PLC控制技术应用与水处理系统的研究

魏 杰

冀中能源邢台矿业集团生活后勤服务分公司 河北 邢台 054000

1 引言

冀中能源集团机关地下室加热泵组常年为机关办公大楼、金牛大酒店提供热水。自来水加热后水中钙、镁等离子极易在金属管壁上结成水垢，热水泵、供水管网、阀门及喷淋花洒等由于水垢积聚经常堵塞，影响正常使用，造成费用、能耗较大。为此，笔者通过多处实地考察论证，安装了一套水处理控制系统，这套系统采用西门子S7-200及传感器模块、人机界面外部设置PID参数，达到精度很高的闭环控制。使净水、污水和中水回用的处理更加完善、控制更加准确、系统运行更加稳定、操作更加方便、系统运行效率更高、更加环保和节能。而且彻底解决了因水垢而带来的供热管网堵塞问题，提升了后勤服务质量，使广大机关职工喝上了更好更健康的放心水。

2 PLC控制系统应用于水处理装置的要求

结合水处理行业发展趋势，水处理装置对PLC自动控制系统的要求如下:PLC设备稳定运行。PLC设备能够稳定运行，是对自动系统的基本要求，也是最高的要求。PLC设备有较强的抗干扰能力，平均无故障时间长，即使在系统故障的情况下，也能够最低限度的减少故障损失。节能和环保是现代社会发展对各种工厂、产品的需求，在水处理行业同样需要考虑到节能和环保的问题。这就需要PLC的程序编写能够与现场工艺和设备结合，使控制更加准确，使现场设备在低能耗运行以及加氯、加药适量的情况下满足出水水质的要求。

3 水处理PLC系统的控制及设计研究

笔者以生活用水处理系统为控制对象，采用PLC控制技术，设计了一套满足生活水质要求的自动化水处理系统，并实现对水处理系统运行状态进行实时监控和管理，保证整个系统运行安全可靠。PLC控制的水处理系统主要有可编程控制器、液位计、电磁阀、高低压力开关和现场的水泵机组一起组成一个完整的水处理系统，本设计中有3个储水罐，3台水泵，采用部分流量调节方法，即3台水泵中只有1台水泵在变频器控制下作变速运行，其余水泵做恒速运行。PLC根据管网压力自动控制各个水泵之间切换，并根据压力检测值和给定值之间偏差进行PID运算，输出给变频器控制其输出频率，调节流量，使供水管网压力恒定。各水泵切换遵循先起先停、先停先起原则。

3.1 系统控制 系统有18个输入点和16个输出点，采用西门子S7-200系列，CPU224中央处理器和EM223模块，控制方式，设有手动/自动转换功能。可以随时根据系统各设备的运行状况对系统的控制方式及工艺参数进行调整。在手动方式下，对各单元进行独立操作。生产过程中系统出现故障时，及时发出警报。主要的工艺参数，均可直接在盘面或现场仪表上读出，实时了解系统各设备的运行参数。

3.2 报警及保护设置 高液位报警:原水箱、中间水箱、纯水箱水位高过高设定值，发出高液位信号，受控单元停止工作。

中液位报警:原水箱、中间水箱、纯水箱水位，水位低过中设定值，发出中液位信号，受控单元启动工作。

低液位报警:原水箱、中间水箱、纯水箱水位，水位低过低设定值，发出低液位信号并停止出水泵。

高压泵低压保护:进水压力低于低压开关设定值，发出水压低信号并停止高压泵及RO系统。

高压泵高压保护:进水压力高于高压开关设定值，发出水压高信号并停止高压泵及RO系统。

水泵故障报警:水泵热继电器动作，发出故障信号，并停止故障泵

3.3 实现手动/自动转换功能 该功能主要用于应急或检修，以保证生产供水需求自动操作方式:平时正常工作普遍采用的方式，其整个工作过程不需要人员干预，全自动运行。

3.4 系统单元控制 预处理单元石英砂过滤器、活性炭过滤器为全自动操作运行和反洗。

RO单元RO系统的启动、运行、冲洗、停机备用等过程均可由PLC实现自动控制。同时，RO系统还设置一块就地仪表盘和一块就地操作盘，在就地盘上可读出RO的有关工艺参数，以及能在就地操作盘上启停RO进水高压泵及相关的自动阀门。对RO系统的重要参数如电导率等均设有检测仪表当高压泵管路前各进水阀门打开时，进水压力达到要求后，可启停高压泵，检测高压泵没有故障，同时打开产水不合格排放阀，进水压力达到反渗透工作压力，然后自动调整浓水排放阀来调节产水流量，当产水电导达到预定值时，关闭产水不合格排放阀。

反渗透正常运行过程保护说明:

检测进水压力是否达到要求的设备为进水低压压力开关；为确保反渗透的正常运行，考虑到运行过程中以及高压泵启动时，对管路会造成瞬时或不间断的压力失常、损失等情况，会造成压力开关的误动作，从而造成系统报警、停止，故在检测进水压力动作时，考虑了一定的延时。

检测高压泵是否故障的设备为高压泵保护器。

浓水管道设置高压保护开关，检测到浓水侧压力过高时，系统报警并打开浓水排放电动阀门，进行泻流。

RO启停保护在RO停止使用时，首先停止高压泵，同时打开浓水端排放阀和产水阀，预处理延迟运行一段时间，用经预处理的原水对RO膜组件自动低压冲洗5 min，以避免浓水中的高浓度盐类在RO膜表面沉积结垢而影响膜的性能，然后自动关闭浓水电动阀，并停止冲洗。长时间停运，在冲洗后应注入保护液。

清洗系统由于清洗装置是反渗透系统的维护设备，运行时间和频率比较低，一般几个月运行一次，建议采用手动控制方式进行；清洗进行时，首先确保清洗水箱有足够的清洗液，并且清洗泵、及清洗过滤器进出口各阀门都处于开启状态，检查清洗设备和反渗透装置之间的管道连接，开启清洗水泵，清洗装置进入开启状态。

4 结语

通过对生活水质要求的特点分析，笔者设计开发了一套基于PLC的电气自动化控制的水处理系统。该系统利用PLC实现对多台水泵电机的启动和停止运行，同时把水泵电机控制纳入自动控制系统利用电导率表、电阻率表实时监控产水质量，该系统不仅有效地保证了水处理系统产水质量，而且具有工作可靠、施工简单、节能效果显著、全自动控制、无二次污染等优点。为今后PLC自动控制技术在水处理系统中的应用提供理论指导。