PLC在水处理系统中的应用

【专家解说】：PLC在化学水处理系统中的应用 PLC在化学水处理系统中的应用(1)摘要:本文介绍了PLC在电厂化学水处理中的控制方法。 化学水处理的方法主要是离子交换法。即利用离子交换树脂将水中溶盐的离子吸收，根据运行要求，PLC需要控制两个系统的阳床、阴床、混床的投运、停运和再生，两个系列的运行和再生可通过选择键点动或自动进行。点动时按编制的程序进行操作，用点动按钮进行转步，全部程序执行完毕后，装置自动复零。 锅炉补给水程控系统的程序设计，可将常规的继电器控制系统按照三菱FX-2系列PLC的编程指令要求，转化成PLC的梯形图程序。 关键字:PLC 控制 程序 前 言 电厂化学水处理包括锅炉补给水处理、凝结水处理和废水处理，其目的在于预防热力设备结垢、腐蚀和结盐，确保可靠生产，并尽量做到节水和控制环境污染。化学水处理的工艺流程十分复杂，以往都采用继电器进行程序控制，因安装接线复杂，程序修改困难，维护量大，以及设备老化等原因，使得其可靠性差，投运率较低。 为了改善上述利用继电器控制存在的缺陷，应用PLC进行程序控制，可以有效地解决上述存在的问题。 PLC具有高可靠性，编程方便，易于使用，环境要求低，与其他装置的配置连接方便，鉴于PLC有上述优点，所以PLC用于化学水处理系统中，可以很好的解决继电器控制存在的问题。 化学水处理的方法主要是离子交换法，即利用离子交换树脂将水中溶盐的离子吸收。经过一定时间的运行之后，离子交换树脂会失效，这就需要停止运行以对树脂进行再生还原以便使树脂可以重新使用。为此，就需要两套设备轮流运行、切换。应用PLC装置再辅以一些外部设备，可以很方便的控制两套设备的运行和切换。两个系列的阳床、阴床、混床的投运、停运和再生，其运行方式为#1系列运行，2#系列再生和2#系列运行、1#系列再生。两个系列的运行和再生可通过选择键点动或自动运行。点动时按编制的程序进行操作，用点动按钮进行转步;自动时，按操作人员发出的启动指令由事先设定的时间自动转步，全部程序执行完毕后，装置自动复零。 1、PLC简介 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程的存贮器，用于其内部存贮程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。它有如下特点: (1)高可靠性 可以说，到目前为止没有任何一种工业控制设备可以达到可编程控制器的可靠性，随着器件水平的提高，可编程控制器可靠性还在继续提高。例如三菱F1，F2系列平均无故障时间可达30万小时，而A系列的可靠性又比之高几个数量级，尤其是近来开发出的多机冗余系统和表决系统则更进一步增加了可靠性，事实上，如果某种控制装置可以连续运行20年以上不出问题，在当前技术更新瞬息万变的世界上，则可认为是永远不会坏的装置了。三菱公司已宣布，在今后它生产的可编程控制器不再标可靠性这一指标了，因为对于可编程控制器，这一指标已经无意义了，可以说在可编程控制器使用中发生的故障，大部分是由可编程控制器外部的开关、传感器、执行器引起的，而不是可编程控制器本身发生的。 可编程控制器是如何做到如此高可靠性的呢?可以先看看产生故障的原因及解决这些问题的方法。 任何电子设备产生故障的原因分为外部和内部两类，外部起因主要由于电磁干扰、辐射干扰以及由输入输出线、电源线等引入的干扰;环境温度、粉尘、有害气体的影响;振动、冲击引起的器件损坏、断联等， 内部的原因主要是器件的失效、老化，存贮信息的丢失、错误，程序分支的错误，条件判别的错误，及运行进入死循环等。 针对以上故障原因，可以从软件及硬件两方面来解决可靠性问题。 