基于PLC的水处理自动控制系统.pdf

第 5期 总第 1 6 8期 2 0 1 1年 1 0月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI C AL EN GI NE ER I NG AU r 0MAT 1 0 N No ． 5 0c t ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 1 0 - 0 1 3 1 0 3 基于 P L C的水 处理 自动控制 系统 仪 怀亮 西安建筑科技大学 机电学院，陕西 西安7 1 0 0 5 5 摘要介绍 了水处理装置的工作过程，采用西门子 s 7 2 0 0 P L C触摸屏进行控制。重点分析了系统硬件设 计、硬件线路连接、P L C和触摸屏软件设计。 关键词水处理；P L C；自动控制；反渗透 中图分 类号 T P 2 7 3 文献标识 码 A O引言 果汁厂对水质有较高要求 ，整个水处理系统设备 数量多、操作步骤多、工艺复杂且大多是阀门，如果 各阀门的开关操作 以及水质指标的控制均 由人工就地 完成，不仅增加了运行人员 的劳动强度 ，而且还增加 了误操作 的可能性 ，难 以保证系统的安全性和制水的 科学性 ，其运行状态及水质都不能达到最优化。为提 高水处理 系统的 自动化程度 ，保证 控制精度 和水 质 量 ，本文设计 了一种新型的水处理 自动程控系统 。 1 水处 理 系统工 作过 程 水处理系统工艺流程框 图如图 1所示。 图 1 水处理 系统 工艺流 程框 图 预处理 系统包 括原水箱 、原水泵、多介质过 滤 器 、保安过滤器 ，是反渗透系统的前级。反渗透系统 包括一级高压泵、一级反渗透、二级高压泵 、二级反 渗透 、清洗水箱、清洗泵、清洗过滤器。 预处理系统控制采用手动控制，在正常制作纯净 水时各手动阀门处于打开状态 ，只有进 口电动阀和原 水泵实施自动控制；加药量控制采用自动控制，加药 泵与反渗透高压泵联锁启动 、停止 ，实现 自动投加。 反渗透系统控制采用 自动控制 ，在反渗透装置附近设 置一块就地操作盘和就地仪表盘 ，在就地盘上可读 出 反渗透的有关工艺参数 ，并能在就地操作盘上启停反 渗透高压泵及相关的电磁阀门。 整个系统 由 P L C可编程控制器控制 ，能实现 自 动控制 、手动操作整个系统的功能。在 中央控制盘上 还装有各种工艺参数的报警系统，高压泵进出口装有 低压保护开关和高压保护开关 。当供水量不足使高压 泵人 口的水压低于某一设定值时 ，会 自动停止高压泵 并发 出报警信号 ，保 护高压泵不在空转情况下工作。 当因其他原因误操作 ，使高压泵出 口压力高于某一设 定值时 ，高压泵 出 口高压保护会 自动切 断高压泵供 电，保护系统不在高压下运行 。 系统的 自动启停 由中间水箱和纯水箱的液位控制 器进行联动控制。 2 水处理自动控制系统的硬件设计 根据系统 的控制要求 ，共 需要 P L C的开关量输 入点数为 l 7点 ，分别为 原水箱下限、中限、上 限 3点 ，中间水箱下 限、中限、上 限 3点 ，纯水 箱下限、中限、上限 3点 ，一级反渗透低压、高 压 2点 ，二 级反渗 透高压 1点 ，原水泵 过载 1点 ，一级高压泵过载 1点 、二级高压泵过载 1 点 ，启动、故障复位 2点 ；所需输出点数为 1 l点 ，分别 为 进 水 电磁 阀 1点 ，原 水 泵 1 点 ，一级高压泵主接触器、三角形接 触器 、星型接 触器 3点 ，二级高压泵 1点 ，一级进水电磁 阀 收稿 日期 2 0 1 1 0 3 0 8；修 回 日期 2 0 1 1 - 0 6 0 8 作者简介仪怀亮 1 9 6 5 ， 男， 山西运城人， 工程师， 硕士， 主要从事工业机器人和工业自 动化方面的研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 3 2 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1 年 第 5期 开 、关 2点 ，一级排浓 电磁 阀 1点 ， 电磁阀 1点 ，故障指示 1 点 。 二级排浓 3 控制系统的软件设计 系统选用 的 P L C是 西 门子 S 72 0 0系列 C P U 2 2 6 X P C N A C ／ D C ／ R E L A Y型机 ，该 型 号 P L C有 2 0 个输人点、l 4个 输 出点 ，能够满足控 制系统对 P L C I ／ 0点数 的要求。