PLC系统在深度水处理工艺中的应用.pdf

第 3期 总第 1 7 2期 2 0 1 2年 6月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NE ERI NG AUT MATI N No． 3 J u n ． 文章 编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 O l 2 O 3 0 1 9 8 0 2 P L C系统在深度水处理工艺中的应用 李 日清 山西太钢 不锈钢股份有 限公 司 能源动力总厂，山西 太原0 3 0 0 0 3 摘要 介 绍了 P L C系统在深度水 处理 系统 中的应用，详细 描述 了系统 的供 电方 式、冗余配置、硬件 布置、 I ／ O点数设 置和 控制模 式；阐述 了超滤及反渗透等各单 元的控制原理和检测过程；对一些关键点 的测量仪表 作 了说明。实现 了复杂工 艺全 自动操作 ，保证 了水处理 系统 的安全运行。 关键词P L C系统 ；冗余 ；配置 ；控制模式；控 制单元 ；水处理工艺 中图分类号T P 2 7 3 文献标识码 B 0 引言 深度水处理系统 的核心装备是超滤和反渗透两大 部分 ， 由于这两个 工序均装有大量 的阀 门且 阀门开关 频 繁， 运行工艺复杂， 检测 、 控制点多 ， 如果由人工操作 ， 不 仅运行人员的劳动强度大， 而且还有可能导致设备误操 作， 给系统的安全生产带来隐患。因此 P L C系统 的使 用在整个深度水处理工艺中起着非常重要的作用。 1 深 度水 处理 工艺流 程 深度 水 处理 系统 由配水 渠 、 超 滤 、 中间水 池 、 高 压 泵 、 反渗透组成 ， 其工艺流程如图 1 所示 。 来水通过 D N6 0 0管道经过一个气动调节 阀进入 配水渠， 从配水渠再 自流到 6个滤池， 透过液泵抽吸将 滤后水集中到中间水池， 利用高压泵打人 8 组反渗透， 出水 通过 DN5 0 0管道送 出到下一工 序 。 户 反洗 、化学清 洗 加药 冲 洗、化学滑洗 图 1 深度水处理工艺流程 2 P L C系统 为保证系统 的安全运行 ， P L C采取冗 余 热备方 案 。P L C系统 由冗余 中央处理单元 C P U 、 存储器、 冗 余 电源模 块 、 冗 余 通 讯 模 块 和通 讯 电 缆 、 输 入 输 出 I ／ O单 元构成。冗余热备 系统 S 7 4 0 0 H 作为 P L C 主站， 分布式 I ／ O单元采用 E T2 0 0 M， P L C主站与分 布式 I ／ O站之间采用高效的 P r o fi b u s DP现场总线网 络连接。操作员站和 P L C之间采用 T C P ／ I P通讯协 议 ， 通过冗余的工业以太网交换机连接， 其传输速率为 1 0 0 Mb ／ s 。 中央控制室配置两个操作员站 ， 并设有一 台报表 打印机 ， 其中一个操作员站兼作工程师站 。人机界面 平台选用 Wi n C C系统 ， 操作员站通过 P L C自动监视、 管理 、 控制整个深度处理系统的全部生产过程。在操 作员站兼工程师站配置一套开发版 HMI 组态软件包 和编程 软件 ， 可对 上 位 机软 件 和 P L C进 行 编 程 、 监 控 和程序的读取、 下载。 控制室共设置 5台控制柜 。1 柜为电源柜， 柜 内 装设 自动切换装置、 UP S电源装置及 电源负荷分配开 关， 负责向深度处理系统 内的所有仪表和控制设备供 电， 包括仪控设备所需的 2 2 0 VAC和 2 4 VD C电源。 控制电源由电气低压柜提供两路 2 2 0 VA C电源 ， 一路 一 旦失电， 系统会 自动切换至另一路。UP S电源使用 6 k V A 规格 ， 外 置 2 0 节 2 4 Ah电池 ， 保 证在 两路 都 突 然停 电的状态 下 向系 统供 电超过 3 0 mi n 。 2 ～5 柜为 P L C柜 。2 柜安 装 C P U 及 一 个 I ／ 0站 ， 3 ～5 柜分别装两个 I ／ O站。P L C控制系 统框 图如图 2所示 。 