在硬件方面，首先是选用优质器件，再就是设计合理的系统结构、加固、简化安装，使其易于抗冲击，对印制电路板的设计加工及焊接工艺都做到严格要求。在此基础上，可编程器还采用如下独特的方式: 所有输入输出电路都采用光电隔离，做到电浮空，无论对于抗电干扰还是对于方便接地都大有好处。 PLC在化学水处理系统中的应用(2)① 个I/O端子除了采用常规模拟量滤波以外，还加上数字滤波。 ② 内部采用电磁屏蔽，防止辐射干扰。 ③ 采用较先进的电源电路，以防止由电源回路串入的干扰，有人做过实验，在三菱F1系列可编程控制器上从电源回路接入峰-峰为4000V的脉冲群干扰或电源瞬停30ms，对可编程控制器不会产生任何影响。 ④ 采用合理的电路程序，一旦某模块有故障，在线插拔、调试时不会影响整机的正常运行。 在软件方面采取了如下措施: ① 设置了警戒时钟WDT，可编程控制器运行时对WDT定时刷新，如果程序出现了死循环，就能立即跳出重新启动，并报警。 ② 为避免由于程序出错而错误运行，每次扫描都对程序进行检查和校验，一旦程序出错立即报警并停止运行。 ③ 对程序及动态数据进行电池后备，停电后，运行停止，但有关状态及信息不会因此而丢失。 ④ 随时对CPU等内部电路进行检测，一旦出错，立即报警，程序中还设置了对用户程序电路查错报错的程序，错误的程序或参数是不能运行的。 采用以上措施后，可编程控制器的可靠性大为加强，事实上从用户角度来看，选用可编程控制器的首要根据便是可靠性。以下是美国1982年对可编程控制器用户调查的结果。 (2)编程方便，易于使用 可编程控制器采用与实际电路接线图非常接近的梯形图，这种图形编程方式易懂易编，就是普通的工人，也能在很短的时间内学会使用，有人曾说过，将来自动化工厂的电气工人将在左腿上别着螺丝刀，右腰上别着编程器。 为了进一步简化编程，编程工作集中到了设计思想的本身而不是如何实现设计思想。当今的可编程控制器还针对具体问题设计了诸如进顺控指令，流程图指令等指令系统，这点对于加快系统开发速度非常重要。 从硬件方面来说，使用可编程控制器，无论是接线、配置都极其方便，只用螺丝刀即可进行全部接线工作，而不是自制很多接口电路，通常经实验室编程，模拟调试后，在现场很快就能安装调试成功。 (3)环境要求低 可编程控制器适用于恶劣的工业环境。 (4)与其它装置配置联接方便。 可编程控制器的接口原则是使外部接线、电平转换尽量少。 对于开关量，输入可以是无源触电开关或集电极开路晶体管输出;输出有继电器、可控硅、晶体管等各种不同的形式，可直接接各种不同类型的接触器、电磁阀等。 对于模拟量，只要模拟信号电平在一定的范围内(通常为+-10V或+-20mA)，就可以按要求自由设置转换特性，而不需要另加电平转换，另外还有运用热电偶直接输入的A/D转换器等，此时就连放大器、冷端补偿也是多余的。 对于各种显示，音响输出更是以最方便的形式提供借口，大量的问题都在可编程控制器内部解决了。 对于数据通讯，只须同轴电缆和普通RS232和TS422接口即可，不必由用户来考虑波特率及通讯规程等具体的设置问题。 2、工艺流程 化学水处理的方法主要是离子交换法，即利用离子交换树脂将水中溶盐的离子吸收。经过一定的运行以后，离子交换树脂会失效，这时就需要停止运行以对离子交换树脂进行再生(还原)，以便使树脂可以重新使用(阳离子交换树脂实效时，使用酸进行再生，阴离子交换树脂失效时，使用碱进行再生)。为了保证不间断地供水，电厂的化学水处理车间设有多组离子交换器，轮流进行再生。 锅炉补给水系统的示意图如图2.1所示。该系统由两个系列的阳床(阳离子交换器)、除碳器、中间水箱、阴床(阴离子交换器)、混床(混合离子交换器)、除盐水箱等大小20多台设备组成，程控系统控制工艺流程中的各个阀门、水泵和风机，根据运行时间选择#1系列或#2系列运行，在工艺模拟图板上显示出工艺流程的实际流向，并反映阀门、水泵和风机的运行状态。 