【摘要】介紹了基于PLC的鍋爐水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、系統(tǒng)組成、硬件配置和軟件結(jié)構(gòu)，闡述了控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)過(guò)程。實(shí)際應(yīng)用表明，該控制器可以獲得滿意的控制效果。

【關(guān)鍵詞】水處理;PLC;程序設(shè)計(jì);順序控制

Abstract：This paper introduces design scheme，components，hardware equipment and software structure of control equipment for boiler water treatment based on PLC. The hardware and software design of the control system are expounded. The actual application confirmed that the designed system presents the characteristics of high automation，high reliability and the efficiency are effective improved.

Key words：water treatment;PLC;programming;sequence control

1.引言

工業(yè)鍋爐水處理的主要內(nèi)容是水的軟化，即除去水中的鈣鎂硬度鹽，防止鍋爐結(jié)垢。在生產(chǎn)中鍋爐水的軟化處理是一項(xiàng)重要的安全指標(biāo)，它是防止鍋爐結(jié)垢、腐蝕，保證蒸汽品質(zhì)的主要措施，對(duì)保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義，因此，對(duì)于鍋爐水處理的技術(shù)要求愈來(lái)愈高。本文所設(shè)計(jì)的鍋爐水處理控制裝置，由高低水位控制進(jìn)水閥開(kāi)關(guān)，選用PLC為控制器，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)水處理的循環(huán)控制，提高了水處理的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。

2.軟水生產(chǎn)工藝過(guò)程及控制要求

軟化水設(shè)備的工作原理是基于陽(yáng)離子交換原理。水由交換柱上流下，與交換樹(shù)脂中的鹽離子充分接觸達(dá)到把原水中的雜質(zhì)、易結(jié)垢的重金屬陽(yáng)離子去除掉。其生產(chǎn)工藝大致分為下列幾步：

（1）松床：主要把交換柱中壓緊的交換樹(shù)脂充分沖開(kāi)使之與要處理的水充分接觸;

（2）再生：水處理經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，交換器樹(shù)脂中的鹽離子會(huì)失去導(dǎo)致交換失效，要對(duì)交換樹(shù)脂進(jìn)行反洗，再用酸（或堿）溶液對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行處理，使其恢復(fù)交換能力;

（3）置換：在置換過(guò)程中，軟化水由上而下流經(jīng)交換柱，沖洗掉樹(shù)脂中的鈉離子，實(shí)現(xiàn)鈉離子交換鈣鎂離子;

（4）清洗：把樹(shù)脂中殘留的氯離子洗凈。

圖1 水處理工藝流程

在實(shí)際運(yùn)行中有A、B兩套完全相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，共有四個(gè)工位，各自工作于不同的工作流程，交替進(jìn)行，各工位之間通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)換位。當(dāng)A（B）處于再生，置換過(guò)程時(shí)，B（A）要處于交換過(guò)程，以便為鍋爐提供所需的軟化水。工藝流程圖如1所示（1#為進(jìn)水閥，2#為再生閥）。

根據(jù)需要各個(gè)工位的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度不同。要求控制系統(tǒng)應(yīng)能夠設(shè)置、修改、存儲(chǔ)各工位的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度，并能按照設(shè)置的各工位時(shí)間長(zhǎng)度自動(dòng)切換工作流程，控制各閥門(mén)的開(kāi)關(guān)。配合水位檢測(cè)器，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)檢測(cè)存儲(chǔ)軟化水容器的水位高低。達(dá)到上限時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)停止運(yùn)行，達(dá)到下限應(yīng)能自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)重新運(yùn)行。水處理不管在怎樣的情況下停止，設(shè)置的數(shù)據(jù)不能丟失，停止之前的運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)能保存下來(lái)，重新運(yùn)行時(shí)接著原來(lái)的狀態(tài)運(yùn)行。

