淺談PLC在臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用

石艷紅　李亮亮　劉漢

摘 要：自1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制成功第一臺PLC至今，PLC作為一種專業(yè)的工業(yè)控制器，40多年來從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步。文章根據(jù)臭氧發(fā)生器應(yīng)用的不同行業(yè)，分類闡述了PLC在臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：PLC；臭氧發(fā)生器；系統(tǒng)；控制；應(yīng)用

目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為六類，分別是：開關(guān)量的邏輯控制、模擬量控制、運動控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、通訊及聯(lián)網(wǎng)。PLC在臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用屬于除運動控制之外的其它五類的綜合應(yīng)用。

1 PLC在醫(yī)用臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用

醫(yī)用臭氧發(fā)生器主要用于臭氧消毒水的制作與疾病治療，單機(jī)間歇式工作，在線檢測臭氧濃度和臭氧分解器尾氣濃度。

1.1 硬件配置（表1）

1.2 控制方式

恒臭氧濃度控制，即在觸摸屏上設(shè)置臭氧濃度值，PLC根據(jù)設(shè)定值自動調(diào)節(jié)發(fā)生器出氣口臭氧濃度。

2 PLC在泳池臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用

PLC在泳池臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用主要為泳池水恒水溶濃度控制，單機(jī)工作，在線檢測水溶臭氧濃度。水溶濃度的調(diào)節(jié)可以通過手動或自動方式實現(xiàn)。

2.1 硬件配置（表2）

2.2 控制方式

調(diào)節(jié)水溶濃度實際調(diào)節(jié)的是臭氧產(chǎn)量。

2.2.1 手動調(diào)節(jié)

當(dāng)PLC檢測到手動控制方式有效時，轉(zhuǎn)為手動調(diào)節(jié)控制臭氧產(chǎn)量和水溶濃度。具體實現(xiàn)方式：由操作者在觸摸屏上輸入臭氧投加值（根據(jù)經(jīng)驗值設(shè)置），由PLC將數(shù)字量數(shù)值轉(zhuǎn)化為模擬量信號輸出。

2.2.2 自動調(diào)節(jié)

當(dāng)PLC檢測到自動控制方式有效時，轉(zhuǎn)為自動調(diào)節(jié)控制水溶濃度。具體實現(xiàn)方式：由操作者在觸摸屏上設(shè)置實際需要的水溶濃度值，PLC不斷檢測設(shè)定值與檢測值之間的差值，從而改變模擬量的輸出值，達(dá)到改變水溶濃度的目的，既精確又穩(wěn)定。

2.2.3 控制流程圖（圖1）

3 PLC在自來水行業(yè)臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著新版《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749-2006的頒布及實施，加速了臭氧在自來水行業(yè)的應(yīng)用，由于自來水行業(yè)工藝復(fù)雜，對臭氧發(fā)生器的智能監(jiān)測及自動控制要求較高，因此PLC在自來水行業(yè)臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用更為普遍，尤其是江浙一帶的大型自來水廠。

根據(jù)自來水廠的工藝要求，PLC控制臭氧發(fā)生器的方式一般為：多機(jī)組網(wǎng)工作，臭氧系統(tǒng)自帶中控機(jī)與自來廠上位機(jī)通訊。

臭氧發(fā)生器與中控機(jī)之間的通訊協(xié)議可以選擇PROFIBUS DP通訊協(xié)議、MODBUS RTU通訊協(xié)議、以太網(wǎng)通訊協(xié)議等。通訊介質(zhì)為屏蔽雙絞線。

臭氧系統(tǒng)中控機(jī)與自來水廠上位機(jī)的通訊協(xié)議一般采用以太網(wǎng)協(xié)議，通訊介質(zhì)為光纜。

3.1 硬件配置（表3）

3.2 實現(xiàn)功能

（1）在線檢測出水溫度、出氣溫度、進(jìn)氣溫度、電源溫度、臭氧流量、進(jìn)氣壓力、出氣壓力、臭氧功率等參數(shù)；（2）臭氧放電室進(jìn)氣壓力自動調(diào)節(jié)；（3）臭氧放電室臭氧出氣流量自動調(diào)節(jié)；（4）臭氧發(fā)生器功率調(diào)節(jié)；（5）臭氧發(fā)生器出氣臭氧濃度手/自動調(diào)節(jié)；（6）臭氧發(fā)生器故障預(yù)警與診斷；（7）臭氧發(fā)生器與上位機(jī)（中控機(jī)）通訊。