3、程控装置的控制范围和运行方式 根据运行要求，程控装置需控制两个系列的阳床、阴床、混床的投运、停运和再生，其运行方式分为1#系列运行、2#系列再生和2#系列运行、1#系列再生。两个系列的运行和再生可通过选择键点动或自动运行。点动时按编制的程序进行操作，用点动按钮进行转步;自动时，按操作人员发出的启动指令，由事先设定的时间自动转步，全部程序执行完毕后，装置自动复零。 4、程序设计 锅炉补给水程控系统的程序设计，可将常规的继电器系统按照FX-2PLC的编程指令要求，转化成PLC的梯形图程序。该控制系统中包括#1系列阳床、阴床投运、停运程控，#2系列阳床、阴床投运、停运程控，#1系列阳床、阴床再生程控，#2系列阳床、阴床再生程控，以及混床投运、停运程控和混床再生程控。本文以#1系列阳床投运程控为例来说明其程序设计。#1系列阳床投运程序流程图如图4.1所示，其相应的梯形图程序如图4.2所示。 梯形图说明: M105:#1系列投运标志 Y1:开#1阳床进水门 M8100-M8103:移位寄存器的步 Y2:开#1阳床顶部排气门 Y3:启动#1清水泵 Y4:启动#2清水泵 Y5:开#1阳床正排门 Y6:开#1阳床出水门 Y7:投#1CO2风机 Y10:移位寄存器输入端 Y11:时钟控制端 X10:复位端 X11:投运按钮 X12:#1清水泵投运按钮 X13:#2清水泵投运按钮 M101:#1清水泵投运标志 M102:#2清水泵投运标志 #1系列阳床投运步序控制由移位寄存器SFTR控制。移位寄存器的计数输入端为Y10，时钟控制端为Y11，复位端为X10。#1系列阳床投运有三步，分别由移位寄存器的第一步、第二步、第三步控制，每步的时间则由时钟控制端控制，由#1系列定时电路产生定时脉冲(当M8100接通时，计时器T3产生每隔1min的时钟脉冲;当M8101接通时，计时器T4产生每隔3min的时钟脉冲)。该移位寄存器的其余步用作#1系列阴床投运步序控制。 当#1系列投运，#1系列运行标志M100=1时，同时开启#1阳床进水门、顶部排气门及运行1台清水泵，1 min后，M8100=0，M8101=1，开#1阳床正排门，关顶部排气门，再过3min后，M8101=0，M8102=1，则关#1阳床出水门，并投运#1CO2风机，这就是#1系列阳床投运程控过程。 5、梯形图的程序指令 LD M100 OUT Y1 OUT T0 K2400 LD M100 AND M8100 SET Y2 OUT T1 K600 LD M100 MC N0 SP M0 LD M101 OUT Y3 LD M102 OUT Y4 MCR N0 LD M8101 AND M100 SET Y5 OUT T2 K1800 LD T1 AND M100 RST Y2 LDI M8100 ANI M8101 ANI M8102 AND T2 AND M100 RST Y5 LD T0 AND M100 OUT Y6 OUT Y7 LD M105 AND Y10 OR Y11 OR X10 SFTR M8100-M8105 LD X11 OUT M105 LD M105 MC N1 SP M1 LD M8100 ANI T3 OUT T3 K600 LD M8101 ANI T4 OUT T4 K1800 MCR N1 LD X11 OUT M106 LD X12 OUT M102 LD X13 OUT M103 END 指令如下: LD X1 SET Y15 SET Y16 SET Y17 OUT T1 K18000 LD T1 OUT T2 K18000 LD T2 RST Y15 RST Y16 RST Y17 END