基于PLC的膜分離反滲透純凈水處理計算機控制系統(tǒng)設(shè)計

陳科

【摘 要】本文采用以膜分離技術(shù)為載體的反滲透裝置，結(jié)合某景區(qū)實際情況，因地制宜

設(shè)計了基于PLC的純凈水處理控制系統(tǒng)，并利用MCGS嵌入版組態(tài)軟件實現(xiàn)了該系統(tǒng)的全自動化實時監(jiān)控。經(jīng)過實際運行，表明該系統(tǒng)設(shè)計達到了純凈水處理的標準，出水水質(zhì)符合純凈水水質(zhì)的各項理化指標。

【關(guān)鍵詞】反滲透；PLC；MCGS；監(jiān)控

0 引言

針對該景區(qū)的實際情況，我們采用如下的出水工藝流程：首先，來自原水泵的景區(qū)天然水送入石英砂過濾器，待濾除大顆粒懸浮物等雜質(zhì)后，再送入活性炭過濾器處理，待水的導(dǎo)電度和濁度滿足一定的參數(shù)標準后，然后經(jīng)保安過濾器、超濾裝置最后送入反滲透裝置除去大量的含鹽離子、有機物、重金屬等有害雜質(zhì)，出水水質(zhì)指標達到國家規(guī)定的飲用水理化指標及衛(wèi)生標準。過去單一地域的純凈水處理很難做到集中監(jiān)控，資源配置不合理，集中大型化控制只能在大中型的污水處理廠和飲用水加工企業(yè)才能做到，因此這套基于MCGS組態(tài)軟件和PLC，以膜分離技術(shù)為載體的反滲透水處理監(jiān)控系統(tǒng)在該景區(qū)的實際應(yīng)用填補了小型化商業(yè)應(yīng)用的空白。

1 控制要求

純凈水處理自動控制系統(tǒng)的要求是：

（1）按工藝流程，砂濾、碳濾先反洗后正洗，砂濾、碳濾反洗時，自動關(guān)閉濾料頂部的超濾進水閥；超濾反沖洗時，自動關(guān)閉砂濾、碳濾出水閥；在正反洗及運行之間切換時，對應(yīng)的電磁閥應(yīng)遵循先開后關(guān)的規(guī)則，避免入口處水壓波動偏大，出現(xiàn)“憋壓”狀況。

（2）可在控制站點的人機界面（HMI）上靈活設(shè)置碳濾、砂濾的正洗和反洗時間，超濾的反洗時間及反滲透的持續(xù)有效運行時間。

（3）進水電導(dǎo)、出水電導(dǎo)、反滲透進水壓力、濃水壓力四路4～20mA模擬量輸入信號經(jīng)過電導(dǎo)儀和壓力變送器傳入PLC的模擬量模塊處理后，在站點的HMI上實時顯示。

（4）在該處理系統(tǒng)自動運行過程中，要求控制進水壓力峰值為3.0MPa，濃水壓力峰值為1.2MPa、進水電導(dǎo)標準為2400μs/cm、出水電導(dǎo)標準為30μs/cm。

（5）原水進行水處理控制系統(tǒng)后，出水水質(zhì)參數(shù)達到國家規(guī)定的理化指標及衛(wèi)生標準。

2 方案設(shè)計

與該純凈水處理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的被控設(shè)備包含增壓泵、高壓泵、原水泵、清洗泵，20個過濾、超濾、反滲透等工藝使用的進水出水電磁閥等，此外人機界面（HMI）還要對四路模擬信號實現(xiàn)實時監(jiān)控。按照系統(tǒng)的規(guī)模和被控對象的實際情況并結(jié)合設(shè)計成本，我們選擇當下流行的西門子S7-200 SMART系列PLC ST60做為控制設(shè)備，同時擴展EM/DT32數(shù)字量輸入/輸出模塊和EM/AM06模擬量輸入/輸出模塊，其中EM/AM06模塊用來接收來自電導(dǎo)儀和壓力變送器傳輸?shù)?～20mA標準電流信號，即進水電導(dǎo)、出水電導(dǎo)、反滲透進水壓力、濃水壓力四路實時監(jiān)控信號。在無人值守的環(huán)境下，通過HMI，該景區(qū)工作人員能夠直觀形象的了解該系統(tǒng)運行的工藝參數(shù)是否達標，同時也能清晰看到設(shè)備的工作狀況。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

