自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電氣控制PLC水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、河北機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1 緒論1.1 課題的提出 水和電是人類(lèi)生活、生產(chǎn)中不可缺少的重要物質(zhì)，在節(jié)水節(jié)能已成為時(shí)代特征。我們這個(gè)水資源和電能源短缺的國(guó)家，面臨城市污水肆意排放，生活用水水質(zhì)日益下降，如何使水質(zhì)達(dá)到日常生活、工業(yè)生產(chǎn)可靠性、穩(wěn)定性的要求，直接影響著居民正常工作和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著工業(yè)制造的迅速發(fā)展，儀器設(shè)備對(duì)水質(zhì)的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)方式普遍不同程度的存在浪費(fèi)水力、電力資源；效率低；可靠性差；自動(dòng)化程度不高等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了工業(yè)系統(tǒng)中的用水。目前的供水方式應(yīng)朝著高效節(jié)能、自動(dòng)可靠的方向發(fā)展，基于plc電氣控制技術(shù)、電氣自動(dòng)化技術(shù)于一體。采用該系統(tǒng)進(jìn)行供水可以提高供水系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可

2、靠性，同時(shí)該系統(tǒng)具有良好的節(jié)能性，這在能源日益緊缺的今天尤為重要，所以研究設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，對(duì)于提高企業(yè)效率以及人民的生活水平、降低能耗等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 水處理自動(dòng)控制的發(fā)展前景水處理自控系統(tǒng)的發(fā)展始終追隨水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，其目的是使凈水、污水和中水回用的處理更加完善、控制更加準(zhǔn)確、系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、操作更加方便、系統(tǒng)運(yùn)行效率更高、更加環(huán)保和節(jié)能。1.2.1 水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 在凈水行業(yè)，現(xiàn)有的城鎮(zhèn)凈水廠(chǎng)已經(jīng)趨于完善，但在農(nóng)村的飲水狀況卻讓人擔(dān)憂(yōu)，大部分的農(nóng)村人口直接飲用地下水或地表水，農(nóng)村集中供水是一種發(fā)展趨勢(shì)。農(nóng)村凈水廠(chǎng)的建設(shè)將是凈水廠(chǎng)的主要組成之一。我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的

3、國(guó)家，中水處理回用使城市污水成為一種清潔安全的城市水資源，能夠在很大程度上緩解城市水資源匱乏的狀態(tài)，并進(jìn)一步減少對(duì)下游城市水資源的污染，降低下游城市水資源的凈化難度。 根據(jù)城市污水處理及污水防治技術(shù)政策，2010年全國(guó)省市城市和建制鎮(zhèn)的污水平均處理率不低于50，省市城市的污水處理率不低于60，重點(diǎn)城市的污水處理率不低于70。新建污水廠(chǎng)仍是我國(guó)治理水資源的一個(gè)重要組成。水處理行業(yè)，由于各廠(chǎng)的水源不同，所包含的污染物不同，相應(yīng)的處理工藝也不同。水處理工藝的多樣性、復(fù)雜性也是水處理行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。凈水處理、污水處理和中水處理的設(shè)備眾多，設(shè)備也更加專(zhuān)業(yè)化。怎樣實(shí)現(xiàn)對(duì)其便捷穩(wěn)定的控制變得至關(guān)重要

4、1.2.2 水處理行業(yè)自動(dòng)控制需求 針對(duì)水處理行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，水處理行業(yè)對(duì)自動(dòng)控制的需求主要有以下幾個(gè)方面：plc及儀表開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議。由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備眾多，大部分需要通訊，而不是由一個(gè)plc通過(guò)硬接線(xiàn)的方式采集所有設(shè)備的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制。在短期內(nèi)，需要plc能夠支持現(xiàn)場(chǎng)各種儀表和第三方廠(chǎng)家的通訊協(xié)議；從長(zhǎng)期考慮，各種plc以及儀表能夠支持通用的開(kāi)放通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。上位組態(tài)軟件豐富的驅(qū)動(dòng)程序。在改造和擴(kuò)建項(xiàng)目中，有很多情況是現(xiàn)場(chǎng)有幾家plc要與上位組態(tài)軟件通訊，上位組態(tài)軟件需要包含多家plc的驅(qū)動(dòng)。即使在新建項(xiàng)目中，也要考慮之后的項(xiàng)目改造和擴(kuò)建，需要上位組態(tài)軟件能夠具有豐富的驅(qū)動(dòng)程序，能夠同時(shí)支

