基于PLC的锅炉水处理控制系统设计

【摘要】介绍了基于PLC的锅炉水处理控制系统的设计方案、系统组成、硬件配置和软件结构，阐述了控制系统的硬件和软件设计过程。实际应用表明，该控制器可以获得满意的控制效果。

【关键词】水处理;PLC;程序设计;顺序控制

Abstract：This paper introduces design scheme，components，hardware equipment and software structure of control equipment for boiler water treatment based on PLC. The hardware and software design of the control system are expounded. The actual application confirmed that the designed system presents the characteristics of high automation，high reliability and the efficiency are effective improved.

Key words：water treatment;PLC;programming;sequence control

1.引言

工业锅炉水处理的主要内容是水的软化，即除去水中的钙镁硬度盐，防止锅炉结垢。在生产中锅炉水的软化处理是一项重要的安全指标，它是防止锅炉结垢、腐蚀，保证蒸汽品质的主要措施，对保证锅炉安全经济运行有着重要的意义，因此，对于锅炉水处理的技术要求愈来愈高。本文所设计的锅炉水处理控制装置，由高低水位控制进水阀开关，选用PLC为控制器，通过编程实现水处理的循环控制，提高了水处理的自动化程度和生产效率。

2.软水生产工艺过程及控制要求

软化水设备的工作原理是基于阳离子交换原理。水由交换柱上流下，与交换树脂中的盐离子充分接触达到把原水中的杂质、易结垢的重金属阳离子去除掉。其生产工艺大致分为下列几步：

（1）松床：主要把交换柱中压紧的交换树脂充分冲开使之与要处理的水充分接触;

（2）再生：水处理经过一段时间后，交换器树脂中的盐离子会失去导致交换失效，要对交换树脂进行反洗，再用酸（或碱）溶液对树脂进行处理，使其恢复交换能力;

（3）置换：在置换过程中，软化水由上而下流经交换柱，冲洗掉树脂中的钠离子，实现钠离子交换钙镁离子;

（4）清洗：把树脂中残留的氯离子洗净。

图1 水处理工艺流程

在实际运行中有A、B两套完全相同的结构构成一个系统，共有四个工位，各自工作于不同的工作流程，交替进行，各工位之间通过电机转动换位。当A（B）处于再生，置换过程时，B（A）要处于交换过程，以便为锅炉提供所需的软化水。工艺流程图如1所示（1#为进水阀，2#为再生阀）。

根据需要各个工位的运行时间长度不同。要求控制系统应能够设置、修改、存储各工位的运行时间长度，并能按照设置的各工位时间长度自动切换工作流程，控制各阀门的开关。配合水位检测器，系统应能自动检测存储软化水容器的水位高低。达到上限时，系统应能自动停止运行，达到下限应能自动启动系统重新运行。水处理不管在怎样的情况下停止，设置的数据不能丢失，停止之前的运行状态应能保存下来，重新运行时接着原来的状态运行。

3.系统硬件设计

本系统采用PLC为控制核心，根据锅炉水处理控制要求分析，该PLC有7个输入信号：自动、手动选择开关，总停止按钮，启动按钮，工位切换手动按钮2个，液位传感器2个，共需要7个输入点。PLC输出控制对象主要是控制电路中的执行器件，如接触器、电磁阀等。本机床中的执行器件有2个交流接触器，2个进水电磁阀，2个再生电磁阀，需占用6个输出点。考虑系统的各技术指标及以后扩展性能，选用信捷公司的XC2-14RT-E机型，该机基本单元有8点输入，6点输出，完全能满足控制要求。PLC的I/O分配如表1所示。

表1 PLC控制I/O分配表

输入信号 输入点编号 输出信号 输出点编号

手动/自动选择开关 X0 A#工位转换电机 Y0

启动按钮 X1 B#工位转换电机 Y1

停止按钮 X2 A#进水电磁阀 Y2

工位切换手动按钮1 X3 B#进水电磁阀 Y3

工位切换手动按钮2 X4 A#再生电磁阀 Y4

液位上限 X5 B#再生电磁阀 Y5

液位下限 X6

控制系统结构框图如图2所示。

图2 控制系统框图

图3 水处理工艺控制流程

本系统采用触摸屏实现人机交互，触摸屏主要是替代传统的键盘和控制面板，以动画的形式表现自动化控制过程，不仅用于数据的存储和显示，而且可以简化系统的控制程序。根据要求本系统应在触摸屏上显示柱号、工位号和工作时间等内容。系统整个工作流程是按照设定的时间间隔，控制各工位的轮换，这都由内部时钟来提供参考时间。通过按键设置的工位时间长度能保存起来，由掉电保持的数据存储器来保存。

4.控制系统程序设计

由锅炉水处理系统的控制要求可知，其为顺序控制过程，所以可运用状态编程思想，采用步进顺控指令对其进行控制。根据控制要求，系统在启动并且初始化之后，都要进行工作方式的选择，即自动控制和手动控制，二者之间的切换通过选择开关SA实现。系统控制流程图如图3所示。

5.结束语

本文设计的用于软化水设备的PLC控制系统，与同类控制系统相比，整个组成电路结构简单，系统可靠性高，维护方便。经实际应用，充分克服了原继电接触器控制系统的缺点，触摸屏作为显示终端，提高了人机界面的灵活性，可将提升机的运行状态和故障信息直观显示出来，方便操作人员快速处理设备故障，大大提高了系统的可靠性。

参考文献

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作者简介：齐加俊（1968—），机电工程师，主要研究方向：机电自动化控制技术。