摘 要：采用科學(xué)的純水凈化工藝和專業(yè)的純水電氣控制設(shè)備可以為獲得健康用水提供有力保障，鑒于工廠和生活中的純水凈化系統(tǒng)使用的都是傳統(tǒng)繼保電路控制，作為設(shè)備的使用者或管理人員需要親自到現(xiàn)場進(jìn)行操作和維護(hù)，出于保障人身安全和提高設(shè)備自動(dòng)化程度的考慮選擇使用plc和組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場變量信息數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制，既可以提高工作效率，保障現(xiàn)場操作者、管理人員的人身安全，又可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測、報(bào)警等多項(xiàng)功能。

關(guān)鍵詞：水處理? 反沖洗? plc? 組態(tài)? 智能感知

Automation Reform and Future Development of Electrical Equipment in Pure Water Purification System

LI Songtian

（Zhaodong Xinghu Biotech Co.， Ltd.， Zhaodong， Heilongjiang Province， 151100 China）

Abstract： Adopting scientific pure water purification process and professional pure water electrical control equipment can provide strong guarantee for access to healthy water. Since the pure water purification system in the factory and life uses traditional relay protection circuit control， the user or manager of the equipment needs to personally go to the site for operation and maintenance. In order to ensure personal safety and improve the automation degree of the equipment， plc and configuration are selected to realize on-site variable information data acquisition and remote control， which can improve work efficiency. It can not only ensure the personal safety of on-site operators and managers， but also realize remote control， system online real-time monitoring， alarm and other functions.

Key Words：Water Treatment; Backwashing; Plc; Configuration; Intelligent perception

本文通過對(duì)水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化升級(jí)改造實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程組態(tài)控制和自動(dòng)報(bào)警功能[1]，系統(tǒng)水源由自備水井提供，經(jīng)過濾、殺菌裝置處理后由設(shè)備間內(nèi)設(shè)置的水箱經(jīng)二次加壓設(shè)備加壓供給廠區(qū)或生活建筑使用，改造前水處理系統(tǒng)通過變頻器、液位傳感器來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水控制，操作者只能在現(xiàn)場對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行操作，局限于設(shè)備的自動(dòng)化程度，對(duì)現(xiàn)場的設(shè)施、設(shè)備情況不能智能化地遠(yuǎn)程操作與維護(hù)。改造后水處理系統(tǒng)可在遠(yuǎn)程電腦界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，同時(shí)通過組態(tài)界面可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加壓供水、自動(dòng)正/反沖洗、報(bào)警3種功能[2]，自動(dòng)化程度和工作效率得到提升，現(xiàn)場操作人員安全系數(shù)也得到了保障[2]。另外，因本文采用了plc、組態(tài)軟件進(jìn)行自動(dòng)化升級(jí)改造[3]，從節(jié)約成本選取最優(yōu)方案考慮[4]，如果想對(duì)電氣系統(tǒng)添加新的使用功能，只需在現(xiàn)場安裝各種電氣儀表，然后在plc中添加邏輯程序[4]，組態(tài)軟件添加新點(diǎn)位即可實(shí)現(xiàn)新功能。

1 現(xiàn)有純水凈化系統(tǒng)的工藝和電氣控制原理

1.1工藝

純水凈化系統(tǒng)由潛水泵使水源經(jīng)過前處理過濾器處理后引入原水箱[5]（潛水泵由于所處地理位置較低，潛水泵房要增設(shè)自動(dòng)排水裝置，比如液位繼電器、交流接觸器、空氣開關(guān)、熱繼電器、液位線按照自動(dòng)排水接線圖配好線，調(diào)試合格后投入運(yùn)行）。通過加壓泵、多介質(zhì)過濾罐、超濾過濾器、紫外線照射殺菌裝置處理后流入純水箱[5]，經(jīng)過凈化的純水在穩(wěn)壓泵的作用下送往廠區(qū)或生活建筑使用。本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過對(duì)純水水質(zhì)的檢測，要定期對(duì)多介質(zhì)過濾罐進(jìn)行反沖洗，必要時(shí)對(duì)系統(tǒng)中的前置過濾器、多介質(zhì)過濾罐、超濾過濾器內(nèi)的過濾耗材進(jìn)行更換，以保證過濾后的純水水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