5、持與多家plc同時(shí)通訊和畫(huà)面組態(tài)。水廠(chǎng)運(yùn)行節(jié)能環(huán)保。節(jié)能和環(huán)保是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)各種工廠(chǎng)、產(chǎn)品的需求，在水處理行業(yè)同樣需要考慮到節(jié)能和環(huán)保的問(wèn)題。這就需要plc的程序編寫(xiě)能夠與現(xiàn)場(chǎng)工藝和設(shè)備結(jié)合，使控制更加準(zhǔn)確，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在低能耗運(yùn)行以及加氯、加藥適量的情況下滿(mǎn)足出水水質(zhì)的要求。plc設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。plc設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，是對(duì)自動(dòng)系統(tǒng)的基本要求，也是最高的要求。plc設(shè)備有較強(qiáng)的抗干擾能力，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)，即使在系統(tǒng)故障的情況下，也能夠最低限度的減少故障損失。提高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試效率。由于污水及中水處理項(xiàng)目大部分是bot項(xiàng)目，承包商需要最快的資金周轉(zhuǎn)周期，而自動(dòng)系統(tǒng)的調(diào)試是水廠(chǎng)正常運(yùn)行調(diào)試的最后一個(gè)環(huán)

6、節(jié)，這就需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的效率高。效率主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是調(diào)節(jié)周期短，二是調(diào)試效果好，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定合理。1.2.3 水處理行業(yè)自控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)為適應(yīng)水處理行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，滿(mǎn)足水處理行業(yè)對(duì)自控系統(tǒng)的需求，水處理行業(yè)的自控系統(tǒng)在未來(lái)發(fā)展主要方向包含以下幾個(gè)方面。1.2.3.1 冗余的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 由于水處理項(xiàng)目自動(dòng)化控制對(duì)安全性的要求比較高，而現(xiàn)在通常應(yīng)用的冗余系統(tǒng)中，多數(shù)為雙機(jī)架冗余，成本相對(duì)單機(jī)系統(tǒng)會(huì)提高一倍，而低成本、高可靠性的單機(jī)架冗余方案將是plc在水處理行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。采用單機(jī)架冗余方案中，每套plc選用一個(gè)冗余的機(jī)架，兩個(gè)支持冗余系統(tǒng)的cpu。冗余系統(tǒng)配置主要目的是提高plc設(shè)備運(yùn)

7、行的可靠性和穩(wěn)定性，保證水廠(chǎng)不間斷的正常運(yùn)行，保證出水水質(zhì)。1.2.3.2 plc合理的通訊端口設(shè)置 在水處理廠(chǎng)智能儀表與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備集成的plc分布比較分散，通訊擴(kuò)展接口應(yīng)該可以，通過(guò)在主站以及從站任意槽位上增加通訊接口模塊實(shí)現(xiàn)。即通訊接口模塊的使用不能受到本地背板或遠(yuǎn)程背板的限制。1.2.3.3 組態(tài)軟件豐富的驅(qū)動(dòng)程序 組態(tài)軟件應(yīng)開(kāi)發(fā)各種廠(chǎng)家的plc、儀表、移動(dòng)通訊設(shè)備以及其他具有通訊功能的自控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，以便在項(xiàng)目改造、擴(kuò)建過(guò)程中上位組態(tài)軟件與下位自控設(shè)備兼容，使水處理項(xiàng)目可以通過(guò)一個(gè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有工藝進(jìn)行監(jiān)控，提高系統(tǒng)的集成度和現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作效率，同時(shí)降低項(xiàng)目成本1.2.3

8、.4 專(zhuān)業(yè)程序模塊 由于水處理工藝多樣性，針對(duì)不同規(guī)模、不同工藝的水處理廠(chǎng)應(yīng)該開(kāi)發(fā)專(zhuān)業(yè)的程序模板。在plc以及組態(tài)軟件功能日趨完善，產(chǎn)品質(zhì)量也逐步提高的情況下，誰(shuí)能夠?yàn)榭蛻?hù)提供更加完善的服務(wù)將成為成敗的主導(dǎo)競(jìng)爭(zhēng)方式。1.2.3.5 數(shù)據(jù)分析、技術(shù)支持 在水廠(chǎng)的管理上，除了要能夠支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，還要將現(xiàn)場(chǎng)io服務(wù)器采集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的存儲(chǔ)，使用專(zhuān)業(yè)的數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得出最佳的運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)修改現(xiàn)場(chǎng)控制站的程序。1.2.3.6 遠(yuǎn)程監(jiān)控 在水廠(chǎng)控制中心通過(guò)聯(lián)網(wǎng)發(fā)布軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控界面。將來(lái)plc編程軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄也是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，編程人員可以在任何能夠登錄internet

