基于plc的中水处理系统原理

A. 基于PLC的污水处理厂自动控制系统

工业污水处理自动控制系统设计
论文编号:ZD444 论文字数:30827,页数:52，有开题报告，任务书，文献综述，CAD图

摘要： 介绍了工业污水处理自动控制系统设计的基本原理及思想，叙述了工业污水处理系统中的自动控制过程及系统实施的实现方法，并对应用可编程控制器实现污水处理各个过程的控制及控制系统的组成做了详细的描述。此外，可编程序控制器具有可靠性高、编程简单、抗干扰强等一系列优点，所以广泛应用于工业控制领域，而由于PC机具有较好的人机界面和控制决策能力，让PLC与PC机之间通过总线RS422/485通信，使得PLC在人机交互性能方面的功能大大加强。这次的工业污水处理自动控制系统设计达到了当今现代自动化所追求的标准化、科技化、人性化三项要求，使得该系统具有很强的可靠性、维护性和智能性。

关键词：工业污水处理 PLC 控制系统 通信

Automatic control system of instrial sewage disposal

Abstract: Have introced basic principle and thought that the automatic control system of instrial sewage disposal is designed, have narrated the implementation method that the automatically controlled course and system in instry's sewage disposal system are implemented, and to using the programmable controller to realize that has done detailed description in control of each course of sewage disposal and composition of the control system. In addition can programme controller have dependability high , programming simple , anti-interference a series of advantages such as being better, so apply to the instry controlled field extensively, and because the PC has better man- machine interface and controls decision ability , let PLC and PC through communication , RS422/485 of bus , , make PLC function in human-computer interaction performance strengthen greatly. The automatic control system of instrial sewage disposal this time has nowadays been designed and reached modern automation standardization, technicalization, three requests of humanization pursued, making should have very strong dependability , maintenance and intelligent systematically.

Keywords: processing instry dirty water PLC control system communication

目 录
摘要

Abstract

第一章 我国工业发展现状以及水资源概述 1
1．1 工业发展现状及未来发展对策 1
1．2 水资源概述 5
第二章 我国工业污水的处理系统 7
2．1 概述 7
2．2 工业污水处理工艺 7
2．3 工业污水处理设备 10
2．4 工业污水处理工程材料 10
2．5 工业污水处理工程控制 11
第三章 可编程控制器应用技术 12
3．1 可编程控制器的历史与发展趋势 12
3．2 可编程序控制器的基本功能、特点和应用范围 13
3．3 可编程序控制器的工作原理 16
第四章 污水处理系统控制方案设计及选型 19
4．1 系统控制设计要求 19
4．2 系统工艺流程 20
4．3 系统硬件设计 20
4．4 PLC的选型与硬件配置确定 21
4．5 I/O分配 22
4．6 软件设计 24
4．7控制与显示面板设计 27
4．8系统的特点 28
4.9 工作过程、安装与布线的注意事项 29
第五章 污水处理系统的通信 31
5．1 PLC通信概述 31
5．2 通信方式 31
5．3 RS485串行通信接口及通信介质 32
5．4污水处理系统通信方案设计 33
总结 35
参考文献 36
致谢 38
附录1 系统梯形图 39
附录2 程序清单 42
附录3 显示控制面板图 44
附录4 总接线图 45
附录5 搅拌器电动机控制图 46

B. plc控制系统工作原理是什么

可编程逻辑控制器(PLC)，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
工作原理
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
一、输入采样阶段
在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
二、用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用;相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
三、输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。

功能特点
可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。
1.使用方便，编程简单
采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。
2.功能强，性能价格比高
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。它与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。
3.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和小型交流接触器。
硬件配置确定后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。
4.可靠性高，抗干扰能力强
传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器，由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。
PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
5.系统的设计、安装、调试工作量少
PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，设计梯形图的时间比设计相同功能的继电器系统电路图的时间要少得多。
PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。
6.维修工作量小，维修方便
PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故

C. 基于PLC的水厂控制系统设计

1 引言

随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。在自来水厂中应用越来越广泛，不但能够提高水厂自动化水平，加快生产速度，降低生产成本，而且还可以提高供水质量。但是，PLC品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重，对其技术性能、使用环境条件了解不清，或对PLC系统要求掌握不够，就会大材小用，造成不必要的浪费或事故频发，影响生产。

