超純水。在精密工業(yè)清洗的許多領(lǐng)域，水中含有微量雜質(zhì)都會(huì)影響制品的精度，如屬于最先進(jìn)的精密工業(yè)的光學(xué)儀器、電子機(jī)械、半導(dǎo)體元件等領(lǐng)域，洗滌后沖洗用水中存在的微量雜質(zhì)在干燥之后會(huì)在被洗物表面形成污點(diǎn)或斑跡，這是造成元件表面覆蓋膜會(huì)存在氣孔的原因，也是造成其導(dǎo)電性變差，機(jī)械性能變壞的原因。電子工業(yè)中一些精密元件的制造和清洗都要求使用高純水心口果電子管陰極涂面混入雜質(zhì)則會(huì)影響電子發(fā)射；在電視攝像管和電視機(jī)熒光屏制造過程中混入微量銅、鐵等金屬就會(huì)使畫面變色。在半導(dǎo)體晶體管制造、集成電路蝕刻過程中對(duì)水質(zhì)要求更高。由于大規(guī)模的集成電路對(duì)水質(zhì)要求很高，這對(duì)對(duì)純水制備控制系統(tǒng)提出了較高要求，PLC作為傳統(tǒng)繼電接觸裝置替代產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制各個(gè)領(lǐng)域。引入PLC控制器可以大大簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高抗干擾能力，增加可靠性，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)控制， 而且極其方便連接上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)純水系統(tǒng)與廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。純水處理PLC的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)工藝流程可視化，現(xiàn)場(chǎng)儀表監(jiān)控，報(bào)警記錄，歷史趨勢(shì)可調(diào)出做比較。電氣設(shè)備有變頻器，溫度控制器，流量計(jì)。通過運(yùn)行PLC控制系統(tǒng)，大大提高了系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)化程度，降低了設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，保證了生產(chǎn)出連續(xù)合格的純水，滿足了集成電路生產(chǎn)線對(duì)超純水的要求，保證了工廠的正常運(yùn)行，效果十分理想。1.2 本課題的研究現(xiàn)狀由生水制取高純水是一個(gè)較復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。目前用離子交換法制取純水已在電力、冶金、化工等工業(yè)企業(yè)廣泛采用。一般采用陽(yáng)離子交換樹脂，利用其氫離子置換水中的鈣、鎂等離子。陰離子交換樹脂置換水中的陰離子。隨著去離子過程一個(gè)周期，一個(gè)周期地進(jìn)行，樹脂逐漸老化，即其氫離子和氫氧離子被其它陰陽(yáng)離子所置換，因此，就必須再生，陽(yáng)離子交換樹脂用酸類再生。采用分床再生，使失效的離子交換樹脂恢復(fù)其軟化的能力1。離子交換法是國(guó)內(nèi)外一種較成熟的水處理技術(shù)，早期應(yīng)用主要是作為物質(zhì)分離，提純及水質(zhì)處理的手段。它是利用離子交換樹脂對(duì)水中陽(yáng)，陰離子的交換作用，從而將水中的電解質(zhì)進(jìn)行脫鹽處理。這種方法具有工藝成熟，除鹽率高，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，因此，廣泛用于各種工業(yè)純水中除鹽，是當(dāng)前水的脫鹽的主要方法和手段。離子交換法分為復(fù)床式和混床式兩種類型，前者用于制取初級(jí)純水，后者是制取超純水的重要裝置。在制取純水的工藝流程中采用何種再生方式是很重要的, 我國(guó)在用離子交換法制取純水系統(tǒng)中一般采用如下三種再生方式，即順流再生、半逆流再生、壓頂逆流再生1。后兩種再生方式日益被廣泛采用。純水工藝中需要除去原水中的溶解的離子，二氧化硅，細(xì)菌，總有機(jī)碳，各種粒子等。除去水中的溶解離子所采用的方法有離子交換，反滲透 ，以及半導(dǎo)體生產(chǎn)中用的較少的反電滲析。消除二氧化硅的手段有反滲透和超過濾薄膜，解決細(xì)菌的問題目前典型的方法有多層過濾法，定期的全系統(tǒng)消毒，高的管道流速以及使用點(diǎn)過濾。使用反滲透，過濾，過氧化氫，臭氧或紫外線消毒法可以控制總有機(jī)碳。取出各種粒子常采用的辦法有反滲透，微過濾和超過濾。純水處理工藝流程分為預(yù)處理(Pretreatment)、生產(chǎn)(Make up)和拋光(Polish)3部分2。純水制備當(dāng)中的淡化技術(shù)有蒸餾技術(shù)，電滲析技術(shù)，反滲透技術(shù)，離子交換技術(shù)，超過濾技術(shù)，微孔濾膜過濾技術(shù)3。預(yù)處理部分可以包括過濾，PH調(diào)節(jié)，脫氣，添加化學(xué)劑。反滲透純水處理系統(tǒng)由預(yù)處理與膜系統(tǒng)兩大部分組成。預(yù)處理系統(tǒng)主要是除去水中一些較粗的顆粒和雜質(zhì)、懸浮物和異味、余氯、有機(jī)物等以及降低水的硬度，采用機(jī)械過濾和活性炭過濾、吸附及阻垢劑裝置。膜系統(tǒng)能精密地濾除水中的細(xì)菌、病毒、金屬離子、鹽類、農(nóng)藥、及各種致癌物質(zhì)。目前主采用的研究技術(shù)主要采用到PLC的控制系統(tǒng)，PLC系統(tǒng)主要是進(jìn)行順序控制和過程控制。順序控制實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)原水泵、沙濾器、換熱器、活性碳過濾器、陰陽(yáng)離子交換塔、CO2 脫氣塔、紫外燈、反滲透膜、混床、薄膜脫氧器、拋光混床、超濾等組件的啟動(dòng)、停車及各設(shè)備間的關(guān)聯(lián)控制。過程主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)溫度、液位、流量、壓力、電導(dǎo)率等工藝參數(shù)采集，以調(diào)節(jié)熱水和冰水閥門開度、超純水罐回流閥門開度、變頻器頻率設(shè)定、啟動(dòng)沙濾器和活性碳過濾器反洗、陰陽(yáng)離子交換塔和混床離子再生程序。達(dá)到最佳優(yōu)化控制效果。過程控制分為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象層、模塊層和現(xiàn)場(chǎng)主控控制層?，F(xiàn)場(chǎng)主控控制層通過現(xiàn)場(chǎng)總線通訊與IO模塊層連接。溫度控制器、流量傳感器、液位傳感器、導(dǎo)電度變送器等通過連接電纜連接到分布式模塊層，然后通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接到PLC控制器。6 采用PLC可編程控制器，真正做到了無人值守，同時(shí)在工藝選材上采用推薦和客戶要求相統(tǒng)一的方法，使該設(shè)備與其它同類產(chǎn)品相比較，具有更高的性價(jià)比和設(shè)備可靠性。