該項目根據(jù)其工藝流程特點，在PLC系統(tǒng)編程中應(yīng)用了在主控程序中調(diào)用子程序模塊的方式，把工藝流程、設(shè)備控制、控制功能等不同功能需求分開設(shè)置，如砂濾、碳濾、超濾、反滲透、清洗、液位等工藝流程子程序模塊，原水泵、故障等設(shè)備控制子程序模塊，初始化、控制塊、模擬量處理等控制功能子程序模塊單獨設(shè)置，增強了程序的可讀性，縮短了PLC執(zhí)行的掃描周期，提高了系統(tǒng)運行效率。這里我們以模擬量處理子程序模塊為例，該項目采集的模擬信號為來自壓力變送器和電導(dǎo)儀的4～20mA標準電流信號。該模塊不僅要進行模擬量的標度變換計算，而且也要完成信號的濾波處理。如果PLC接收的來自壓力變送器和電導(dǎo)儀的模擬信號超出了4～20mA的量程范圍時，我們就在模擬量塊中濾掉超出量程（即進入PLC的模擬量對應(yīng)數(shù)字小于6400和大于32000）部分的干擾信號，對模擬信號連續(xù)采集100次，對采樣信號實行均值和濾波運算，使傳輸?shù)接|摸屏的監(jiān)控數(shù)據(jù)準確無誤。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

圖1 工藝流程監(jiān)控組態(tài)畫面

人機界面（HMI）的開發(fā)采用MCGS嵌入版組態(tài)軟件。MCGS嵌入版組態(tài)軟件與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。圖1給出了觸摸屏上該系統(tǒng)監(jiān)控組態(tài)畫面。該畫面直觀的展示了系統(tǒng)的工藝流程，使純凈水的生產(chǎn)過程形象地展現(xiàn)在工作人員面前。HMI實時準確地反映了進水、出水電磁閥門和泵的啟停狀態(tài)，且用紅綠顏色切換展示其工作情況，如電磁閥開啟運行時顯示為綠色，關(guān)閉時顯示為紅色。在動畫連接中，把來自現(xiàn)場的液位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后通過百分比伸縮填充，實時地顯示了原水箱、中間水箱、清洗水箱和純水箱四個儲水罐的液位變化情況。砂濾、碳濾等工藝設(shè)備的工作過程也通過內(nèi)部多個閥門顏色切換形象地顯示了其工作中的狀態(tài)流程變化。整個系統(tǒng)通過管道串接在一起，系統(tǒng)管網(wǎng)的每個重要控制節(jié)點都設(shè)置了相應(yīng)的實時數(shù)據(jù)顯示標簽，如進水電導(dǎo)、濃水電導(dǎo)、進水壓力、濃水壓力等，動態(tài)地反映了各個控制節(jié)點參數(shù)指標的當前運行值。綜上所述，在該監(jiān)控系統(tǒng)的HMI中，主要設(shè)備位置分布合理，系統(tǒng)運行情況一目了然，各類參數(shù)實時顯示，一張屏就形象地展示了整個水處理系統(tǒng)的工藝流程及運行狀況，為景區(qū)實地操作和管理人員提供了方便。

5 結(jié)論

該系統(tǒng)利用了MCGS組態(tài)軟件強大的人機交互及數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合PLC的高穩(wěn)定運行及強大的抗干擾能力，實現(xiàn)了全自動化無人值守控制，在實際運行過程中有效地解決了當?shù)鼐皡^(qū)中的天然飲用水源凈化問題，同時降低了工人的勞動強度，提高了水處理的純度，去除了水中的有害雜質(zhì)，為小范圍內(nèi)純凈水供水創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境，安全性、可靠性都得到了保障。 從長遠來看，系統(tǒng)為該景區(qū)飲用水源供給創(chuàng)造了客觀的經(jīng)濟和社會效益，達到了節(jié)能、降耗的目的。

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