1.2電氣控制原理

通過選擇開關(guān)來進(jìn)行手/自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換[6]，當(dāng)選擇手動(dòng)時(shí)通過交流接觸器自鎖控制水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，停止按鈕接在所控制水泵二次回路的線圈側(cè)來控制接觸器停止運(yùn)行;當(dāng)選擇自動(dòng)控制時(shí)，變頻啟動(dòng)二次回路接通，變頻器通過水箱液位的反饋信號(hào)來控制水泵交流接觸器的啟停;當(dāng)選擇停止位置時(shí)，手動(dòng)和自動(dòng)二次回路的交流接觸器線圈均失電并斷開一次回路，水處理系統(tǒng)電氣設(shè)備停止運(yùn)行[6]。

2 電氣升級(jí)改造所需電氣元件和變量確定

2.1改造所需電氣元件

空氣開關(guān)6個(gè)、急停開關(guān)1個(gè)、液位繼電器1個(gè)、電磁繼電器4個(gè)、交流接觸器5個(gè)、熱繼電器5個(gè)、接線端子排1個(gè)、運(yùn)行指示燈6個(gè)、壓力儀表控制器1個(gè)、電壓表1個(gè)、電流表1個(gè)、選擇開關(guān)4個(gè)、西門子s7-200 plc 1個(gè)[7]、工控電腦一套（安裝組態(tài)王軟件）、反沖洗泵1個(gè)、一次加壓泵（一用一備）2個(gè)、二次供水穩(wěn)壓泵（一用一備）2個(gè)、變頻器1個(gè)、手動(dòng)啟/停開關(guān)各6個(gè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門11個(gè)。

2.2現(xiàn)場所需采集信號(hào)變量

原水箱液位，純水箱液位，一、二次供水壓力，一、二次加壓泵以及反沖洗泵溫度，一、二次加壓泵管網(wǎng)介質(zhì)流量。

3 改造后系統(tǒng)工藝流程以及連鎖、報(bào)警程序

3.1自動(dòng)加壓供水程序

當(dāng)組態(tài)界面選擇自動(dòng)加壓供水時(shí)，通過plc程序中的連鎖關(guān)系[8]，如原水箱液位低于設(shè)定的下限值時(shí)，啟動(dòng)潛水泵為原水箱補(bǔ)水到相應(yīng)液位后，潛水泵停轉(zhuǎn)。同理，當(dāng)純水箱液位低于設(shè)定的下限值時(shí)，啟動(dòng)一次加壓泵為純水箱補(bǔ)水到相應(yīng)液位后，一次加壓泵停轉(zhuǎn)。純水箱往廠區(qū)或生活建筑供水時(shí)所使用的二次加壓泵自動(dòng)供水動(dòng)作與上述邏輯關(guān)系同理，通過檢測水箱液位信號(hào)控制加壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)二次自動(dòng)加壓供水的目的。

3.2自動(dòng)正/反沖洗程序

當(dāng)在組態(tài)界面選擇反沖洗時(shí)，通過plc程序中的連鎖關(guān)系[8]，現(xiàn)場每個(gè)多介質(zhì)過濾罐上的4個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門上的排水閥門，反沖洗泵和原水箱上的液位壓力信號(hào)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)原水箱液位下降到下限值時(shí)，一次加壓泵動(dòng)作進(jìn)行供水，同時(shí)反沖洗停止，否則反沖洗持續(xù)動(dòng)作30min后再正洗15min，流程結(jié)束后正反洗動(dòng)作復(fù)位，經(jīng)過正反沖洗達(dá)到對(duì)水質(zhì)的控制要求[9]。

3.3報(bào)警程序

（1）當(dāng)二次供水管網(wǎng)壓力低于0.3MPa時(shí)，組態(tài)界面供水管網(wǎng)低壓報(bào)警指示燈動(dòng)作，說明此時(shí)加壓泵出現(xiàn)故障，亦或現(xiàn)場設(shè)施出現(xiàn)漏水點(diǎn)，提示操作人員去現(xiàn)場維修。

（2） 當(dāng)二次供水管網(wǎng)壓力高于0.3MPa時(shí)，組態(tài)界面供水管網(wǎng)高壓報(bào)警指示燈動(dòng)作，自動(dòng)泄壓閥門打開，當(dāng)壓力穩(wěn)定到0.3MPa時(shí)，泄壓閥門關(guān)閉，系統(tǒng)恢復(fù)到正常供水狀態(tài)。

（3）當(dāng)一、二次側(cè)加壓泵溫度過高時(shí)，泵上報(bào)警指示燈閃爍動(dòng)作并按報(bào)警連鎖程序自動(dòng)切換到備用加壓泵繼續(xù)使用，以實(shí)現(xiàn)24h不間斷供水。