1.3 本課題的主要內(nèi)容純水處理系統(tǒng)是一項(xiàng)發(fā)展型的研究項(xiàng)目，通過用過濾，除鹽，離子分離等技術(shù)手段來使生水達(dá)到工業(yè)用純水的指標(biāo)。本系統(tǒng)以SIEMENS S7-200 PLC為核心，對(duì)硬件系統(tǒng)的各個(gè)模塊及其組成進(jìn)行了設(shè)計(jì)，尤其對(duì)系統(tǒng)實(shí)施的方案進(jìn)行了分析，同時(shí)針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了必要的程序設(shè)計(jì)，完成對(duì)純水處理整套系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)。隨著反滲透純水設(shè)備造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用的不斷降低，越來越多的行業(yè)(電力、石油、煤炭、化工等)都在使用反滲透系統(tǒng)生產(chǎn)各種工藝用脫鹽水，由于反滲透系統(tǒng)人工方式很難保證反滲透系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，因此采用PLC作為反滲透系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)備就變得非常必要。本文系統(tǒng)實(shí)際介紹一種反滲透PLC控制系統(tǒng)的編程方法，用來簡(jiǎn)化系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，提高PLC程序的易讀性。在此基礎(chǔ)上，本課題針對(duì)系統(tǒng)中“多介質(zhì)過濾器”、“活性炭過濾器”進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并就故障中斷，報(bào)警程序進(jìn)行了研究，解決了系統(tǒng)運(yùn)行過程中無人值守，自動(dòng)檢測(cè)監(jiān)控的問題。2 純水處理工藝流程純水處理工藝流程分為預(yù)處理、反滲透和EDI精處理3部分，如圖2.1所示。原水箱多介質(zhì)過濾器活性炭過濾器一級(jí)反滲透中間水箱一級(jí)RO水箱二級(jí)反滲透二級(jí)RO水箱EDI 設(shè)備純水箱原水泵一級(jí)高壓泵二級(jí)高壓泵EDI水泵原水（自來水）使用點(diǎn)圖2.1 純水處理工藝流程圖原水即自來水，取自天然水體或蓄水水體，而純水是指化學(xué)純度極高的水，其主要應(yīng)用在生物、化學(xué)化工、冶金、宇航、電力等領(lǐng)域，但其對(duì)水質(zhì)純度要求相當(dāng)高，所以一般應(yīng)用最普遍的還是電子工業(yè)，例如電力系統(tǒng)所用的純水，要求各雜質(zhì)含量低達(dá)“微克/升”級(jí)。本課題要研究的即是把原水經(jīng)過一系列的工藝技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)用純水，原水水質(zhì)指標(biāo)如表2.1。 表2.1 原水水質(zhì) mg/L項(xiàng)目含量項(xiàng)目含量項(xiàng)目含量K+Na-總FeCODSO42-NO3-12.40.052.9067.04.44Sr2+Ba2-Zn2+HCO3-SiO20.200.0370.05110.07.4Ca2+Mg2+Mn2+Cl-PH74.816.916.925.07.882.1 預(yù)處理過程水的預(yù)處理是在水的精制處理之前，預(yù)先進(jìn)行的初步處理，以便在水的經(jīng)處理時(shí)取得良好效果，提高水質(zhì)。因?yàn)樽匀唤绲乃加写罅侩s質(zhì)，如泥沙、粘土、有機(jī)物、微生物、機(jī)械雜質(zhì)等，這些雜質(zhì)的存在，嚴(yán)重影響精制水的水質(zhì)與處理效果，因此必須在精處理之前將一些雜質(zhì)降低或去除，這就需要預(yù)處理，有時(shí)也稱前處理。對(duì)水質(zhì)預(yù)處理的好壞，直接影響電滲析、反滲透、離子交換等主要處理工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果和長(zhǎng)期安全運(yùn)行，它是工業(yè)水處理中非常重要的一環(huán)。預(yù)處理的方法主要有多介質(zhì)過濾和活性炭吸附，功能是濾除懸浮物、機(jī)械雜質(zhì)、有機(jī)物等，從而提高水的澄明度。多介質(zhì)過濾器，又稱機(jī)械過濾器，是以成層狀的無煙煤、砂、細(xì)碎的石榴石或其他材料為床層，床的頂層由最輕和最粗品級(jí)的材料組成，而最重和最細(xì)品級(jí)的材料放在床的低部。其原理為按深度過濾水中較大的顆粒在頂層被去除，較小的顆粒在過濾器介質(zhì)的較深處被去除，從而使水質(zhì)達(dá)到粗過濾后的標(biāo)準(zhǔn)。這樣把顆粒無煙煤作為其上層濾料，而大比重的小顆粒石英砂放在其下層，用以除去原水中的懸浮物質(zhì)、固體顆粒。懸浮固體是水中不溶解的非膠態(tài)的固體物質(zhì)，它們?cè)跅l件適宜時(shí)可以沉淀。用過濾器截留懸浮固體，以過濾介質(zhì)截留懸浮固體前后的重量差作為衡量過濾器發(fā)揮作用的依據(jù)。過濾介質(zhì)一般使D=0.5-1.0mm的濾料介質(zhì).根據(jù)水中的雜質(zhì)成份可以采用單層過濾、雙層過濾和多層過濾。吸附法是利用多孔性固體物質(zhì)，使水中一種或多種有害物質(zhì)被吸附在固體表面而去除的方法。在水質(zhì)預(yù)處理系統(tǒng)中，活性炭過濾器能夠吸附前級(jí)過濾中無法去除的余氯以防止后級(jí)反滲透膜受其氧化降解，同時(shí)還吸附從前級(jí)泄漏過來的小分子有機(jī)物等污染性物質(zhì)，對(duì)水中異味、膠體及色素、重金屬離子、COD等有較明顯的吸附去除作用?？梢赃M(jìn)一步降低RO進(jìn)水的SDI值，保證SDI5，TOC2.Oppm?；钚蕴课狡魃蠈訛?030目的活性炭顆粒，下層為0.82.0mm的石英砂顆粒。內(nèi)裝優(yōu)質(zhì)活性炭，其工作是通過炭床來完成的。組成炭床的活性炭顆粒有非常多的微孔和巨大的比表面積，具有很強(qiáng)的物理吸附能力，水通過炭床，水中有機(jī)污染物被活性炭有效地吸附，此外活性炭表面非結(jié)晶部分上有一些含氧管能團(tuán)，使通過炭床的水中之有機(jī)污染物被活性炭有效地吸附?；钚蕴窟^濾器一般作為給水處理或污水處理的深度處理設(shè)備，其作用主要去除水中的懸浮物質(zhì)、大分子有機(jī)物、膠體、異味、余氯、色度、重金屬等雜質(zhì)，降低COD含量以保證后序系統(tǒng)的正常運(yùn)行，延長(zhǎng)反滲透膜的使用壽命，其主要技術(shù)參數(shù)如表2.2。