根据 工艺 提供 的设备数 量和需 检测 、 控 制 的参数 ， P L C控 制 系统共 有 DI 点 3 9 5个 、 D 0 点 2 7 6 个 、 A I 点 1 2 7 个 、 AO 点 2 6个 ， I ／ 0 点数 按 照 以下 原 则设 置 ① 工艺泵或电机 D I 点 3个 运行／ 停止、 远程／ 就地、 故 障 ；D O点 1 个 启动／ 停止 ； AO点 1个 变频控制 输出；A I 点 1 个 变频反馈 ； ②电动、 气动阀门 DI 点 4个 已开、 已关 、 远程／ 就地 、 故障 DO点 2个 收稿 日期 2 o 1 2 一 O l 一 0 4 ；修 回日期 ；2 o 1 2 0 2 1 1 作者简介 李 日清 1 9 6 7 一 ，女，山西应县人 ，工程师，本科 ，现从事水系统 自动化控制方面的专业技术工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第 3期 李 日清 P L C系统在深度水 处理 工艺中的应 用 1 9 9 开启 、 关闭 ； ③调节阀 AI 点 1个／ 4 mA2 0 mA， 反馈信号 ； AO点 1 个／ 4 mA～2 0 mA， 模拟控制输 出 ； ④模拟量仪表 A I 点 1个 4 mA～2 0 mA ； ⑤开 关量仪表 D I 点 1 个 无源触点 。 P 打印机 工程师站l I 操作员站 l 工业网络交换机 室 l 室 I壶 l壶 l吉 I吉 l麦 l圭 I壶 l击 童 l霎 l雾 I室 l I室 l l l I室 ∞ ∞ 士 士 I l I 0 ∞ ∽ ∞ ∞ ∞ ∞ ∽ ∞ ∽ n I I 士 ∞ 暑 H I P L C 柜 2 P L C 柜 3 P L C 柜 5 P L C 柜 图 2 P LC控 制 系 统 框 图 3 控 制模式 主要设备控制模式采用就地手动控制、 远程手动 控 制 、 自动控 制的 3层控制 模式 。 3 ． 1 就 地手 动模 式 设备的现场控制箱 “ 就地／ 远程” 开关选择“ 就地” 方式时， 通过 现场控制箱上 的按钮 实现对设备 的启／ 停 、 开／ 关操作。 3 ． 2远程 手 动模式 现场控制箱上的“ 就地／ 远程”开关选择“ 远程” 方 式， 操作人员通过控制室操作员站的监控画面用 鼠标或 键盘选择“ 手动” 方式并对设备进行启／ 停、 开／ 关操作。 3 ． 3 自动 模 式 现场 控制箱 上 的“ 就 地／ 远程 ” 开 关选 择 “ 远 程 ” 方 式 ， 操作人员通过控制室操作员站 的监控画面用 鼠标 或键盘选择“ 自动” 方式， 设备的运行完全 由 P L C根据 现场的工况及生产要求来完成对设备 的运行或开／ 关 控 制 ， 而不 需要人 工干 预 。 4主 要控 制单元 4 ． 1 配水渠来水控制单元 系统进水 口安装 P H、 C 0D和浊度检测仪表在线 监视来水水质 ， 配水渠安装投入式液位计 ， 来水管道上 装有电磁流量计和气动调节 阀， 根据液位的设置可 以 控 制来水 阀门的开 度 ， 还 可 以 以远 程 手 动 的方 式 控 制 阀门， 以调节来水流量。 4 ． 2超 滤控制 单元 超滤首先进行 固定频率过滤。通过 P L C设置， 超 滤透过液泵变频启动到预先设定好的频率运行 3 0 S ， 然 后进入前期过滤， 6 0 S 后进入正常过滤。每台超滤泵出 口装有一个涡轮流量计 ， 超滤透过液泵频率根据泵出口 流量 自动调节。超滤装置的启动、 运行、 反洗、 空气擦 洗、 正洗、 化学清洗及停机备用等过程均根据时间周期 由 P L C实现 自动控制。过滤阶段进出水 阀自动打开， 其他阀关闭， 到达反洗周期时， 过滤进出水阀关闭， 反洗 进出水阀打开 ， 在空气擦洗阶段， 打开空气进气阀， 反洗 完成后 ， 关闭反洗进出水阀， 打开排液阀， 将反洗后的水 排人废液池， 系统 自动进入正常过滤阶段。超滤滤池内 装有 差压变送 器 ， 一旦超滤膜 内、 外差压增 大 ， 系统会发 出报警信号或与装置联锁 ， 进行相应的超滤反洗。滤池 底部装有音叉液位开关， 当滤池 内液位低 至液位开关 处， 开关闭合， 发出报警信号或与装置联锁 ， 使超滤泵停 止运行 ， 以保护泵不吸人空气 。每套超滤出口均装有取 样式浊度在线检测仪表 ， 并在上位机设定有超限报警功 能， 当超滤产水浊度不合格时， 在上位机启动过滤液排 放功能 ， 打开排放阀， 以防不合格水进入下一工序。 根据时间和透膜差压 由 P L C来决定何 时进行维 护性清洗和化学清洗 。超滤系统化学清洗需要投加次 氯酸钠 、 盐酸和柠檬酸 ， 各计量箱都设有低液位报警， 以提醒运行人员及时配药 。次氯酸钠和柠檬酸加药泵 的加药量 由时 间来 控制 ， 盐 酸加药 量根据 P H 变化 P I D 自动调节计量泵频率 。 化学清洗热水箱液位使用耐高温投入式液位计， 并 与进水阀门联锁控制水箱液位。水箱内装有铂 电阻温 度计测量水 的温度 ， 通过与蒸汽进 汽 阀门的联锁调 节蒸 汽加热时间以控制水箱的温度， 达到理想的清洗条件。 