基于PLC的化學水處理智能控制系統

　　摘要：鍋爐是工業生產和人們生活中使用zui廣泛的設備之一，鍋爐水的處理工作，對確保鍋爐安全、經濟運行、節約燃料有著重要的意義，它是鍋爐運行中的一項重要的技術基礎工作。本文介紹的是基于化學處理法工藝的水處理過程智能控制系統。
　　
　　1、引言
　　
　　鍋爐是工業生產和人們生活中使用zui廣泛的設備之一，鍋爐水的處理工作，對確保鍋爐安全、經濟運行、節約燃料有著重要的意義，它是鍋爐運行中的一項重要的技術基礎工作。如果鍋爐給水沒有經過水處理或水處理不當，不但會縮短鍋爐的使用壽命、浪費燃料，甚至會造成重大設備事故和人員傷亡。因此，鍋爐使用單位必須因爐、因水制定鍋爐水質標準，并根據實際情況選用合適的水處理工藝。目前鍋爐水處理系統中的工藝流程設計中使用zui廣泛的是離子交換法（化學處理法）和滲透法（物理處理法）。傳統的水處理過程多為繼電器控制或人工操作，系統故障多，工人勞動強度大，運行成本高，對運行可靠、性價比高的控制系統需要迫切。本文介紹的是基于化學處理法工藝的水處理過程智能控制系統。
　　
　　2、化學水處理工藝簡述
　　
　　本系統受河北某企業委托進行設計和實施，水源為水庫地表水，設計供水能力為40t/h，系統主要設備：浮動床機械過濾器2臺，逆流式固定床陰、陽離子交換器各2臺及除碳設備和廢水處理池等。通過過濾器去除原水中的懸浮物，陰、陽床去除原水中的各種離子，廢水通過酸堿中和達到排放標準后排放，并通過檢測相關工藝參數判斷過濾器、陰床、陽床是否失效并自動進行再生處理，一般情況下兩套設備并列運行，供水量富裕時一套設備再生完成后處于待機狀態，在另一套設備失效（水質不合格）需再生時自動投入運行，兩套設備共用原水供應、酸堿計量、除鹽水儲存，工藝流程簡圖如圖1所示。　　
　　2.1逆流式固定床離子交換器的基本操作和工藝過程
　　
　　（1）交換過程
　　
　　水經過進水裝置均勻配水后，以一定的流速，自上而下地通過一定高度的樹脂層，水中離子和樹脂中的可交換離子進行交換，使出水符合要求，然后經出水裝置送出。當出水水質超標后，應停止運行。實際上是交換器的運行過程。
　　
　　影響交換器運行的主要影響有：樹脂層的高度;交換速度;樹脂的工作交換容量。
　　
　　（2）反洗過程
　　
　　在交換器運行失效后，需對樹脂進行反洗，使壓實的樹脂層充分膨脹，保證再生的*，同時洗掉樹脂上部交換時截留的下的雜質。
　　
　　小反洗：反洗水從中部裝置進入，并從交換器頂部排出，反洗中排以上的壓實層及中間排水裝置上污物。流量控制在，時間10-20min，洗到水清為止。待10-20運行周期過后再進行大反洗。
　　
　　大反洗：反洗水從底部排水裝置進入，使之從下而上通過樹脂層沖洗到出水清晰。
　　
　　（3）再生過程
　　
　　當出水水質超標后就要再生。即用一定量的適當濃度的再生劑，以一定的速度從交換器底部自下而上與失效樹脂層進行接觸，使其恢復交換能力。時間為30min左右，上升流量為。
　　
　　（4）置換過程
　　
　　在再生液進完后，繼續以再生過程的同方向進軟化水，使后部分再生液*通過失效樹脂層。時間為30-40min。
　　
　　（5）小正洗
　　
　　置換結束后從交換器上部進水，中間排水裝置出水，以清洗滲入壓實層中及上部的再生液。時間為10min左右，流量為。
　　
　　（6）大正洗
　　
　　小正洗結束后，關閉中間排水裝置，開下部排水閥，用按順流方向沖洗樹脂層到出水合格。流量為。