表2.2 活性炭過濾主要技術(shù)參數(shù)工作壓力0.05MPa0.6Mpa工作溫度540操作方式手動(dòng)或自動(dòng)控制簡(jiǎn)體材料04、316L、A3碳鋼及玻璃鋼2.2 反滲透過程反滲透是60年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新的膜分離技術(shù),是依靠反滲透膜在壓力下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過程。因?yàn)樗妥匀粷B透的方向相反，故稱反滲透。RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動(dòng)力的膜分離過濾技術(shù)，源于美國(guó)二十世紀(jì)六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用，目前已廣泛運(yùn)用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。如圖2.2所示。鹽水淡水鹽水淡水滲透壓滲透壓半透膜半透膜滲透原理反滲透原理圖2.2反滲透技術(shù)是當(dāng)今最先進(jìn)和最節(jié)能有效的膜分離技術(shù)。反滲透水處理設(shè)備作為純水過濾的專用設(shè)備，在水過濾時(shí)利用反滲透膜的選擇性透過原理，通過設(shè)備的高壓泵對(duì)經(jīng)過反滲透膜的原水施加一定壓力，在壓力作用下，原水中的水分子可以透過膜而滲析出來，而其他無機(jī)鹽、微生物與有機(jī)物等卻由于反滲透膜對(duì)這些物質(zhì)的截留特性而不能透過膜，從而可以獲得純凈的無離子水。由于反滲透膜的膜孔徑非常?。▋H為10A左右），因此能夠有效地去除水中的溶解鹽類、膠體、微生物、有機(jī)物等（去除率高達(dá)97%-98%）。反滲透是目前高純水設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的一種脫鹽技術(shù)，它的分離對(duì)象是溶液中的離子范圍和分子量幾百的有機(jī)物。近年來反滲透（RO）脫鹽技術(shù)正以驚人的速度進(jìn)入純水制備領(lǐng)域，一方面是大批引進(jìn)國(guó)外的成套設(shè)備，一方面是國(guó)內(nèi)對(duì)膜技術(shù)的研究，開發(fā)和應(yīng)用飛速發(fā)展。由于新技術(shù)的廣泛采用，對(duì)純水系統(tǒng)的處理工藝也相應(yīng)提出了更高的要求，幾種主要脫鹽工藝的進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見表2.3。表2.3 幾種主要脫鹽工藝的進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目進(jìn)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)離子交換（IE）電滲透（ED）反滲透（RO）中空PA膜卷式CA膜濁度逆流再生2順流再生5130.30.5SDI1035朗格利爾指數(shù)（LSI）0（或濃水0.5）0（或濃水0.5）COD(mg/IO2)231.51.5余氯（mg/L）0.10.100.21PH41147總Fe（mg/L）0.30.30.050.1反滲透（RO）的進(jìn)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)比一般脫鹽工藝要嚴(yán)格。污染指數(shù)是（SDI）是反滲透進(jìn)水控制的一個(gè)重要指標(biāo)，它是以0.45um微孔濾膜的堵塞程度來間接表征低濁度水中膠體雜質(zhì)的含量，實(shí)踐證明SDI是保證反滲透（RO）正常運(yùn)行十分有效的指標(biāo)，同時(shí)對(duì)離子交換（IE）電滲析（ED）的預(yù)處理也有一定的借鑒作用，當(dāng)SDI偏高時(shí)會(huì)造成交換樹脂或離子交換膜的污染，使交換容量和出水水質(zhì)下降。在反滲透處理中，會(huì)加堿來提高脫除率，在反滲透進(jìn)水中注入堿液用來提高PH，PH升高會(huì)增加LSI、降低碳酸鈣及鐵和錳的溶解度，因此在一級(jí)反滲透中加堿使用較少，最常見的加堿應(yīng)用是二級(jí)RO系統(tǒng)。在二級(jí)反滲透系統(tǒng)中，一級(jí)RO產(chǎn)水供給二級(jí)RO作為原水，二級(jí)反滲透對(duì)一級(jí)反滲透產(chǎn)水進(jìn)行“拋光”處理，二級(jí)RO產(chǎn)水的水質(zhì)可達(dá)到4兆歐。而在二級(jí)RO進(jìn)水中加堿有4個(gè)原因：1) 在pH8.2以上，二氧化碳全部轉(zhuǎn)化為碳酸根離子，碳酸根離子可以被反滲透脫除。而二氧化碳本身是一種氣體，會(huì)隨透過液自由進(jìn)入RO產(chǎn)水，對(duì)于下游的離子交換床拋光處理造成不當(dāng)?shù)呢?fù)荷。2) 某些TOC成分在高pH下更容易脫除。3) 二氧化硅的溶解度和脫除率在高pH下更高（特別是高于9時(shí)）。4) 硼的脫除率在高pH下也較高（特別是高于9時(shí)）。2.3 EDI精處理過程EDI技術(shù)是離子交換核電滲析技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,因此EDI的除鹽機(jī)理具有很強(qiáng)的離子交換和電滲析的工作特性。EDI和傳統(tǒng)混床相比具有著無法比擬的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在已得到了越來越多的應(yīng)用。特別是EDI使水處理成為了綠色行業(yè)，滿足了當(dāng)今世界對(duì)環(huán)保的要求。電除鹽(Electordeionization縮寫為EDI)，是一種新型的純水處理技術(shù)，它是將電滲析和離子交換技術(shù)有機(jī)結(jié)合的深度除鹽新工藝。在EDI中，陰、陽(yáng)混合離子交換樹脂被填充在淡水室中，利用除鹽過程中的濃度極化和水電離產(chǎn)生的H+ 、OH一再生混合離子交換離子樹脂，相當(dāng)于連續(xù)獲得再生的混合離子交換樹脂，從而具有連續(xù)再生能力，再生過程不需要酸、堿等化學(xué)試劑，被稱為新型綠色環(huán)保水處理技術(shù)。依據(jù)用水水質(zhì)的不同要求，EDI一般和反滲透水處理技術(shù)(RO)結(jié)合使用，用于反滲透水處理設(shè)備之后的精處理來替代混床，也可以作為混床的前處理。EDI是一種物理除鹽工藝，一套EDI由多個(gè)除鹽單元組成，一個(gè)EDI單元由離子交換樹脂、離子選擇性膜以及直流電場(chǎng)組成，如圖2.3所示。離子交換樹脂、離子選擇性膜以及直流電場(chǎng)組成，離子選擇性膜分為陰離子選擇性透過膜和陰離子選擇性透過膜，兩者間隔排列，陽(yáng)離子選擇性透過膜只允許陽(yáng)離子通過，陰離子和水不能通過。同樣，陰離子選擇性透過膜只允許陰離子通過。陰、陽(yáng)混合樹脂夾在陽(yáng)、陰選擇性透過膜中間，在外加直流電場(chǎng)的作用下Ca 、Mg計(jì)、Na 、H 等陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，HCO 、SO；一、OH一等陰離了向陽(yáng)極移動(dòng)，通過選擇透過性膜分別進(jìn)入相臨的棄水通道，從而降低淡水通道水中的離子含量，達(dá)到凈化的目的。