该型 P L C为继 电器输出，其开关量 输入、输 出地址分配分别见表 1 、表 2 。 触摸屏选用 西 门子 T P 1 7 7 A显示 屏 ，它与 s 7 2 0 0 P L C连接 ，使用西门子专用通信电缆 ，连接于二 者的 9针 串行通信 口，能够查看 、监控和改变应用程 序的过程变量。 表 1 输入控制信号地址分配表 输入控制信号 地址 原水箱下 限 1 0 ． O 原水箱 中限 1 0 ． 1 原水箱上 限 1 0 ． 2 中间水箱下限 I o ． 3 中间水箱 中限 I o ． 4 中间水箱上限 1 0 ． 5 纯水箱下 限 1 0 ． 6 纯水箱 中限 l 0 ． 7 纯水箱上 限 I 1 ． O 一 级反渗透低压 I 1 ． 1 一 级 反渗透高压 I 1 ． 2 二级反渗透高压 I 1 ． 3 原水泵过载 I 1 ． 4 一 级 高压泵过载 I 1 ． 5 二级高压泵过载 I 1 ． 6 启动 I 1 ． 7 故 障复位 I 2 ． O 表 2 输出控制信号地址分 配表 输 出控制信号 地址 进水 电磁 阀 Q o ． 0 原水泵 Q o ． 1 一 级高压泵主接触器 Q o ． 2 一 级高压泵三角形接触器 Q o ． 3 一 级高压泵星型接触器 Q o ． 4 二级高压泵 Q o ． 5 一 级进水 电磁阀开 Q o ． 6 一 级进水 电磁阀关 Q o ． 7 一 级排浓电磁阀 Q 1 ． 0 二级排浓电磁阀 Q 1 ． 1 故障指示 Q I ． 2 不 。 水处理 自动控制系统 硬件 电路接线 图如 图 2所 使用 西 门子 编 程 软 件 S T E P 7 一 MI C R O ／ WI N V 4 ． 0作为软 件设计 平 台。根 据设计 要求 和 P L C的 I ／ O 地址分配表进行 软件设计。系统启动后 ，P L C首 先进行 自检 ，自检正确后 ，进入正常的运行状态 ，接 受输入信号进行程序控制。启动旋钮在运行状态时， 一 级反渗透运行条件是原水箱液位在 中间位以上 ，中 间水箱液位在低液位 ，原水泵不过载 ，没有低压保护 和高压保护信号 ，这时一级反渗透启动运行 ；同时打 开进水电磁阀和一级进水 电磁阀 ，接着 启动原水泵 ， 原水泵启动延时 5 s 后，启动一级高压泵星型接触器 和主接触器 ，延时的目的是为了防止一级高压泵进水 水压过低产生低压保护 ；一级高压泵启动后延时 8 s ， 此延时是高压泵启动延时 ，为了防止高压泵启动过载 降低启动电流而设置 ，然后 由星型接触器切换至三角 形接触器 ，进入满负荷运行状态。对高压泵的运行进 行计时 ，满 2 h打开一级排浓阀进行排浓 ，排浓定 时 时间由触摸屏输入 ，人为停机时排浓一次。当原水箱 液位处在下 限、中间水箱 液位处在上 限、原水 泵过 载、一级低压保护 、一级高压保护 、一级高压泵过载 时 ，一级系统 自动停机 ，并点亮报警灯。 图 2 水处理 系统硬件 电路接线 图 二级反渗透启动运行 的条件是启动旋钮 在 自动 位 、中间水箱高于中间液位 、纯水箱液位在下限、没 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1 年 第 5期 仪怀 亮 基 于 P L C的水处理 自动控制 系统 l 3 3 有二级高压保护信号、二级高压泵无过载。当中间水 箱液位在下 限、纯水 箱液位在 上 限、二级高压泵 过 载 、二级高压泵高压保护时二级反渗透 自动停机 ，并 报警 。 程序设计时应注意①原水箱、中间水箱、纯水 箱的下限、中限、上限液位要进行延时，防止水流波 动产生液位信号误动作 ，造成系统无故障停机 ；②低 压保护和高压保护信号也需要 3 s 左右 的延时，防止 误动作 ，以免造成不必要的紧张睛绪；③低压保护和 高压保护信号到来后系统 自动停机，并发出报警信 息，而且由操作人员进行 故障处理后 ，确认无故障 ， 按复位按钮，低压保护和高压保护信号才能消失，才 能再次启动运行。