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用PLC為控制核心，根據(jù)鍋爐水處理控制要求分析，該P(yáng)LC有7個(gè)輸入信號(hào)：自動(dòng)、手動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)，總停止按鈕，啟動(dòng)按鈕，工位切換手動(dòng)按鈕2個(gè)，液位傳感器2個(gè)，共需要7個(gè)輸入點(diǎn)。PLC輸出控制對(duì)象主要是控制電路中的執(zhí)行器件，如接觸器、電磁閥等。本機(jī)床中的執(zhí)行器件有2個(gè)交流接觸器，2個(gè)進(jìn)水電磁閥，2個(gè)再生電磁閥，需占用6個(gè)輸出點(diǎn)?？紤]系統(tǒng)的各技術(shù)指標(biāo)及以后擴(kuò)展性能，選用信捷公司的XC2-14RT-E機(jī)型，該機(jī)基本單元有8點(diǎn)輸入，6點(diǎn)輸出，完全能滿足控制要求。PLC的I/O分配如表1所示。

表1 PLC控制I/O分配表

輸入信號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) 輸出信號(hào) 輸出點(diǎn)編號(hào)

手動(dòng)/自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān) X0 A#工位轉(zhuǎn)換電機(jī) Y0

啟動(dòng)按鈕 X1 B#工位轉(zhuǎn)換電機(jī) Y1

停止按鈕 X2 A#進(jìn)水電磁閥 Y2

工位切換手動(dòng)按鈕1 X3 B#進(jìn)水電磁閥 Y3

工位切換手動(dòng)按鈕2 X4 A#再生電磁閥 Y4

液位上限 X5 B#再生電磁閥 Y5

液位下限 X6

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 控制系統(tǒng)框圖

圖3 水處理工藝控制流程

本系統(tǒng)采用觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，觸摸屏主要是替代傳統(tǒng)的鍵盤(pán)和控制面板，以動(dòng)畫(huà)的形式表現(xiàn)自動(dòng)化控制過(guò)程，不僅用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和顯示，而且可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的控制程序。根據(jù)要求本系統(tǒng)應(yīng)在觸摸屏上顯示柱號(hào)、工位號(hào)和工作時(shí)間等內(nèi)容。系統(tǒng)整個(gè)工作流程是按照設(shè)定的時(shí)間間隔，控制各工位的輪換，這都由內(nèi)部時(shí)鐘來(lái)提供參考時(shí)間。通過(guò)按鍵設(shè)置的工位時(shí)間長(zhǎng)度能保存起來(lái)，由掉電保持的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器來(lái)保存。

4.控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

由鍋爐水處理系統(tǒng)的控制要求可知，其為順序控制過(guò)程，所以可運(yùn)用狀態(tài)編程思想，采用步進(jìn)順控指令對(duì)其進(jìn)行控制。根據(jù)控制要求，系統(tǒng)在啟動(dòng)并且初始化之后，都要進(jìn)行工作方式的選擇，即自動(dòng)控制和手動(dòng)控制，二者之間的切換通過(guò)選擇開(kāi)關(guān)SA實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)控制流程圖如圖3所示。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的用于軟化水設(shè)備的PLC控制系統(tǒng)，與同類控制系統(tǒng)相比，整個(gè)組成電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠性高，維護(hù)方便。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，充分克服了原繼電接觸器控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，觸摸屏作為顯示終端，提高了人機(jī)界面的靈活性，可將提升機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息直觀顯示出來(lái)，方便操作人員快速處理設(shè)備故障，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]趙紅忠，秦小州.SBR污水處理工藝及自動(dòng)化控制[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2003（2）：31-33.

[2]陳旭武，劉東江.PLC在組合機(jī)床控制中的應(yīng)用與程序編制[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2006（4）：42-44.

[3]Xinjie Electric Corporation.XC系列微型可編程控制器使用手冊(cè)[S].2010.

[4]雷新利，趙忠.基于PLC和觸摸屏的灌裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械與電子，2007（9）：78-80.

作者簡(jiǎn)介：齊加?。?968—），機(jī)電工程師，主要研究方向：機(jī)電自動(dòng)化控制技術(shù)。