一款基于PLC的化学水处理智能控制系统

1 引言

如果锅炉给水没有经过水处理或水处理不当，不但会缩短锅炉的使用寿命、浪费燃料，甚至会造成重大设备事故和人员伤亡。因此，锅炉使用单位必须因炉、因水制定锅炉水质标准，并根据实际情况选用合适的水处理工艺。目前锅炉水处理系统中的工艺流程设计中使用最广泛的是离子交换法（化学处理法）和渗透法（物理处理法）。传统的水处理过程多为继电器控制或人工操作，系统故障多，工人劳动强度大，运行成本高，对运行可靠、性价比高的控制系统需要迫切。本文介绍的是基于化学处理法工艺的水处理过程智能控制系统。

2 化学水处理工艺简述

本系统受河北某企业委托进行设计和实施，水源为水库地表水，设计供水能力为40t/h，系统主要设备：浮动床机械过滤器2台，逆流式固定床阴、阳离子交换器各2台及除碳设备和废水处理池等。通过过滤器去除原水中的悬浮物，阴、阳床去除原水中的各种离子，废水通过酸碱中和达到排放标准后排放，并通过检测相关工艺参数判断过滤器、阴床、阳床是否失效并自动进行再生处理，一般情况下两套设备并列运行，供水量富裕时一套设备再生完成后处于待机状态，在另一套设备失效（水质不合格）需再生时自动投入运行，两套设备共用原水供应、酸碱计量、除盐水储存，工艺流程简图如图1所示。

2.1 逆流式固定床离子交换器的基本操作和工艺过程

（1） 交换过程

水经过进水装置均匀配水后，以一定的流速，自上而下地通过一定高度的树脂层，水中离子和树脂中的可交换离子进行交换，使出水符合要求，然后经出水装置送出。当出水水质超标后，应停止运行。实际上是交换器的运行过程。

影响交换器运行的主要影响有：树脂层的高度;交换速度;树脂的工作交换容量。

（2） 反洗过程

在交换器运行失效后，需对树脂进行反洗，使压实的树脂层充分膨胀，保证再生的彻底，同时洗掉树脂上部交换时截留的下的杂质。

小反洗：反洗水从中部装置进入，并从交换器顶部排出，反洗中排以上的压实层及中间排水装置上污物。流量控制在，时间10-20min，洗到水清为止。待10-20运行周期过后再进行大反洗。

大反洗：反洗水从底部排水装置进入，使之从下而上通过树脂层冲洗到出水清晰。

（3） 再生过程

当出水水质超标后就要再生。即用一定量的适当浓度的再生剂，以一定的速度从交换器底部自下而上与失效树脂层进行接触，使其恢复交换能力。时间为30min左右，上升流量为。

（4） 置换过程

在再生液进完后，继续以再生过程的同方向进软化水，使后部分再生液完全通过失效树脂层。时间为30-40min。

（5） 小正洗

置换结束后从交换器上部进水，中间排水装置出水，以清洗渗入压实层中及上部的再生液。时间为10min左右，流量为。

（6） 大正洗

小正洗结束后，关闭中间排水装置，开下部排水阀，用按顺流方向冲洗树脂层到出水合格。流量为。

2.2 过滤器工作过程

主要包括：过滤、气洗、正洗和反洗等步序。

3 系统主要检测、控制要求

根据生产工艺要求，系统控制以时间顺序控制为主，通过检测过滤器出水流量和进出水差压值、阳床的钠度和阴床的电导率控制整个生产过程的正常制水和再生，同时根据污水池的ph值控制加酸加碱量以保证污水合理排放。整个水处理系统控制均由plc来完成。

监控水处理系统整个生产过程，包括各项水质参数、设备的运行情况，同时检测控制各个阀门的启闭状态，各运行步序中流量控制通过plc的ao控制水泵变频器来控制，另外自控系统通过上位机的管理功能，实现数据的记录存档、报表打印等。

4 系统选型及组成

基于系统以上检测及控制要求，我们可以看出：系统控制以时间顺序控制为主，开关量输入输出点比较多，如果选用dcs系统来完成势必造成投资浪费，而且随着plc自身技术的发展，其灵活的系统扩展与组成，通讯功能的完善和提高以及优越的性价比，同时与ipc的方便连接，使得plc的应用领域越来越广泛。因此本系统设计选用plc为主完成数据采集和控制功能，由工控机通过组态软件来完成画面组态和监控功能。结合国内外市场自控产品现状并着重考虑系统的实用性和经济性，自控系统采用进口和国产设备相结合，plc选用美国莫迪康的premium产品，流量计、液位计、电导仪、钠度仪、ph计等传感器选用优质国产件，组态软件采用国产组态王，以便与锅炉控制系统互连。系统组成框图如图2所示。

5 系统功能

（1） 数据采集

开关量数据采集：对系统内部各种阀门、水泵、风机等设备的运行、停机等开关量信号进行采集，通过i/o接口送入plc，作为设备状态的参数，以便plc执行控制。

模拟量数据采集：采集水温、水质参数、流量、水位、ph值等模拟量信号。

（2） 自动控制

本系统通过plc和ipc实现对水处理系统各生产工艺的自动控制。同时可在上位机对主要阀门的启闭、设备的启停进行操作。系统仍保持就地操作功能，该功能作为设备调试、故障检修时使用，能通过现场手动/自动开关来进行切换。

（3） 设备智能化控制

通过软件优化设计能及早发现事故或故障的征兆，并及时提出处理预案。

（4） 实时、历史数据处理和报表生成

数据库采集设备运行状态、生产情况、水量、水质等数据，对实时参数进行动态显示。历史数据可按曲线方式显示。并能自动生成报表、直接支持excel软件。

（5） 画面显示

在计算机上能显示整个系统的工艺结构、检测参数及报警画面。

（6） 报警和事故处理

对设备参数超限、水质参数异常以及设备运行状态失控进行报警以及提示故障设备检修方法，便下操作人员和维修人员及时处理。在发生紧急故障或报警预定时间内无应答时，将诊断结果进行分析，并执行处理事故程序。

（7） 报表打印和管理

可管理整个水处理系统，对生产工艺进行24小时监视，可按需记录并打印生产工艺过程报表，可选择班报表、日报表、月报表。

（8） 系统组态和参数设置

根据实际需要，技术人员可通过密码进入系统在线修改、参数设置及系统组态。

该系统经现场使用已近一年，使用情况良好，得到用户的肯定和好评，同时使我们感到在以时间顺序控制为主的系统中plc具有别的控制器无法比拟的优越性。

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