2 自来水厂PLC的选择

2.1 提倡选择模快式PLC

按结构形式PLC可分为整体式和模块式。整体式PLC将电源、CPU、I/O部件都集中装在一个机箱内。模块式PLC结构是将PLC各部分分成若干个单独的模块，如CPU模快、I/O模快等。考虑到自来水厂改建(特别是节能、更换旧设备方面)、扩建和PLC故障率95%都是发生在I/O部件损坏;同时模块式PLC的配置灵活，装配和维修方便，水厂设备、工艺的改变只要将相应的I/O模快更换或扩展再经编程就可方便实现自动化。因此，从长远来看，提倡选择模块式PLC。

2.2 统一选择机型
在选择PLC时，要注意售后服务是否有保障，同时兼顾水厂日后维修上的便利、备用件的库存和软件编程方面。而常见的制取自来水的步骤主要分为:混凝、沉淀、过滤、消毒和储存。在功能满足要求的前提下，选择的机型最好都选择同一间公司的产品。

2.3 根据输入和输出选择
自来水厂中的主要设备有:反应池、澄清池、滤池、清水池、加氯机、氯吸收装置、空气压缩机、鼓风机、加药设备、阀门、泵、混合设备、计量设备。根据控制系统的要求和采用的控制方法，对于每一个被控对象，所用的I/O点数不会轻易发生变化，根据需要的I/O点数选用I/O模块可与主机灵活地组合使用，但是考虑到以后工艺和设备的改动，或I/O点的损坏、故障等，一般应保留1/8的裕量。
除了I/O点的数量，还要注意输入和输出信号的性质、参数和特性要求等。如水厂中阀门是模拟量还是开关量控制;PH计、流量计、浊度计、余氯计、液位计等水质监控仪表信号源是电压输出型还是电流输出型，是有源输出还是无源输出，及其继电器输出是NPN输出型还是PNP输出型。另外，还要注意输出端点的负载特点(负载电压、电流的类型)，数量等级以及对响应速度的要求等。
据此，来选择和配置适合输入输出信号特点和要求的I/O模块。

2.4 根据存储器容量选择
通常，PLC的存储器容量以字为单位，如64k字等，应用程序所需存储器容量可以预先进行估算。选择和计算的第一种方法是:根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照附表的公式来估算。

使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。为了使用方便同时考虑到水厂工艺、设备的改动和编程时的需要，一般应该留有25％～30％的裕量。
2.5 根据通信要求选择
目前，PLC采用了各种工业标准，如IEC 61131、IEEE802.3以太网、TCP/IP、UDP/IP等，各种事实上的工业标准，如Windows NT、OPC等，融合了IT技术，可与智能MCC马达控制中心、其它运行控制系统、电控设备、变频器和软起动器等连成系统。
而当前自来水厂自动化应用的最多的是工业电脑和PLC组成控制系统，系统中一般PLC分为取水泵站、投加站、滤池站和送水泵站，站与站之间要传递监控的参数，如余氯、流量、浊度等，并且由中控室的电脑集中控制，通讯的基本要求是实时、稳定可靠、经济。水厂要根据自身的设备、投入的资金、响应速度、以后的发展，选择易于扩展、连接、发展成熟的现场总线、网络，如以太网、PROFIBUS、Modbus、FIPIO、Asi等，从而有侧重地选定PLC通讯模块。

3 维护时要注意的问题

(1) PLC安装的地点应避免太阳光直接照射，保证有足够的散热空间和通风条件，避免安装在干扰严重、高温、高湿度有粉尘、不清洁以及有腐蚀气体的环境中。另外，PLC要安装在有振源的地方时应采取减振措施。
(2) 不要为了节约投资而将输入、输出线同用一根电缆，同时动力电缆和控制电缆要分开铺设，避免干扰。
(3) 安装完毕，要检查清楚，把细短线、铜屑、铁屑、螺丝清理干净，方可通电。投入使用后，定期检查安装是否牢固和端子、模块的连接接线是否可靠，定期清扫灰尘，确保安全。
(4) 为了抑制加在电源及输入端、输出端的干扰，应给PLC接上专用地线，接地点应与动力设备(如电机)的接地点分开，平常要注意检查PLC的接地是否良好。
(5) 控制PLC的工作环境(0~50℃为宜)，必要时要采用强迫风冷冷却方式，可以有效地提高它的工作效率和寿命。
(6) PLC外部的输出元件，如电磁阀、接触器等的故障率远远高于PLC本身的故障率，若连接输出元件的负载短路，将会烧毁PLC的印制电路板。因此，应选用适当容量的熔丝保护输出元件，切忌盲目更换。另外，采用继电器输出时，承受的电感性负载大小影响到继电器的工作寿命，采用的继电器工作寿命要求长。
(7) 某些易损坏的部件，如I/O模块，要适当的购买备件;要注意定期检查防雷设施，防止雷击造成PLC损坏。

