基于PLC的水处理控制系统设计与实现

734化工自动化及仪表第44卷基于PLO的水处理控制系统设计与实现王芳雷菊阳(上海工程技术大学机械工程学院)摘要为了解决锅炉供水、乳产品巴氏消毒连续给水等难题，设计了一个基于s7—200PLC的水处理闭环控制系统。给出系统的软硬件组成和工作原理。针对PLC控制要求，设计了进出水压力控制程序和触摸屏交互功能。实际运行结果表明：系统输出水流量能长时间保持稳定，达到水流量基本恒定、连续供给不中断的要求；系统水压力输出基本与设定压力保持一致，满足供水压力恒定且接近管道最大压力的要求。关键词水处理系统S7—200PLC进出水压力控制闭环控制中图分类号TH862文献标识码B文章编号1000—3932(2017)08—0734·04近年来，水处理方式向着高效节能、高自动化水平、高可靠性的方向发展。国外水处理控制系统起步较早，自动化水平较高，广泛采用PLC控制、网络、基础自动化、系统管理和应用技术，已经实现了全过程的自动控制。而我国水处理控制系统起步较晚，计算机控制技术、网络技术和硬件控制技术发展缓慢，导致系统自动化水平较低。虽然有些水处理控制系统配置了机算机管理控制系统，实现了机械设备的自动控制，但主要还是依靠人工操作与自动检测显示相结合的方式，并没有实现智能化，存在效率低的缺点。目前，我国水处理控制系统存在3种控制模式：手动操作，这种方法完全依赖人工，可靠性、准确性较差，大多数操作依靠操作员的经验，虽然投资少，但是效率低；半自动控制，该方式中设备操作、数据采集记录等主要依靠人工来实现，劳动强度大，中间存在数据延迟，导致处理后的水质不稳定；全自动控制，采用工业控制计算机技术对水处理过程进行全自动控制，水处理过程中的各种信号、数据等通过相应的数据采集装置同步到基础自动化系统，再通过工业以太网将数据传输至工业计算机系统。笔者针对燃气锅炉加热成饱和蒸汽和乳脂产品巴氏消毒对水质的高要求，设计一套满足需求的自动化水处理控制系统，用户可以根据不同的应用需求选取标准型和经济型模块，最大限度地控制成本。1硬件部分1．1系统工作原理基于PLC的水处理控制系统硬件部分包括触摸屏、PLC、变频器、电气元器件、传感器、泵及电磁阀等。其中，触摸屏选用西门子SMART700v3显示屏，与PLC连接，通过Modbus485进行通信，通信速率19．2kbit／s，从站为2，通过以太网与上位机进行数据交换，遵守TCP／IP传输协议。PLC选用的是S7．200PLCSR40，主站为1，通过以太网与DCS系统进行数据交换，遵守TCP／IP传输协议，数据接入互联网，实现远程监控。系统首先通过西门子7寸触摸屏(人机界面)设置参数]，然后将传感器检测的信号传输至PLC后实现泵、风机和电磁阀的开关启停，再由PLC将信号传送至触摸屏进行监控显示，实现人机交互。1．2主要控制对象和设备系统主要控制对象和设备见表1。基金项目i上海市研究生科研创新项目(16KY0123)。作者简介：王芳(1991一)，硕士研究生，从事机器学习的研究，1970310462@qq．com。第8期王芳等．基于PLC的水处理控制系统设计与实现735表1系统主要控制对象和设备名称规格型号数量讲台柜7寸触摸屏PLC开关电源中间继电器总空开分空开除碳泵电源除碳泵变频器除碳泵工频除碳风机强电酸输送泵碱输送泵开关、按钮、旋钮和指示灯接线端子、风扇及电线电缆等压力变送器约1050mm×720ram×300mmSMART700s7-200SMART24V／1．5ARXM系列IC65N3PIC65NlPIC65N3PACS5104kW4kW直启1．5kW直启1．1kW直启1．1kW直启2软件部分软件部分由WinCCflexibleSMARTV3和Step7-MieroWinSMART构成。水处理工艺流程比较复杂，尤其是对化学水的处理，所以通常采用继电器对程序进行控制。但是这种方法在安装中存在接线复杂、修改程序困难、维护工作量大及相关系统设备老化等缺点，使得水处理系统可靠性极低。因此，为了能够对继电器控制存在的缺陷进行改善，笔者采用PLC对程序进行控制，依据工艺流程参数与PLC程序，摆脱人工干预对设备参数与设备启停过程进行自动控制调节，从而实现全过程的自动化。2．1PLC控制要求为了实现PLC控制，需满足以下几点控制要求：a．除二氧化碳水箱在高液位时，阳床出水电磁阀关闭，除二氧化碳水箱在低液位时，阳床出水电磁阀开启；b．除二氧化碳水箱在高液位时，除二氧化碳水泵(一用一备)开启，除二氧化碳水箱在低液位时，除二氧化碳水泵关闭；c．在阳床出水电磁阀开启时，风机开，在阳床出水电磁阀关闭时，风机关，风机与阳床出水电磁阀同步开关；d．阴床出水电磁阀与除二氧化碳水泵(一用一备)通过变频控制保持恒压，在阴床用水时除二氧化碳水泵启动(当除二氧化碳水箱在