4 ． 3 高压泵控制单元 反渗透装置的高压泵进出口装有低压和高压保护 开关。当供水量不足使高压泵人 口的水压低于某一设 定值时 通常为 0 ． 1 MP a ， 会 自动发 出信号停止高压 泵运行 ， 保护高压泵在空转情况下停止工作。当系统 因其他原因或误操作 ， 使高压泵 的出口压力超过某一 设定值时 通常为 2 ． 0 MP a ，高压泵 出口压力保护会 自动切断高压泵供电， 同时停运相应 的反渗透装置 ， 保 护系统设备不受损害。 高压泵为变频控制 ， 频率可以在上位机手动设置 ， 也可以根据出口压力进行 P I D调节。 当中间水池液位低于设定值时， 高压泵停止运行。 4 ． 4 反渗透 系统的控制单元 反渗透系统的启动、 运行、 冲洗、 化学清洗及停机 备用等过程均根据时间周期由 P L C实现 自动控制， 所 下 转第 2 O l页 匡眦 线 匿 总 胁 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年 第 3期 机 械 工 程 与自 动 化 2 O1 搜索的方法寻找 目标。 一一曩 曩 图 2 B P神经网络图像样本部分训练结果 4结果 分析 在实验 中对 随机 拍摄 的 8 O幅 图像 基点 进行 识别 ， 识别的准确率达到 9 4 以上 ， 达到理想状态和效果 。 5 结束 语 训练结果表明， B P神经网络是一个非线性梯度优 化问题， 存在局部最小误差， 有很强 的自适应 能力。利 用 B P神经网络进行图像基点识别时， 效果较好 ， 精度较 高。实验证明这种方法是可行的， 有很高的实用价值 。 参考文献 [ 1 ] 王旭 。 王宏 ， 王文辉． 人工神 经元 网络原理 与应用 [ M] ． 沈 阳 东北大学 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 钟玉琢 ， 乔秉 新 。 李 树青． 机器 人视 觉技术 [ M] ． 北京 国 防工业出版社 ， 1 9 9 4 ． [ 3 ] 贾云得． 机器视觉[ M] ． 北 京 科学出版社 ， 1 9 9 9 ． [ 4 ] 胡小锋 ， 赵辉． V i s u a l C 十／ MA TL AB图像处 理与识别实 用案例精选[ M] ． 北京 人民邮电出版社， 2 0 0 4 ． I d e nt i f i c a t i o n o f Ba s i c Po i n t s o f I m a g e b y BP Ne u r a l Ne t wo r k Y u A N Z h e n - t a o ， G U O J o n 2 ， S HI F u mi I l g 3 1 ．S h a a n x i Ch a n g q i n g En e r g y C h e mi c a l C o ． ，L t d ． ，B a o j i 7 2 1 4 9 9 ，C h i n a ；2 ． X i s h a n C o a l El e c t r i c i t y Gr o u p C o ． ，L t d ． ，T a i y u a n 0 3 0 0 5 3 ， C h i n a ；3 ．S h a n x i Z h o n g c h u a n g d a S c i e n c e Te c h n o l o g y Co ． ， L t d ． ， Ta iy u a n 0 3 0 0 3 2 ， C h i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e d t h e me t h o d o f i ma g e i d e n t i f i c a t i o n b y B P n e u r a l n e t wo r k，i n c l u d i n g t h e a l g o r i t h m d e s i g n a n d h i d d e n n o d e s e l e c t i o n o f BP n e u r a l n e t wo r k ． Th e r e s u l t s s h o w B P n e u r a l n e t wo r k wi t h s t r o n g a d a p t a b i l i t y c a n i d e n t i f y t h e b a s i c p o i n t s o f a n i ma g e mo r e a c c u r a t e l y ． Ke y wo r d s BP n e u r a l n e t wo r k；b a s i c p o i n t s o f i ma g e ；i ma g e i d e n t i f i c a t i o n 上接第 1 9 9页 有 阀门根据运行步序实现 自动开闭。