4 结束语

事实证明，PLC的功能很好地满足了近90%的工业控制需要。PLC硬件和软件的形态，随着微电子技术和IT的发展而不断改进，利用PLC来实现保护和故障诊断系统，可减少故障率，提高可靠性。在应用上方便灵活，价格便宜，运行可靠，有利于保护和故障诊断、实施及维护。
在实际工作中，选择PLC时还要依据实际情况做出适当的调整，以便设计出满足期望的控制系统。

D. 基于PLC的物业供水系统设计

以下方案，仅供参考
WHG系列变频调速恒压供水设备
我公司采用日本三垦公司最新一代IPF系列变频调速器、
并配以恒压供水控制基板IWS，开发生产出“WHG系列变频恒压供水设备”。该设备无需附加多余的控制器件（如PLC可编程序控制器、
PID调节器及其它的专用控制器等），提高了系统的可靠性。
该系统可根据管网瞬间压力变化，
自动调节某台水泵的转速和多台水泵的投入和退出，使管网主干管出口端保持在恒定的设定压力值，并满足用户的用水要求，
使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。
该设备可取代传统的水塔、高位水箱或气压罐等供水方式，节能效果显著，
是国家重点推广的节能新技术产品。
一、主要性能和特点
1、自动化程度高，可实现恒压变量、生活供水/消防供水双恒压等控制方式，多种启、停控制方式。
2、节电率30％--50％（配以节能运转模式，还可进一步提高节能效果）。
3、变频器可对电机进行软启软停，减少设备损耗，延长电机寿命。
4、管网压力恒定，，压力误差≤±1％，无冲击。
5、功能齐全，运行可靠，操作维护简便。
6、具有手动、自动操作功能。
7、智能化控制，可任意修改参数指令（如压力设定值、控制顺序、
控制电机数量、压力上下限、PID值、加减速时间等）。
8、设备具有完善的电气安全保护功能，对过流、过压、
欠压、过载、断水等故障均能自动保护，特别是输入缺相、输出缺相保护功能，彻底解决了电机缺相运行烧毁电机的问题，提高了电机的使用寿命。
9、可根据用户的需要，选择各种附加功能，如电机定时切换、
添加附属小泵，自动定时开机、关机等。
二、工作原理
在设备运行中，由于用水量的变化，使供水压力发生变化，通过压力传感器将压力变化信号传送给运行控制器，经控制器电脑与设定压力比较判断后，
调整变速泵转速或水泵运行台数，调整供水流量使供水压力重新回到设定的压力值，满足用水要求。
若用水量很小时，经控制器电脑分析确认后自动停止主供水系统运行，启动夜间值班小泵，以维持管网压力和少量用水，当用水量达到值班小泵不能维持设定的压力时，主供水系统自动启动，值班小泵停止运行，从而提高了系统运行的安全性，并获得了明显的节电效果。
三、适用范围
1、城镇居民生活区供水可供50～10000户单楼或楼群。
2、高层建筑、饭店宾馆及各类其它建筑的室内供水。
3、各类自来水厂的加压系统。
4、农村居民自来水泵站。
5、各类锅炉给水系统。
6、消防供水系统。
四、
产品及选型介绍
1
、单泵恒压变量供水控制系统—WHG-□□□-(空)
（1）该系统是为各企事业单位自备井设计制造的供水系统，
可利用原有旧泵进行改造，对原有供水管网不做任何改动，工程量小，见效快，节约资金。
系统从安装在总管出口处的远传压力表采集管网压力，
依据该反馈信号作出判断，并对水泵进行变频调速，调节水泵的出水量，满足用户的用水需求，并达到节能目的。
（2）该系统还可以做成一用一备的控制方式；
如当第一台泵出现故障时手动转换到另外一台泵工作，或做成第一台水泵工作一段时间后，系统自动切换到另外一台泵工作的定时切换方式。
（3）此系统具有自动控制回路、手动控制旁路及各相应的运行指示状态，并且具备各种完善的保护功能，如缺相报警、过载报警、变频器故障报警等功能。