　　
　　2.2過濾器工作過程
　　
　　主要包括：過濾、氣洗、正洗和反洗等步序。
　　
　　3、系統主要檢測、控制要求
　　
　　根據生產工藝要求，系統控制以時間順序控制為主，通過檢測過濾器出水流量和進出水差壓值、陽床的鈉度和陰床的電導率控制整個生產過程的正常制水和再生，同時根據污水池的ph值控制加酸加堿量以保證污水合理排放。整個水處理系統控制均由PLC來完成。
　　
　　監控水處理系統整個生產過程，包括各項水質參數、設備的運行情況，同時檢測控制各個閥門的啟閉狀態，各運行步序中流量控制通過PLC的ao控制水泵變頻器來控制，另外自控系統通過上位機的管理功能，實現數據的記錄存檔、報表打印等。
　　
　　4、系統選型及組成
　　
　　基于系統以上檢測及控制要求，我們可以看出：系統控制以時間順序控制為主，開關量輸入輸出點比較多，如果選用DCS系統來完成勢必造成投資浪費，而且隨著plc自身技術的發展，其靈活的系統擴展與組成，通訊功能的完善和提高以及*的性價比，同時與ipc的方便連接，使得plc的應用領域越來越廣泛。因此本系統設計選用plc為主完成數據采集和控制功能，由工控機通過組態軟件來完成畫面組態和監控功能。結合國內外市場自控產品現狀并著重考慮系統的實用性和經濟性，自控系統采用進口和國產設備相結合，plc選用美國*康的premium產品，流量計、液位計、電導儀、鈉度儀、ph計等傳感器選用國產件，組態軟件采用國產組態王，以便與鍋爐控制系統互連。系統組成框圖如圖2所示。　　
　　5、系統功能
　　
　　（1）數據采集
　　
　　開關量數據采集：對系統內部各種閥門、水泵、風機等設備的運行、停機等開關量信號進行采集，通過i/o接口送入plc，作為設備狀態的參數，以便plc執行控制。
　　
　　模擬量數據采集：采集水溫、水質參數、流量、水位、ph值等模擬量信號。
　　
　　（2）自動控制
　　
　　本系統通過plc和ipc實現對水處理系統各生產工藝的自動控制。同時可在上位機對主要閥門的啟閉、設備的啟停進行操作。系統仍保持就地操作功能，該功能作為設備調試、故障檢修時使用，能通過現場手動/自動開關來進行切換。
　　
　　（3）設備智能化控制
　　
　　通過軟件優化設計能及早發現事故或故障的征兆，并及時提出處理預案。
　　
　　（4）實時、歷史數據處理和報表生成
　　
　　數據庫采集設備運行狀態、生產情況、水量、水質等數據，對實時參數進行動態顯示。歷史數據可按曲線方式顯示。并能自動生成報表、直接支持excel軟件。
　　
　　（5）畫面顯示
　　
　　在計算機上能顯示整個系統的工藝結構、檢測參數及報警畫面。
　　
　　（6）報警和事故處理
　　
　　對設備參數超限、水質參數異常以及設備運行狀態失控進行報警以及提示故障設備檢修方法，便下操作人員和維修人員及時處理。在發生緊急故障或報警預定時間內無應答時，將診斷結果進行分析，并執行處理事故程序。
　　
　　（7）報表打印和管理
　　
　　可管理整個水處理系統，對生產工藝進行24小時監視，可按需記錄并打印生產工藝過程報表，可選擇班報表、日報表、月報表。
　　
　　（8）系統組態和參數設置
　　
　　根據實際需要，技術人員可通過密碼進入系統在線修改、參數設置及系統組態。
　　
　　6、結束語
　　
　　該系統經現場使用已近一年，使用情況良好，得到用戶的肯定和好評，同時使我們感到在以時間順序控制為主的系統中plc具有別的控制器*的*性。