3.3 控制方式

自來水廠根據(jù)具體的工藝要求，一般采用恒臭氧濃度或恒臭氧功率的控制方式。

3.3.1 恒臭氧濃度控制

恒臭氧濃度控制是一種根據(jù)臭氧濃度設(shè)置值調(diào)節(jié)臭氧運行功率的過程。即：在臭氧發(fā)生器本地或中控機(jī)/上位機(jī)上設(shè)置工藝所需的臭氧濃度值，PLC根據(jù)設(shè)置的臭氧濃度值和在線檢測實際臭氧濃度二者之間的差值，不斷調(diào)節(jié)PLC輸出值來控制臭氧發(fā)生器的功率。如選用此種控制方式，必須在臭氧發(fā)生器出氣口安裝臭氧濃度在線檢測儀。

3.3.2 恒臭氧功率控制

恒臭氧功率控制是根據(jù)臭氧功率設(shè)置值，調(diào)節(jié)實際臭氧運行功率的過程。即：在臭氧發(fā)生器本地或中控機(jī)/上位機(jī)上設(shè)置所需的臭氧功率值，PLC根據(jù)設(shè)置的臭氧功率值和在線檢測實際臭氧運行功率二者之間的差值，不斷調(diào)節(jié)PLC輸出值使臭氧發(fā)生器功率達(dá)到設(shè)置值。

3.3.3 進(jìn)氣壓力控制

進(jìn)氣壓力控制是一個將臭氧發(fā)生室內(nèi)壓力自動調(diào)節(jié)至設(shè)置壓力值的過程。即：在臭氧發(fā)生器本地或中控機(jī)/上位機(jī)上設(shè)置壓力值，PLC根據(jù)設(shè)置的壓力值和在線檢測實際工作壓力二者之間的差值，不斷調(diào)節(jié)PLC輸出值來控制臭氧發(fā)生室進(jìn)氣閥的開度。

3.3.4 臭氧出氣流量控制

臭氧出氣流量控制是一個將臭氧出氣流量自動調(diào)節(jié)至設(shè)置流量值的過程。即：在臭氧發(fā)生器本地或中控機(jī)/上位機(jī)上設(shè)置所需流量值，PLC根據(jù)設(shè)置的流量值和在線檢測實際出氣流量二者之間的差值，不斷調(diào)節(jié)PLC輸出值來控制臭氧發(fā)生室出氣閥的開度。

3.4 控制流程圖（圖2）

3.5 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖3）

4 PLC在化工行業(yè)臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用

近年，國家加大對環(huán)境整治的力度，臭氧被不斷應(yīng)用于化工行業(yè)，由于化工行業(yè)對臭氧發(fā)生器的一系列要求：檢測點多、上位機(jī)監(jiān)視控制臭氧發(fā)生器等，使用PLC自動控制臭氧發(fā)生器成為趨勢。根據(jù)化工廠的工藝要求，PLC控制臭氧發(fā)生器的方式不同，有的只是單機(jī)控制；有的是作為下位機(jī)與中控機(jī)通訊再由中控機(jī)轉(zhuǎn)傳到上位機(jī)；有的直接作為上位機(jī)的下位機(jī)與上位機(jī)通訊。通訊協(xié)議可以選擇MPI通訊協(xié)議、PROFIBUS DP通訊協(xié)議、MODBUS RTU通訊協(xié)議、以太網(wǎng)通訊協(xié)議等。

PLC系統(tǒng)的硬件配置、實現(xiàn)功能、控制方式及控制流程與在自來水行業(yè)臭氧發(fā)生器中的應(yīng)用大同小異，在此不再贅述，可參見文章第三節(jié)描述。

5 結(jié)束語

通過上述舉例說明，可見PLC在臭氧發(fā)生器系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越成熟，不僅提高了穩(wěn)定性和抗干擾能力，還大大提高了工作效率，最關(guān)鍵的是節(jié)約能耗，降低運行成本。