也可以将设备打 到就地 ， 实行现场操作。系统产水 管安装有在线 电导 率 和涡 轮流 量计 ， 段 间 和产水 管装 有压力 变送 器 ， 所 有 参数就地显示并远传至上位机 ， 用 以及时监测反渗透 的运行 状态 。 当反渗透投入运行时， 为防止高压泵突然启动升 压 ， 产生对反渗透膜元件的高压冲击破坏反渗透膜 ， 在 高压泵出 口至反渗透膜组件 间设置一个慢开阀门， 由 P L C控制打开阀门， 使反渗透膜元件逐渐升压至一定 的压力。在反渗透停止使用时， 用产品水对反渗透膜 组件 自动冲洗 3 mi n 5 mi n左右， 以避免浓水 中的高 浓度盐类在反渗透膜表面沉积结垢而影响膜的性能。 根据时间和段间压差由 P L C来决定何时进行 反 冲洗和化学清洗， 清洗过程全 自动完成。清洗用酸 和 碱的配置由在线 P H仪监测完成， 配液箱 的水位由磁 翻板液位计和进液阀联锁控制 。 5结束 语 深度水处理系统虽然工艺复杂、 运行设备多 ， 但采 用了 P L C自动控制 ， 使系统完全实现 自动运行， 减轻 了工人的劳动强度 ， 提高了生产效率。尤其是双电源 供电和 P L C冗余系统的配置， 为水处理系统的安全运 行提供 了更大的保障。 App l i c a t i o n o f PLC S y s t e m i n Ad v a nc e d W a t e r Tr e a t me nt Te c h no l o g y LI Ri - qi ng St a i n l e s s S t e e l Co ．，Lt d ．，Ta iyu a n I r o n S t e e l Co ．，Lt d．，Ta i y u a n 0 3 0 0 03，Ch i n a Ab s t r a c t Ap p l i c a t i o n o f PL C s y s t e m i n a d v a n c e d wa t e r t r e a t me n t t e c h n o l o g y wa s b r i e f l y i n t r o d u c e d i n t h e p a p e r ．Th e p o we r s u p p l y mo d e ，r e d u n d a n c y c o n f i g u r a t i o n ，h a r d wa r e l a y o u t ，t h e I ／ 0 p o i n t s s e t a n d c o n t r o l mo d e we r e d e s c r i b e d i n d e t a i l s ． Th e c o n t r o l p r i n c i p l e a n d t e s t i n g p r o c e s s o f e a c h u n i t s u c h a s u l t r a f i l t r a t i o n a n d r e v e r s e o s mo s i s we r e e x p o u n d e d ． S o me k e y p o i n t s o f t h e me a s u r i n g i n s t r u me n t we r e i l l u s t r a t e d ． F u l l y a u t o ma t i c o p e r a t i o n o f t h e s y s t e m wa s r e a l i z e d，a n d t h e s a f e o p e r a t i o n o f t h e wa t e r t r e a t me n t s ys t em wa s e n s ur e d ． Ke y wo r d s PL C s y s t e m ；r e d u n d a n c y；c o n f i g u r a t i 0 n ；c o n t r o l mo d e ；c o n t r o l u n i t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m