離子交換樹脂所起的作用有兩點(diǎn)，是使產(chǎn)水通道中的電阻降低，加強(qiáng)了離子遷移，增強(qiáng)了電離子的去除能力，提高產(chǎn)水水質(zhì)；二是在直+陽(yáng)極-陰極陰離子選擇性膜陰離子選擇性膜混合離子交換樹脂圖2.3 EDI結(jié)構(gòu)示意圖流電場(chǎng)中不斷地水解出H+ 、OH一，這種分離出來的H+、OH一在EDI中充當(dāng)樹脂的再生劑，可以始終維持一部分樹脂處于再生狀態(tài)，從而顯著地提高產(chǎn)水量。這樣，離子交換樹脂的再生在產(chǎn)水的同時(shí)完成，不需要額外添加酸堿等化學(xué)藥品而具有連續(xù)再生能力。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)水源為地下水，原水經(jīng)過絮凝、多介質(zhì)過濾等預(yù)處理后，達(dá)到RO 進(jìn)水要求，RO 出水滿足EDI進(jìn)水要求，原水溫度為1525 C，最低溫度為5C ，RO 的設(shè)計(jì)脫鹽率為97 。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)RO出水水質(zhì)、EDI產(chǎn)水水質(zhì)分別見表2.4、2.5。表2.4 EDI進(jìn)水要求項(xiàng)目含量項(xiàng)目含量項(xiàng)目含量PH5.09.0可溶硅0.5余氯0.05總硬度（CaCO3）1.0TOC0.5Fe、Mn、H2S0.01表2.5 EDI產(chǎn)水水質(zhì)項(xiàng)目參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)PH硬度6.09.00 umol/LSiO2電導(dǎo)率0.05mg/L0.2 us/cm不同原水情況下RO、EDI的實(shí)際運(yùn)行也會(huì)有所不同，如表2.6所示。在EDI的實(shí)際運(yùn)行中，其出水水質(zhì)是可調(diào)的。出水的導(dǎo)電率可高于設(shè)計(jì)出水，是因?yàn)?4uscm 的水質(zhì)既能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，又能將系統(tǒng)的運(yùn)行控制在較高的經(jīng)濟(jì)性水平。水的利用率高是EDI系統(tǒng)的另一優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)中，EDI排水回收可作為RO的進(jìn)水，能提高整個(gè)系統(tǒng)的水利用率。表2.6 不同原水時(shí)RO、EDI的運(yùn)行指標(biāo)項(xiàng)目地下水（設(shè)計(jì)水源）黃河水硬度（umol/L）SiO2（mg/L）電導(dǎo)率（us/cm）硬度（umol/L）SiO2（mg/L）電導(dǎo)率（us/cm）原水51207.445060503.791074RO出水480.120.1881510140.100.151525EDI出水00.10.5300.124EDI作為一種新型的純水技術(shù)，我國(guó)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室純水提供、化工、醫(yī)藥以及中溫中壓鍋爐補(bǔ)給水方面有了許多成功的實(shí)際應(yīng)用。就目前的運(yùn)行狀況而言，EDI技術(shù)在大型火力發(fā)電廠水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用還處于探討階段，其出水的水質(zhì)、穩(wěn)定性等較高溫高壓發(fā)電機(jī)組補(bǔ)給水要求還有一定難度。但國(guó)外EDI技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在大型火力發(fā)電廠、核電廠，而且運(yùn)行的出水水質(zhì)、穩(wěn)定性都能滿足生產(chǎn)運(yùn)行的需要。因而，作為一種環(huán)保、清潔、可以連續(xù)再生運(yùn)行的純水處理技術(shù)，EDI代表了水處理技術(shù)未來的一種發(fā)展趨勢(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。2.4 主要設(shè)備的組成及控制方式系統(tǒng)的設(shè)備組成如表2.7所示。表2.7 設(shè)備組成設(shè)備名稱數(shù)量增壓泵3高壓泵2多介質(zhì)過濾器1活性炭過濾器1反滲透主機(jī)2EDI設(shè)備1純水處理系統(tǒng)采用順序控制和過程控制，順序控制實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)原水泵、多介質(zhì)過濾器、活性碳過濾器、反滲透膜等組件的啟動(dòng)、停止及各設(shè)備間的關(guān)聯(lián)控制。過程控制主要實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)溫度、液位、流量、壓力、電導(dǎo)率等工藝參數(shù)采集，以調(diào)節(jié)閥門開度、變頻器頻率設(shè)定、啟動(dòng)多介質(zhì)過濾器和活性碳過濾器反洗、達(dá)到最佳優(yōu)化控制效果。順序控制按照工藝要求對(duì)純水處理系統(tǒng)的各個(gè)單元進(jìn)行先后控制，并對(duì)水質(zhì)出現(xiàn)意外情況時(shí)進(jìn)行單元順序調(diào)整，從而控制整個(gè)制備系統(tǒng)水質(zhì)。過程控制分為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)象層、IO模塊層和S7200現(xiàn)場(chǎng)主控控制層?，F(xiàn)場(chǎng)主控控制層與IO模塊層連接。溫度控制器、流量傳感器、液位傳感器、導(dǎo)電度變送器等通過連接電纜連接到分布式IO模塊層，然后連接到PLC控制器。3 主電路設(shè)計(jì)及PLC選型3.1 PLC概述3.1.1 PLC的基本概念可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)控制裝置，它將傳統(tǒng)繼電器控制技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息處理兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要，應(yīng)用最多的控制設(shè)備。3.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，如圖3.1所示。系統(tǒng)程序用戶程序存儲(chǔ)器外設(shè)接口I/O擴(kuò)展接口微處理器電源部件輸入部件輸出部件I/O擴(kuò)展單元編輯器其他外設(shè)接受現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)受控元件基本單元圖3.1 PLC的硬件結(jié)構(gòu)圖1） 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的核心部分，是整個(gè)PLC系統(tǒng)的中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù),檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可靠性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。