自动化控制直饮水变频恒压分质供水工程创新系统

赵树军

（黑龙江工程学院电气与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨150050）

随着人们对生活质量要求的渐渐提高，对“生命之源”也提出了相对于以往更高的要求，为了使水纯净更加健康，人们通过各种不同的途径改善它，于是直接饮用水设备这种即方便又利于人体健康的家电走入了人们的视线。直接饮用水设备通过执行多级且方式不同的净化，使自来水达到人们对水的饮用要求。直饮水机看似简单却纳入了极其先进的技术，一般会将水“打碎”成为小分子且弱碱化，解决人体吸收和酸碱平衡的2个重要问题[1]。

1 直饮水设备特点

1）方便。使用直饮水机饮水具有不需要人工繁琐的操作、饮水前不需等待、干净卫生、操作简单、饮水时尚等优点。

2）实用。具有噪音低、安全可靠、耐用省电、经济实惠、价廉物美的特点。

3）美观。作为一种新兴的实用家电，它外形优雅美观、可以随意选择放置位置、不俗的实用价值和优雅的外观能使家居“蓬荜生辉”。

2 直饮水处理工艺

UF超滤工艺 （TDS≤500mg／L；硬度 ≤500mg／L；硫酸盐≤100mg／L自来水）是膜分离技术中较先进的一种[2]。超滤器能够极为有效地清除水中的微粒、胶体、细菌、热源有机物，在各种生产工艺中特别是以分离、浓缩、净化为目的的工艺中有着核心的应用[3]。基本不用于轻纺、化工、医药、食品、环保电子、纯净水处理等行业[4]。自来水至用户直饮水线路流程如下：

设备经过原水泵打入各个处理罐、膜，以去除水中的有害分子、色度、浊度，最终纯水箱储存设备产出的纯水，经由纯水泵根据用户需求攻入用水点。

3 系统工作原理

3.1 系统设计基本方案

较为简单地讲，可编程控制与1台超微型计算机的结构和功能基本类似，由CPU、存储器、输入输出模块、外设接口、电源等组成，通过各部分控制线（控制总线、地址总线、数据总线）连接而成。

但是可编程控制器的工作方式与微机有很多的不同，微机采用的是中断方式，而控制器则是运用对程序进行反复的循环扫描方式以完成预定的工作，并对其依次逐条解释执行。这样做最大的优点是节省时间，若某个输出线圈被断开，不会像电气继电控制中的继电器立即动作，而必须等扫描到该触点时才动作，具体的运作时间大概只有几十毫秒，其速度远高于继电器动作时间两倍左右（100ms以上）[5]。

可编程控制器投入工作以后，要完成一系列的操作，基本可以分为3类：①以故障诊断和处理为主的操作；②联系现场状况的数据I／O操作；③执行用户程序和服务与外部设备的命令操作。

PLC在纯净水再生装置中自动恒压控制的应用，充分利用了可编程控制器的众多优点，满足恒压控制要求，其工作原理见图1。

图1 工作原理

设备设置可以调节为手动、自动两种控制方式[6]。手动控制模式需要专职人员专门进行手动控制；自动控制模式系统通过软件程序进行自动运行，无需专职人员进行操作，基本实现自动化运行[7]。

3.2 硬件设计方案

1）根据要求，在进水池内设置omron 61f－g2ph高低水位检测传感器检测水位，避免水位过低时水泵空运转损坏，在水泵出水口安装一个压力传感器smc ise5b－02－27l自动检测压力传感器，采集现有压力信号并转变为1～5V的模拟电压反馈至cqm1的线性传感控制模块LSE，LSE将反馈信号处理，处理结果通过LSE模块转变为模拟电压控制变频器的工作频率，从而保证供水是恒压的及再生水装置的压力[8－9]。系统控制框图如图2所示。

图2 系统控制

2）所需硬件明细如表1所示。

表1 硬件明细

3.3 软件设计方案

可编程控制器采用扫描的方式，同时对多个模块进行控制，在整个程序扫描时间里可使程序按所测信号判断进入不同的分支程序。主程序包含有多个分支程序，这样既提高了速度又减少不必要的代码重复，同时也方便以后系统扩展对软件的修改。为了避免控制设备的误动作，设置有上电后对运行设备开关状态逻辑错误的检查功能[10]。系统控制程序流程如图3所示。

图3 系统控制程序

4 结束语

该系统对开关可控精度要求不是很高，可使用成本相对较低的omron公司的cqm1系列可编程控制器以及omron扩展线性控制单元LSE1。此系统应用当前流行的数字量开关输入法，根据高性能可编程控制器本身的抗干扰达到控制要求。选用功能指令和使用循环扫描工作方式即可满足系统的自动控制。该系统带有自动检测传感器输入装置，并且输入端分为手动和自动2种开关。输出部分有1台可控制水泵和1套电路预警装置。根据实际情况选择线性控制单元LSE1和cqm1系列10点高性能可编程控制器即可达到饱和的需要。

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[3]杜成银.膜过滤＋活性炭工艺处理三峡库区微污染水源水研究[J].重庆大学学报，2004（5）.

[4]杜志芳，李恩生.提高生活品质 关注分质供水[J].河北工程技术职业学院学报，2003（1）.

[5]张永华.PLC、人机界面结合变频器在纯净水再生装置中自动恒压控制的设计[J].变频器世界，2009（8）.

[6]吕有忠.PLC在电炉控制系统中的应用[J].工业控制计算机，2011（24）.

[7]景屹.秦皇岛港煤四期堆场洒水环保控制系统设计[J].企业导报，2011（11）.

[8]罗麦丰，陈小祝.基于NezaPLC与变频技术的直饮水恒压供水系统[J].电气自动化，2009（3）.

[9]张燕宾.SPWM变频调速应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.

[10]黄建伟.基于PLC的恒压供水系统的设计[J].工矿自动化，2008（5）.