在這里也要說明下現(xiàn)場控制柜原有的繼電動(dòng)作電路，本現(xiàn)場控制柜通過1拖2變頻器、原水箱/純水箱液位信號(hào)變送器來控制現(xiàn)場的一、二次加壓泵自動(dòng)為水箱補(bǔ)水，同時(shí)1/2號(hào)變頻交流接觸器以及1/2號(hào)工頻交流接觸器這4個(gè)接觸器在硬接線和plc編程時(shí)要注意相互之間的互鎖關(guān)系[9]，保證現(xiàn)場/遠(yuǎn)程操作時(shí)水泵不要誤動(dòng)作，現(xiàn)場1/2號(hào)加壓泵、潛水泵、反洗泵這4個(gè)熱繼電器要根據(jù)現(xiàn)場水泵功率大小設(shè)置好正確的保護(hù)動(dòng)作電流值[9]。

4 現(xiàn)場聯(lián)動(dòng)調(diào)試運(yùn)行與故障處理

硬件接線以及plc編程、組態(tài)配置工作結(jié)束后就進(jìn)入到現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行調(diào)試階段，調(diào)試前要對(duì)各電氣元件的接點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)檢查確定沒有錯(cuò)接、漏接或短路現(xiàn)象發(fā)生再送電運(yùn)行，調(diào)試時(shí)，將plc選為運(yùn)行狀態(tài)，通過在線監(jiān)測對(duì)程序和接線進(jìn)行修改調(diào)試，調(diào)試過程中要注意程序動(dòng)作的邏輯關(guān)系是否正確，另外現(xiàn)場中的硬接線如急停、交流接觸器、電磁繼電器等的線圈接點(diǎn)要作為重點(diǎn)排查對(duì)象。

5 水處理電氣自動(dòng)化改造在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用與發(fā)展

（1）農(nóng)田大面積自動(dòng)灌溉時(shí)水質(zhì)的前處理系統(tǒng)。

（2）藥廠或化妝品生產(chǎn)企業(yè)所需EDI超純水制備的純水凈化系統(tǒng)。

（3）自來水廠的純水凈化系統(tǒng)。

（4）污水處理廠的純水凈化系統(tǒng)改造。

（5）礦泉水或化工生產(chǎn)中需要使用純水凈化系統(tǒng)的企業(yè)。

6 結(jié)語

在此次純水凈化系統(tǒng)的電氣設(shè)備自動(dòng)化升級(jí)改造中，筆者運(yùn)用自己所掌握的電氣知識(shí)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、配件選型、安裝和調(diào)試運(yùn)行，理論與實(shí)踐相結(jié)合，既鞏固了理論，同時(shí)也鍛煉了自己的實(shí)踐能力，在實(shí)際操作中遇到了許多困難也在自己的努力下一一克服。生產(chǎn)和生活中采購電氣設(shè)備出于成本的考慮會(huì)經(jīng)常使用傳統(tǒng)繼保電路控制裝置，自動(dòng)化程度和安全系數(shù)都較低，經(jīng)過加裝plc和工控組態(tài)設(shè)備改造后實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控，既提高了自動(dòng)化程度，又避免了現(xiàn)場直接操作電氣設(shè)備的危險(xiǎn)系數(shù)，保障了現(xiàn)場操作者和使用人員的人身安全，在使用前景方面也有很大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1]高亞超.煤礦電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究[J].科技資訊，2021，19（10）：44-46.

[2]包宇航. 某燃煤電廠水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及末端廢水回用工藝可行性研究[D].吉林：東北電力大學(xué)，2021.

[3]崔亞，陳禹默，宋劍萍.校園供水系統(tǒng)智能管理的問題研究[J].科技資訊，2021，19（15）：36-39.

[4]石成成. 伺服系統(tǒng)內(nèi)嵌式運(yùn)動(dòng)控制型PLC的研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2020.

[5]王新文.《水質(zhì)工程學(xué)2》課程線上教學(xué)探討與實(shí)踐[J].文化創(chuàng)新比較研究，2021，5（20）：102-104，110.

[6]廖常初.PLC編程及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：66-69.

[7]王兆義.小型可編程控制器實(shí)用技術(shù)[M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2002：33-35.

[8]黨玉潔.淺談電氣工程及其自動(dòng)化的質(zhì)量控制與安全管理[J].科技資訊，2021，19（4）：40-42.

[9]趙克麗.以成本最優(yōu)為目標(biāo)的電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)產(chǎn)品優(yōu)化配置研究[D].吉林：東北電力大學(xué)，2021.

作者簡介：李松天（1985—），男，本科，助理電氣工程師，研究方向?yàn)殡姎鈨x表自動(dòng)化。