2） 存儲(chǔ)器PLC中的存儲(chǔ)器根據(jù)用途不同分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器、用戶程序存儲(chǔ)器和工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器三種。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器是存放系統(tǒng)程序的存儲(chǔ)器區(qū)域，為只讀存儲(chǔ)器，用戶不能更改其中的內(nèi)容，它主要完成指令解釋、系統(tǒng)自診斷 、子程序調(diào)用管理、運(yùn)算、通信和各種參數(shù)設(shè)定等功能。用戶程序存儲(chǔ)器是存放用戶程序的存儲(chǔ)器區(qū)域，用戶程序是用戶根據(jù)自己的控制要求而編寫的應(yīng)用程序，用戶程序存儲(chǔ)器必須是可讀寫的。工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是用來存儲(chǔ)工作數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器區(qū)域，工作數(shù)據(jù)是隨著程序的運(yùn)行和控制過程的進(jìn)行而隨機(jī)變化的，因此工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也是采用RAM和EEROM存儲(chǔ)器。在工作數(shù)據(jù)區(qū)中，預(yù)先開辟了各種軟元件的映像寄存器區(qū)域好變量數(shù)據(jù)區(qū)。3） 電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。3.1.3 PLC的工作原理當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。1） 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2） 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。3） 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。3.2 PLC的輸入、輸出地址分配輸入/輸出模塊通常簡(jiǎn)稱為I/O模塊或I/O接口。PLC通過I/O模塊與外部設(shè)備相互聯(lián)系，通過I/O模塊可以接受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（傳感器）向PLC提供的被控對(duì)象的各種參數(shù)，或按鈕、操作開關(guān)、繼電器觸點(diǎn)和接近開關(guān)等提供的開關(guān)量信號(hào)。這些信號(hào)經(jīng)過輸入接口電路的濾波、光電隔離和電平轉(zhuǎn)換等處理，變成CPU能夠接收和處理的信號(hào)。同時(shí)，通過I/O模塊可以將經(jīng)過CPU處理的信號(hào)通過光電隔離和功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如繼電器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC的I/O模塊的主要類型有：數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、數(shù)字量輸入/輸出混合模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和模擬量輸入/輸出混合模塊。正確地連接輸入和輸出電路，是保證PLC安全可靠工作的前提。本設(shè)計(jì)PLC的的輸入、輸出地址分配如表3.1、3.2、3.3所示。表3.1 開關(guān)量輸入輸入信號(hào)地址備注原水進(jìn)水電動(dòng)閥反饋I0.0輸入為0時(shí)，原水進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，原水進(jìn)水電動(dòng)閥打開原水泵反饋I0.1輸入為0時(shí)，原水泵停止，輸入為1時(shí)，原水泵運(yùn)行多介質(zhì)過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥反饋I0.2輸入為0時(shí)，多介質(zhì)過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開多介質(zhì)過濾器下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥反饋I0.3輸入為0時(shí)，多介質(zhì)過濾器下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開多介質(zhì)過濾器下排污電動(dòng)閥反饋I0.4輸入為0時(shí)，多介質(zhì)過濾器下排污電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開活性炭過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥反饋I0.5輸入為0時(shí)，活性炭過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開活性炭過濾器下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥反饋I0.6輸入為0時(shí)，活性炭過濾器下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開活性炭過濾器下排污電動(dòng)閥反饋I0.7輸入為0時(shí)，活性炭過濾器下排污電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開活性炭過濾器出水電動(dòng)閥反饋I1.0輸入為0時(shí)，活性炭過濾器出水電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開一級(jí)高壓泵反饋I1.1輸入為0時(shí)，一級(jí)高壓泵停止，輸入為1時(shí)，一級(jí)高壓泵運(yùn)行二級(jí)高壓泵反饋I1.2輸入為0時(shí)，二級(jí)高壓泵停止，輸入為1時(shí)，二級(jí)高壓泵運(yùn)行一級(jí)定時(shí)排放電動(dòng)閥反饋I1.3輸入為0時(shí)，一級(jí)定時(shí)排放電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開二級(jí)定時(shí)排放電動(dòng)閥反饋I1.4輸入為0時(shí)，二級(jí)定時(shí)排放電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開一級(jí)超標(biāo)排放信號(hào)反饋I1.5輸入為0時(shí)，一級(jí)超標(biāo)排放電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開二級(jí)超標(biāo)排放信號(hào)反饋I1.6輸入為0時(shí)，二級(jí)超標(biāo)排放電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開EDI水泵反饋I1.7輸入為0時(shí)，EDI水泵停止，輸入為1時(shí)，EDI水泵運(yùn)行EDI產(chǎn)水超標(biāo)排放信號(hào)反饋I2.0輸入為0時(shí)，EDI產(chǎn)水超標(biāo)排放電動(dòng)閥關(guān)閉，輸入為1時(shí)，打開純水泵反饋I2.1輸入為0時(shí)，純水泵停止，輸入為1時(shí)，純水泵運(yùn)行表3.2 