（4>）对于控制深井泵或潜水泵的单泵恒压变频调速控制系统，因潜水泵泵的额定电流比同功率变频器的额定电流大，输出转矩也比较高，因此在选用时应选比水泵额定功率大一级的控制系统。
2
、多泵恒压供水固定方式控制系统—WHG-□□□-P
该系统由两台以上主泵（及一台附属小泵）组成，其中一台变频运行，
其余工频运行。
该系统可根据压力变化，一台固定的水泵变速运行，
其余水泵以工频方式自动投入，实现水压恒定。系统具有自动与手动双控制回路。
系统功能可根据用户需要，选择如下：
(1)
启动方式（先启先停、后启先停）；
(2)
液位控制，可依据蓄水池的水位高低情况控制系统的启停状态；
(3)
辅助小泵功能，在夜间用水量较小时，关掉变频泵，通过辅助小泵维持管网一定压力，可使节能效果更显著。
3、多泵恒压供水循环软启动方式控制系统--WHG-□□□-X
该系统为一台变频器依次控制每台水泵实现软启动及转速的调节，实现恒压。
该系统控制原理不同于前两种系统之处为，变量泵达到水泵额定转速后，如水压在所设定的判断时间内还不能满足设定恒压值时，系统自动将当前变量泵状态切换为工频状态，并指示下一台泵为变量泵，运行过程同前。
除启动方式只可为先启先停外，固定方式系统的选择功能同样适用于该系统。
4
、消防加压变频调速供水控制系统——
WXG-
□□□
消防供水控制系统除具备可接受远程火灾信号远程操作和远程报警功能外，规格同
WHG
系列，可按
WHG
系列样本选型。
五、选型建议
目前我公司生产的WHG系列恒压供水控
制设备，固定和循环两种方式控制精度和节能效果均相同，切换过程中对管网压力的扰动同样很小。不同点为：固定方式设备投资少，
运行维护简单，故障点少，但工频泵切换时对泵的机械磨损较大，各泵的使用寿命不均；而循环方式则可减少泵切换时的机械磨损，
使各泵的使用寿命均匀，不足之处是设备投资相对较高，因该方式泵切换时可能出现电流冲击，日久容易造成接触器接触点粘连现象，
所以对接触器质量要求较高，如选择不当，有可能会损伤变频器。
我们建议，对于控制功率较小的系统两种方式均可选用，而控制功率较大的系统以固定方式为好。
六、型号规格说明
以
WHG-37M3-PF
为例说明如下：
WHG---设备型号（微机控制恒压供水设备）
37---控制水泵电机额定功率（KW）
M---工频泵普通方式启动（C---Y-三降压启动方式，J---自耦降压启动方式）
3---控制主水泵数量（1-7）
P---固定工作方式（X---循环工方式，空---一台变频）
F---有辅助小泵（空--无辅助小泵）
七、设备节能分析
根据理论分析，当电源电压一定时，电机消耗的功率与其转速
的立方成正比，即
N1
/
N2
=(
n1
/
n2)^3
其中
N1
和
N2
是电机消耗的功率，
n1
和
n2
是相应于
N1
和
N2
的转速。当水泵的扬程一定时，其出水量与转速成正比，即：
Q1
/
Q2
=
n1
/
n2
其中，
Q1
和
Q2
表示相应于
n1
和
n2
的水泵的出水量。因此在维持水泵压力恒定的条件下，通过调整水泵机组的转速从而调整水泵的出水量，就可以大大节约电机所消耗的功率而达到节能的目的。据统计大多数水泵实际平均供水量只是额定值的
70%
~
80%
，当供水量分别为额定值的
100%
、
90%
、
80%
、
70%
时，水泵的转速和功率与额定值之比将如下表所示：
Q
/
Q0
n
/
n0
N
/
N0
100%
100%
100%
90%
90%
72.9%
80%
80%
51.2%
70%
70%
34.3%
一般的说，变频调速恒压供水方式用于生活供水，节电效率很高，可达
50%
，用于工业供水则在
30%
～
40%
之间。对于郊区或农村用水量变化大的用户，变频调速恒压供水方式
更加优越。

