plc技術(shù)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用

plc技術(shù)在水處理行業(yè)中的應(yīng)用

隨著社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，生活的各個領(lǐng)域都實現(xiàn)了不同程度的自動化。自動化使設(shè)備在操作、控制、監(jiān)視和管理的過程中,能夠在無人或少人的情況下按照預(yù)定的程序或計劃自動地進行生產(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算機組成,生產(chǎn)管理層通過工業(yè)以太網(wǎng)或PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)等和PLC(可編程控制器)連接,可實時查看生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀況;中間層為控制層,有PLC(可編程控制器)和其I/O遠程站組成,可按預(yù)訂的程序?qū)ΜF(xiàn)場設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集和發(fā)號施令,并將實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀況發(fā)送到生產(chǎn)管理層;現(xiàn)場層包含儀器儀表、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。本文將以某項目為例介紹一下水處理行業(yè)的自動化系統(tǒng),該項目采用超濾系統(tǒng)與反滲透系統(tǒng)的組合方式,其建設(shè)過程中所用的技術(shù)、控制流程以及控制要求及對設(shè)備運行狀態(tài)進行管理和監(jiān)測將得到較為詳細的闡述。1.控制要求(1)實時了解系統(tǒng)運行情況使用PLC技術(shù)對水處理系統(tǒng)進行自動化運行時,系統(tǒng)需能夠?qū)崿F(xiàn)自動操作與手動操作的自由切換。且不論在哪種操作模式下都應(yīng)能夠根據(jù)設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況對其工藝參數(shù)要求和控制方式進行調(diào)整。主要的工藝參數(shù)(如流量、壓力和電導(dǎo)率等)均可直接在上位機或現(xiàn)場儀表上讀出,實時了解系統(tǒng)各設(shè)備的運行數(shù)據(jù)。在手動操作模式中,系統(tǒng)將允許工作人員對各執(zhí)行機構(gòu)進行獨立操作。(2)設(shè)備現(xiàn)場處理報警發(fā)生的類型包括:高低液位報警、設(shè)備故障報警、流量低及高低壓報警等。當清水箱、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,將發(fā)出相應(yīng)的液位報警信號。同時低液位報警時出口的相應(yīng)設(shè)備要停止運行,高液位報警時入口相應(yīng)的設(shè)備也要停止運行。加藥箱的液位低于浮球的低限后將發(fā)出低液位報警,提醒運行人員補充藥劑,同時停止加藥泵的運行。泵類設(shè)備發(fā)生故障報警時,一般為控制本設(shè)備的熱繼電器發(fā)生了過載保護,配置有變頻的一般為變頻器發(fā)生了故障,需要現(xiàn)場電氣專工進行相應(yīng)的處理;閥門故障形成原因為打開或關(guān)閉的命令發(fā)出后不能在設(shè)定的時間內(nèi)達到相應(yīng)的效果,遇到此類問題就需要儀表專工對此閥門來進行問題診斷處理;超濾進水與濃水超壓報警后需檢查超濾系統(tǒng)的運行狀態(tài)是否正常,如手動閥是否正常打開等;反滲透系統(tǒng)的進水與段間差壓大報警、段間與濃水差壓大報警、產(chǎn)水壓力大報警及濃水流量低報警后需現(xiàn)場運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未打開狀況等。保護措施主要包括:超濾系統(tǒng)的進水與濃水超壓保護、高壓泵的高低壓保護、反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水超壓保護及ORP保護。超濾系統(tǒng)的進水與濃水壓力超過設(shè)定值時,說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,這時需終止反滲透系統(tǒng)及高壓泵的運行,然后檢查現(xiàn)場手動閥門是不是有未打開或查找其它可能引起此問題的原因;反滲透系統(tǒng)的產(chǎn)水超壓保護及ORP保護為產(chǎn)水壓力超過設(shè)定壓力及ORP值超過設(shè)定值時停止反滲透系統(tǒng)的運行,產(chǎn)水超壓一般是因反滲透膜被穿透造成的,ORP值過高會對反滲透膜造成較大傷害。(3)操作方法通常情況下,系統(tǒng)采用自動運行的操作模式,整個工作過程不需要工作人員干預(yù)。在檢修或應(yīng)急時,系統(tǒng)切換到手動模式。2.超濾和反滲透系統(tǒng)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,中間由超濾水箱進行了過渡,所以超濾和反滲透系統(tǒng)能夠相對比較獨立的運行,它們的控制流程我們將進行分別論述。