模擬量輸入名稱地址編號(hào)備注原水箱水位RA1輸入水位低于低水位時(shí)，原進(jìn)水電動(dòng)閥打開，高于高水位時(shí)，原進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)閉中間水箱水位RB1輸入水位低于低水位時(shí)，原水泵啟動(dòng)，輸入水位高于高水位時(shí)，原水泵停止，檢測(cè)到水位低于無水水位時(shí)，立即停止原水泵并報(bào)警一級(jí)RO水箱水位RC1輸入水位低于低水位時(shí)，一級(jí)高壓泵啟動(dòng)，輸入水位高于高水位時(shí)，一級(jí)高壓泵停止，檢測(cè)到水位低于無水水位時(shí)，立即停止一級(jí)高壓泵并報(bào)警二級(jí)RO水箱水位RD1輸入水位低于低水位時(shí)，二級(jí)高壓泵啟動(dòng)，輸入水位高于高水位時(shí)，二級(jí)高壓泵停止，檢測(cè)到水位低于無水水位時(shí)，立即停止二級(jí)高壓泵并報(bào)警純水箱水位RA2輸入水位低于低水位時(shí)，EDI水泵啟動(dòng)，輸入水位高于高水位時(shí)，EDI水泵停止，檢測(cè)到水位低于無水水位時(shí)，立即停止EDI水泵并報(bào)警表3.3 輸出量名稱地址編號(hào)備注原水進(jìn)水電動(dòng)閥Q0.1輸出為0時(shí)，原水進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)閉，輸出為1時(shí)，原水進(jìn)水電動(dòng)閥打開原水泵控制Q0.1輸出為0時(shí)，原水泵停止，輸出為1時(shí)，原水泵運(yùn)行多介質(zhì)過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥Q0.2輸出為0時(shí)，多介質(zhì)過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開多介質(zhì)過濾器下進(jìn)水及反洗排污電動(dòng)閥Q0.3輸出為0時(shí)，多介質(zhì)過濾器下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開多介質(zhì)過濾器下排污電動(dòng)閥Q0.4輸出為0時(shí)，多介質(zhì)過濾器下排污電動(dòng)閥關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開活性炭過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥Q0.5輸出為0時(shí)，活性炭過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開活性炭過濾器下進(jìn)水及反洗排污電動(dòng)閥Q0.6輸出為0時(shí)，活性炭過濾器下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開活性炭過濾器下排污電動(dòng)閥Q0.7輸出為0時(shí)，活性炭過濾器下排污電動(dòng)閥關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開活性炭過濾器出水電動(dòng)閥Q1.0輸出為0時(shí)，活性炭過濾器出水電動(dòng)閥關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開一級(jí)高壓泵控制Q1.1輸出為0時(shí)，一級(jí)高壓泵停止，輸出為1時(shí)，一級(jí)高壓泵運(yùn)行二級(jí)高壓泵控制Q1.2輸出為0時(shí)，二級(jí)高壓泵停止，輸出為1時(shí)，二級(jí)高壓泵運(yùn)行一級(jí)定時(shí)排放Q1.3輸出為0時(shí)，一級(jí)定時(shí)排放閥門關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開二級(jí)定時(shí)排放Q1.4輸出為0時(shí)，二級(jí)定時(shí)排放閥門關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開一級(jí)超標(biāo)排放Q1.5輸出為0時(shí)，一級(jí)超標(biāo)排放閥門關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開二級(jí)超標(biāo)排放Q1.6輸出為0時(shí)，二級(jí)超標(biāo)排放閥門關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開EDI水泵控制Q1.7輸出為0時(shí)，EDI水泵停止，輸出為1時(shí)，EDI水泵運(yùn)行EDI產(chǎn)水超標(biāo)排放Q2.0輸出為0時(shí)，EDI產(chǎn)水超標(biāo)排放閥門關(guān)閉，輸出為1時(shí)，打開純水泵控制Q2.1輸出為0時(shí)，純水泵停止，輸出為1時(shí)，純水泵運(yùn)行EDI設(shè)備加電控制Q2.2EDI水泵運(yùn)行后30s，EDI設(shè)備加電EDI設(shè)備斷電控制Q2.3EDI水泵停止，EDI設(shè)備立即斷電3.3 控制系統(tǒng)的方案結(jié)構(gòu)基于課題要求和純水處理技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，參閱各方面資料，經(jīng)過反復(fù)分析與比較，本次設(shè)計(jì)擬采用以下設(shè)計(jì)方案,采用PLC可編程控制器技術(shù)實(shí)現(xiàn)純水處理控制，方案結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。在觸摸屏上控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止，系統(tǒng)啟動(dòng)后，PLC要采集的輸入量有各個(gè)閥門的開閉情況還有各個(gè)水箱的液位情況，PLC輸出控制各個(gè)水泵的啟停、系統(tǒng)的反洗、報(bào)警等。