E. plc恒压供水原理

1.PLC控制系统恒压供水介绍

PLC供水控制系统装置包括：可编程操控器(PLC)、变频器、压力传感器、PID操控器以及相关软件操控单元。该装置形成一套完好的、全主动的、智能的恒压供水操控体系。该体系可以以三种方法作业，分别为全主动、半主动和手动操作方法，其间后两种是在全主动方法呈现毛病时的补偿。

2.全主动恒压供水操控原理

当主水管网压力传感器的压力信号4~20mA送给数字PID操控器，操控器依据压力设定值与实践检测值进行PID运算，并给出信号直接操控变频器的转速以使管网的压力安稳。当用水量不是很大时，一台泵在变频器的操控下安稳作业；当用水量大到变频器全速作业也不能确保管网的压力安稳时，操控器的压力下限信号与变频器的高速信号一起被PLC检测到，PLC主动将原作业在变频状态下的泵，投入到工频作业，以保持压力的接连性，一起将一台备用的泵用变频器起动后投入作业，以加大管网的供水量，确保压力安稳。若两台泵作业仍，则依次将变频作业状态下的泵投入到工频作业，而将另一台备用泵投入变频作业。当用水量削减时，首要表现为变频器已作业在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍呈现，PLC首要将工频作业的泵停掉，以削减供水量。当上述两个信号仍存在时，PLC再停掉一台工频作业的电机，直到最终一台泵用主频器恒压供水。另外，操控体系设两台泵为一组，每台泵的电机累计作业时刻可显现，24小时轮换一次，既确保供水体系有备用泵，又确保体系的泵有相同的作业时刻，确保了泵的牢靠寿命。

F. 基于plc的生活水处理控制系统

兰州大德水处理设备有限公司是在兰州市工商局注册的全资企业，本公司在陕西甘肃做过很多优良样板工程项目。如：陕西宝鸡第二火电厂30T/H锅炉循环水、陕西斯瑞工业有限责任公司15T/H锅炉循环补给水、西安阿房宫—凯悦饭店25T/H大型中央空调循环水（涉外五星级酒店）、西安市财政局生活区供热站20T/H软化水、西安市长安医院水处理设备、西安长安区航天软水器设备、铜川市市医院软水器、铜川市公安局软水器和临潼当地一些泡沫厂软水器等。
我公司集多年的专业水处理经验，为中国电子、医药、食品、化工、电厂和小区锅炉补给水及生物工程项目的设计、制作、安装、调试、检测、分析、技术培训等行业提供软水器、锅炉水处理、空调水处理、板换水处理、家用水处理软水器、工业用水处理设备、小区软水设备以及工厂水处理的设备，具体有：多介质过滤器、活性炭吸附器、软水器、精密过滤器、反渗透装置（二级）、海水淡化装置、超滤装置、纳滤装置、（多）离子交换混床、药剂浓缩装置、多级复床、除氟装置、重金属去除装置、EDI、实验室小型高纯水机、脱气塔、除铁锰装置、加药装置、紫外线灯、臭氧发生器、二氧化碳发生器、灌装机、污水处理设备、水质检测仪表、水处理药剂等，用专业的设备和业务团队，为客户实现一条龙配套服务。

G. PLC在水处理系统中的应用

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

H. plc的工作原理是什么

PLC的工作原理为：当PLC控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。

1、输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

2、用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。

3、输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

(8)基于plc的中水处理系统原理扩展阅读：

PLC的基本结构为：

1、中央处理单元

中央处理单元(CPU)是PLC控制器的控制中枢。它按照PLC控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

2、存储器

存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。

3、电源

PLC控制器的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

4、程式输入装置

负责提供操作者输入、修改、监视程式用作的功能。

5、输入输出回路

负责接收外部输入元件信号和负责接收外部输出元件信号。

参考资料来源：网络-PLC系统