(1)人工設(shè)定控制過程①系統(tǒng)啟動,控制進水閥、產(chǎn)水閥和濃水閥的中間繼電器吸合,閥門開始打開。待三個閥門全部打開到位后超濾供水泵對應(yīng)的接觸器KM吸合,超濾供水泵啟動。超濾系統(tǒng)即進入了運行程序,運行人工設(shè)定的時間(20-30分鐘)以后超濾系統(tǒng)進入反洗程序。②超濾系統(tǒng)產(chǎn)水中止,進入反洗程序。按氣洗→排水→反洗1→反洗2→正洗的步序分別進行打開或關(guān)閉相關(guān)各閥門、水泵及計量泵等。每步動作的詳細命令均需參照工藝設(shè)計的步序圖,每步的運行時間也需根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試的情況進行人工設(shè)定。正洗結(jié)束后開始重新進入產(chǎn)水程序。③當超濾系統(tǒng)反洗次數(shù)累計到設(shè)定次數(shù)(如10次)時將進行CEB(堿)反洗,累計到另一個設(shè)定次數(shù)(如20次)時將進行CEB(酸)反洗,酸反洗結(jié)束后反洗次數(shù)清零,然后重新累計計數(shù),累計次數(shù)設(shè)定值需根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備運行的狀況進行人工設(shè)定或調(diào)整。CEB(堿)或CEB(酸)反洗的步序為氣洗→排水→反洗1→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,每階段動作的詳細命令也需參照工藝設(shè)計的步序圖,進行打開或關(guān)閉相關(guān)閥門、水泵及計量泵等。每步的運行時間根據(jù)現(xiàn)場調(diào)試的情況進行人工設(shè)定。正洗結(jié)束后開始進入產(chǎn)水程序。④以上每個步驟循環(huán)進行。(2)反滲透沖洗過程①系統(tǒng)啟動,反滲透系統(tǒng)開始進行開機沖洗,控制產(chǎn)水排放閥和濃水排放閥的中間繼電器吸合,閥門開始打開,待兩個閥門全部打開到位后與反滲透增壓泵對應(yīng)的接觸器KM吸合。反滲透增壓泵啟動,達到人工設(shè)定時間(5分鐘左右)后開機沖洗結(jié)束。②開機沖洗結(jié)束后反滲透系統(tǒng)進入運行階段,濃水排放閥關(guān)閉,關(guān)閉到位后高壓泵啟動,高壓泵的頻率可在上位機畫面上根據(jù)現(xiàn)場工況進行人工設(shè)定,由變頻器來完成調(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)開始向反滲透水箱進行供水。③當停機命令發(fā)出后,反滲透系統(tǒng)停止運行,高壓泵和反滲透增壓泵停止,進入停機沖洗過程?？刂茮_洗進水閥、產(chǎn)水排放閥和濃水排放閥的中間繼電器吸合,待三個閥門都打開到位后,反滲透沖洗泵對應(yīng)的接觸器KM吸合,反滲透沖洗泵啟動,達到人工設(shè)定時間(5分鐘左右)后停機沖洗結(jié)束。反滲透系統(tǒng)回歸待用狀態(tài)。3.自動生產(chǎn)線的溫度控制編程(1)控制程序以及配套軟件水處理行業(yè)內(nèi)PLC的應(yīng)用非常廣泛,品牌也非常多,但由以西門子的產(chǎn)品使用相對最為普及。本項目自動控制系統(tǒng)即采用了西門子公司的S7-300系列,控制程序采用配套提供的STEP7V5。5SP2版本來進行編程軟件開發(fā)。控制程序由一個主程序、若干子程序構(gòu)成,程序的編制在計算機上完成,編譯后通過以太網(wǎng)把程序下載進PLC的CPU模塊中,水處理系統(tǒng)的自動控制任務(wù)就是由在RUN模式下的CPU模塊來計算處理,和其后裝載的數(shù)字量與模擬量I/O模塊來執(zhí)行的。(2)超濾系統(tǒng)正常運行的控制在原水箱、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關(guān);或者安裝靜壓液位計,接入AI模塊中,由CPU來計算液位,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)備的運行和停止。原水箱低于中液位時,原水泵啟動,將原水注入原水箱中,原水箱到達高液位時,原水泵停止處于待啟動狀態(tài)。當原水箱高于中液位,超濾水箱低于中液位時,超濾系統(tǒng)即具備了啟動條件。當原水箱低于低液位或超濾水箱高于高液位時,運行中超濾系統(tǒng)將會立即停止。超濾系統(tǒng)在運行時,還需啟動鹽酸計量泵來調(diào)節(jié)超濾進水的PH值來保護超濾膜。到達反洗時間時,為保證超濾系統(tǒng)能順利完成整個反洗流程,超濾水箱的液位需要在中液位以上,如果沒有達到中液位以上超濾系統(tǒng)將會一直處于產(chǎn)水狀態(tài)。當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,反滲透系統(tǒng)即具備了啟動條件。反滲透系統(tǒng)運行中還需啟動阻垢劑計量泵和還原劑計量泵,還原劑計量泵的啟停同時還受入口ORP分析儀的連鎖。當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,運行中的反滲透系統(tǒng)將會立即停止并進入停機沖洗狀態(tài)。停機沖洗結(jié)束后進入待啟動狀態(tài),液位符合要求后直接啟動反滲透系統(tǒng),不再進行開機沖洗。一些不經(jīng)常使用的操作則可通過手動進行,無需程序控制,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