其中輸入量中水箱液位是模擬量輸入，所以系統(tǒng)中要用到液位傳感器來把水箱的液位情況傳遞給PLC，PLC控制也要擴(kuò)展模擬輸入模塊與傳感器連接。系統(tǒng)運(yùn)行過程中PLC自動(dòng)檢測(cè)各個(gè)設(shè)備是否正常運(yùn)行，如果檢測(cè)到故障時(shí)，PLC輸出報(bào)警信號(hào)并中斷相應(yīng)的設(shè)備運(yùn)行。另外EDI設(shè)備不可無水加電運(yùn)行，所以EDI水泵的運(yùn)行情況直接控制EDI電源設(shè)備。PLC觸摸屏傳感器水箱水位開關(guān)量輸入自動(dòng)/停止原水泵EDI水泵純水泵高壓泵開關(guān)量輸出報(bào)警電鈴EDI斷/加電參數(shù)設(shè)定圖3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.4 PLC各模塊的選取及簡(jiǎn)介系統(tǒng)中有18個(gè)開關(guān)輸入量，5個(gè)模擬輸入量，20個(gè)模擬輸出量，所以PLC選擇CPU 226 AC/DC/繼電器作為CPU主芯片，型號(hào)是6ES7 216-2BD23-0XB8。CPU 226有24個(gè)輸入，16個(gè)繼電器輸出，而系統(tǒng)中有20個(gè)輸出，因此還需要擴(kuò)展一個(gè)繼電器輸出模塊，所以選擇EM 221數(shù)字輸出 8繼電器輸出模塊，型號(hào)是6ES7 222-1HF22-0XA8。另外，系統(tǒng)中還有5個(gè)模擬量輸入，所以系統(tǒng)還需要擴(kuò)展模擬量輸入模塊，本設(shè)計(jì)中選取2個(gè)EM 235模擬量組合模塊，EM 235有4個(gè)輸入，其型號(hào)為6ES7 235-0KD22-0XA8。這樣，PLC設(shè)備的輸入輸出都留有裕量，能更可靠的使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制運(yùn)行。6ES7 216-2BD23-0XB8集成24個(gè)輸入和16個(gè)輸出，共40個(gè)數(shù)字量I/O 點(diǎn)。可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)。26K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。2個(gè)RS485 通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。用于較高要求的控制系統(tǒng)，具有更多的輸入/輸出點(diǎn)，更強(qiáng)的模塊擴(kuò)展能力，更快的運(yùn)行速度和功能更強(qiáng)的內(nèi)部集成特殊功能?？赏耆m應(yīng)于一些比較復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)。EM 235是最常用的模擬量擴(kuò)展模塊，它能實(shí)現(xiàn)4路模擬量輸入和1路模擬量輸出的功能。EM 235模塊是組合強(qiáng)功率精密線性電流互感器、意法半導(dǎo)體（ST）單片集成變送器ASIC芯片于一體的新一代交流電流隔離變送器模塊，它可以直接將被測(cè)主回路交流電流轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的DC420mA（通過250電阻轉(zhuǎn)換DC 15V或通過500電阻 轉(zhuǎn)換DC210V）恒流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，連續(xù)輸送到接收裝置。EM 235模塊采用印制板直插安裝型結(jié)構(gòu),便于空間緊奏的機(jī)箱布局與安裝，原副邊高度絕緣隔離，兩線制輸出接線，輔助工作電源24V與輸出信號(hào)線DC420mA共用，具有精度高，體積小、功耗小、頻響寬、抗干擾、國(guó)內(nèi)首創(chuàng)4種補(bǔ)償措施和6大全面保護(hù)功能，兩線端口防感應(yīng)雷能力強(qiáng)，具有雷擊波和突波的保護(hù)能力等優(yōu)點(diǎn)。3.5 主電路圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)中重主要控制原水泵，高壓泵，EDI水泵，純水泵。主電路圖如圖3.3所示。圖3.3 系統(tǒng)主電路圖 4 控制軟件設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)的流程圖純水處理系統(tǒng)的詳細(xì)工藝流程圖如圖4.1所示。原水箱原水泵多介質(zhì)過濾器上進(jìn)水反排污下進(jìn)水下排污下排污下進(jìn)水反排污上進(jìn)水多介質(zhì)過濾器活性炭過濾器出水電動(dòng)閥中間水箱一級(jí)高壓泵一級(jí)反滲透一級(jí)定時(shí)排放一級(jí)超標(biāo)排放一級(jí)RO水箱二級(jí)高壓泵二級(jí)反滲透二級(jí)超標(biāo)排放二級(jí)定時(shí)排放二級(jí)RO水箱水泵精處理純水箱產(chǎn)水超標(biāo)排放原水進(jìn)水電動(dòng)閥自來水純水泵圖4.1 純水處理詳細(xì)工藝流程圖4.2 控制思路介紹 首先生活中的用水送到原水箱，經(jīng)過多介質(zhì)過濾器和活性碳過濾器的預(yù)處理的階段送到中間水箱，再送到一級(jí)RO水箱，二級(jí)RO水箱，經(jīng)過二級(jí)反滲透技術(shù)的進(jìn)一步處理。最后經(jīng)過EDI設(shè)備精處理送到純水箱供給用水點(diǎn)使用。純水箱設(shè)定一個(gè)高水位值為4.5m，一個(gè)低水位值1m和一個(gè)無水水位值0.5m。觸摸屏上選擇自動(dòng)控制擋，按啟動(dòng)按鈕，純水處理系統(tǒng)開始運(yùn)行，液位傳感器首先檢測(cè)各個(gè)水箱的液位，如果原水箱的水位低于1m，原水進(jìn)閥門自動(dòng)打開，如果原水箱的水位高于4.5m，原水進(jìn)水電動(dòng)閥自動(dòng)關(guān)閉。 系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)處理階段時(shí)，首先保證多介質(zhì)過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥打開、活性炭過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥打開、活性炭過濾器出水閥門打開、多介質(zhì)過濾器下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥關(guān)閉、多介質(zhì)過濾器下排污電動(dòng)閥關(guān)閉、活性炭過濾器下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥關(guān)閉、活性炭過濾器下排污電動(dòng)閥關(guān)閉。然后要求中間水箱的水位低于1m，原水箱的水位高于0.5m。滿足以上所有條件時(shí)，方可啟動(dòng)原水泵，系統(tǒng)開始對(duì)原水進(jìn)行預(yù)處理。 