一级反渗透 自动运行流程如图 3所 示 图 3 一级反渗透 自动运行流程图 4 触摸屏软件设计 触摸屏选用西门子 T P 1 7 7 A，该屏可 以显示 自定 义图形 、滚动条 、应用程序变量、用户 自定义按钮 、 自定义操作接 口，具有友好 的人机界面和高性价 比， 深受用户的信赖，但该屏的软件使用 Wi n c c F l e x i b l e 开发 ，软件的安装比较麻烦 ，一次安装不成功就需要 重新安装 系统 ，卸载时不容易卸载干净 ，请软件使用 者在使用时注意一次安装成功 ，避免重装系统带来许 多麻烦。 Wi n c c F l e x i b l e 软件安装好以后就可 以进行组态 ， 一 般第一个画面是组态系统流程 ，把原水箱、中间水 箱、纯水箱的液位在流程图画面中动态显示 ，若一屏 显示不全可多屏显示 ，系统时钟显示和原水泵 、高压 泵的运行与停止都可以动态显示 。其他画面有操作画 面、状态画面、参数设置画面、报警画面、操作说明 画面、公司信息画面、用户密码登录画面等等 。其 中 操作画 面可以设 置按钮 、信 号指示等 ，只要把 P L C 和触摸屏变量相关联 ，就能实现在触摸屏上操作而不 需要真实的按钮。触摸屏 的程序编写好后 ，通过西门 子专用 P P I 电缆将程序下载到触摸屏即可 ，接下来把 P L C和触摸屏通过 9针 串行通信 口连接 ，分别进行相 应的通信设置，二者就能相互通信了。 5结论 该水处理系统已在某饮料厂投入使用 ，用户反映 良好 ，水质达到使用要求。系统的设计思路和方法 ， 可在其他系统设计中推广 。 参考文献 [ 1 ] 西门子 中国 有限公司自动化与驱动集团 ．深入浅出 西门子 s 7 2 0 0 P L C [ M] ． 第 2版 ．北京 北京航空航天 大学出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 胡勇有 ， 刘绮 ．水处理工程[ M] ． 广州 华南理工大学出 版社 ， 2 0 0 6 ． [ 3 】 陆柱 ， 陈中兴， 蔡兰坤 ．水处理技术[ M] ． 上海 华东理工 大学出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 4 ] 宋业林 ， 宋襄翎 ．水处理设备实用手册 [ M] ． 北京 中国 石化 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 5 ] 刘俊良， 王琴 ．水处理填料与滤料[ M] ． 北京 化学工业 出版社 ， 2 0 1 0 ． W a t e r Tr e a t m e n t Au t o m a t i c Co n t r o l S y s t e m Ba s e d o n PLC YI Hu M l i a n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l ＆E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ，X i ’ a n Un i v e r s i t y o f A r c h i t ectu r e＆T e c h n o l o g y ，X i ’ a n 7 1 0 0 5 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e a r t i c l e i n t r o d u c e s t h e w o r k i n g p r i n c i p l e o f a w a t e r t r e a t me n t u n i t ，a d o p t i n g c o n t r o l s c h e me o f S i e me n s P L C a n d t o u c h p a n e 1 ． Ha r d w a r e d e s i g n，h a r d w a r e c i r c u i t c o n n e c t i o n，s o f t w a r e d e s i gn o f P L C and t o u c h p a n e l a r e a n a l y z e d ． Ke y wo r d s wa t e r t r e a t me n t ；P L C；a u t o ma t i o n c o n t r o l ；rev e r s e o s mo s i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m