設(shè)置原水泵累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到4小時(shí)時(shí)，系統(tǒng)開始多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器的反洗，首先對(duì)多介質(zhì)過濾器進(jìn)行反洗，4.3 觸摸屏軟件設(shè)計(jì)4.3.1 觸摸屏簡(jiǎn)介在系統(tǒng)的自運(yùn)行過程當(dāng)中，獲得最大的透明性對(duì)操作員來說至關(guān)重要，操作員應(yīng)該隨時(shí)能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)作情況進(jìn)行控制并監(jiān)控。這樣就要用到觸摸屏,觸摸屏是操作人員與設(shè)計(jì)儀器直接的接口，操作員能對(duì)系統(tǒng)的一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，對(duì)系統(tǒng)的報(bào)警信號(hào)作出相應(yīng)的處理，還能對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行有整體的監(jiān)控功能。觸摸屏有以下功能：1）過程可視化2）操作員對(duì)過程的控制3）顯示報(bào)警4）歸檔過程值和報(bào)警5）過程值和報(bào)警記錄6）過程和設(shè)備的參數(shù)管理本設(shè)計(jì)中用到的觸摸屏為GP37W2-BG41-24V （5.7 英寸，單色藍(lán)白LCD）。純水處理系統(tǒng)，由于其組成設(shè)備多，水的各種指標(biāo)嚴(yán)格，如純度、PH值、電導(dǎo)率等。觸摸屏與PLC通訊引用在純水處理的控制系統(tǒng)中，改變了傳統(tǒng)復(fù)雜的按鈕控制方式，能很好的滿足工藝要求。4.3.2 PLC與觸摸屏的連接觸摸屏與PLC可以靠電纜線來連接，觸摸屏對(duì)每一臺(tái)它所支持的PLC都可以支持通信方式。連接上了之后，先在PLC程序中的“參數(shù)設(shè)置”里定義通訊地址和方式，設(shè)置主站和從站號(hào)，還要將連接的端口設(shè)置為“通訊功能”，如果是“編程功能”則無法正常使用。然后對(duì)觸摸屏進(jìn)行定位,再用PLC軟件來定位PLC的位地址，也就是觸摸屏里的按鍵設(shè)置成PLC的位地址，然后在PLC里就這個(gè)地址來寫相關(guān)的邏輯。 觸摸屏首先要制作出它的畫面，并設(shè)置按鈕。在手動(dòng)控制環(huán)境下，按鈕對(duì)應(yīng)控制PLC中的中間存儲(chǔ)器，從而達(dá)到控制PLC的目的。同樣，在自動(dòng)運(yùn)行環(huán)境下為了把系統(tǒng)的各個(gè)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)顯示出來，以便現(xiàn)場(chǎng)控制技術(shù)人員采取對(duì)應(yīng)的措施繼續(xù)控制，所以觸摸屏上需要做出報(bào)警畫面，通過它來顯示系統(tǒng)各個(gè)電氣設(shè)備的工作狀態(tài)，還需要設(shè)置多個(gè)指示燈，它們是通過監(jiān)視PLC對(duì)應(yīng)信號(hào)來顯示的。進(jìn)入純水處理系統(tǒng)，首先有手動(dòng)/自動(dòng)選擇按鈕，本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)自動(dòng)控制，以下就自動(dòng)控制做介紹。純水處理工序有預(yù)處理階段一，預(yù)處理階段二，反滲透，EDI精處理過程，初始界面可設(shè)置按鈕，然后每個(gè)按鈕所指進(jìn)入每個(gè)工序的監(jiān)控界面，顯示每個(gè)過程當(dāng)中的系統(tǒng)中各個(gè)閥門的開閉情況，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的最大的透明程度。1） 進(jìn)入純水處理系統(tǒng)的初始界面，可選擇手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，另外設(shè)置預(yù)處理階段一、預(yù)處理階段二、反滲透過程、EDI精處理過程、制水過程監(jiān)控、運(yùn)行參數(shù)的按鈕來分類監(jiān)控通道，主要對(duì)每個(gè)程序可進(jìn)行選擇性監(jiān)控。并設(shè)有復(fù)位按鈕來做出對(duì)系統(tǒng)的故障處理。如圖4.1所示。圖4.1 純水處理系統(tǒng)初始界面按鈕設(shè)置2） 在預(yù)處理階段一界面處，設(shè)置原水泵的運(yùn)行狀況指示燈，還有原水進(jìn)水閥門，多介質(zhì)過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥，下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥，下排污電動(dòng)閥，活性炭過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥，下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥，下排污電動(dòng)閥，出水閥門的開閉情況指示燈，并就每個(gè)泵和閥門設(shè)置控制按鈕。如圖4.2所示。圖4.2 預(yù)處理階段一界面設(shè)置3） 在預(yù)處理階段二界面處，設(shè)置原水泵運(yùn)行情況指示燈，設(shè)置活性炭過濾器上進(jìn)水電動(dòng)閥、下進(jìn)水及反排污電動(dòng)閥、下排污電動(dòng)閥，出水閥門的開閉情況指示燈，并各設(shè)置控制按鈕。如圖4.3所示。圖4.3 預(yù)處理階段二界面設(shè)置4）在反滲透控制過程界面處，設(shè)置一級(jí)高壓泵和二級(jí)高壓泵的運(yùn)行情況指示燈，設(shè)置一級(jí)定時(shí)排放閥門、一級(jí)超標(biāo)排放閥門、二級(jí)定時(shí)排放閥門、二級(jí)超標(biāo)排放閥門的開閉情況指示燈，并各設(shè)置控制按鈕。如圖4.4所示。圖4.4 反滲透過程界面設(shè)置5） 在EDI精處理過程界面處，設(shè)置EDI水泵和純水泵運(yùn)行狀態(tài)指示燈，設(shè)置EDI超標(biāo)排放、EDI加電設(shè)備、EDI斷電設(shè)備的開閉情況指示燈，并各設(shè)控制按鈕。如圖4.5所示。圖4.5 EDI精處理過程界面設(shè)置6） 在制水過程監(jiān)控界面處，設(shè)置原水箱、中間水箱、一級(jí)RO水箱、二級(jí)RO水箱、純水箱的水位情況指示燈、設(shè)置原水泵、一級(jí)高壓泵、二級(jí)高壓泵，EDI水泵、純水泵的運(yùn)行情況指示燈、設(shè)置多介質(zhì)反洗、活性炭反洗情況指示燈、設(shè)置原水進(jìn)水電動(dòng)閥、一級(jí)定時(shí)排放閥門、一級(jí)超標(biāo)排放閥門、二級(jí)定時(shí)排放閥門、二級(jí)超標(biāo)排放閥門、EDI產(chǎn)水