9、的地方修改plc程序，進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試。1.3 plc概述1.3.1 可編程控制器的定義可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)plc(programmable logic controller)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國(guó)際電工委員會(huì)(international electrical committee)頒布的plc標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)plc做了如下定義:“plc是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。plc及其

10、有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！?.3.2 plc的發(fā)展和應(yīng)用世界上公認(rèn)的第一臺(tái)plc是1969年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(dec)研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的plc主要由分立組件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類(lèi)似的梯形圖作為主要編程語(yǔ)言5 ，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存

11、儲(chǔ)組件都以繼電器命名。此時(shí)的plc為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、pid功能及極高的性?xún)r(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國(guó)家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國(guó)家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)

12、代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來(lái)說(shuō)，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來(lái)說(shuō)，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，plc在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、輕紡、交通運(yùn)輸、及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，被稱(chēng)為現(xiàn)代技術(shù)的三大支柱之一。1.3.3 西門(mén)子s7-200plc簡(jiǎn)介西門(mén)子公司具有品種非常豐富的plc產(chǎn)品。s7系列是傳統(tǒng)意義的plc，s7-200屬于小型plc，在1998年升級(jí)為第二代產(chǎn)品，2004年升級(jí)為第三代產(chǎn)品，其

13、特點(diǎn)如下：功能強(qiáng)大。s7-200有5種cpu模塊，最多可擴(kuò)展7個(gè)擴(kuò)展模塊，擴(kuò)展到248點(diǎn)數(shù)字量i/o或38路模擬量i/o，最多有30多kb的程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；先進(jìn)的程序結(jié)構(gòu)，功能強(qiáng)大、使用方便的編程軟件； 靈活方便的尋址方法。1.4 本課題的主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)是以工業(yè)用水處理系統(tǒng)為控制對(duì)象，采用plc控制技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套滿(mǎn)足工業(yè)水質(zhì)要求的自動(dòng)化水處理系統(tǒng)，并利用觸摸屏對(duì)水處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠，安全，獲得最佳的運(yùn)行狀態(tài)。plc控制的水處理系統(tǒng)主要有可編程控制器、液位計(jì)、電磁閥、高低壓力開(kāi)關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)的水泵機(jī)組一起組成一個(gè)完整的水處理系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中有3個(gè)貯

14、水池，3臺(tái)水泵，采用部分流量調(diào)節(jié)方法，即3臺(tái)水泵中只有1臺(tái)水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行，其余水泵做恒速運(yùn)行。plc根據(jù)管網(wǎng)壓力自動(dòng)控制各個(gè)水泵之間切換，并根據(jù)壓力檢測(cè)值和給定值之間偏差進(jìn)行pid運(yùn)算，輸出給變頻器控制其輸出頻率，調(diào)節(jié)流量，使供水管網(wǎng)壓力恒定。各水泵切換遵循先起先停、先停先起原則。根據(jù)以上控制要求，進(jìn)行系統(tǒng)總體控制方案設(shè)計(jì)。硬件設(shè)備選型、plc選型，估算所需i/o點(diǎn)數(shù)，進(jìn)行i/o模塊選型，繪制系統(tǒng)硬件連接圖：包括系統(tǒng)硬件配置圖、i/o連接圖，分配i/o點(diǎn)數(shù)，列出i/o分配表，熟練使用相關(guān)軟件，設(shè)計(jì)梯形圖控制程序，對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試和修改并設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)。2 系統(tǒng)的理論分析及控制方案確定

15、2.1 水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求2.1.1 系統(tǒng)控制采用plc控制方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，設(shè)有手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。可以隨時(shí)根據(jù)系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行狀況對(duì)系統(tǒng)的控制方式及工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在手動(dòng)方式下，對(duì)各單元（如自動(dòng)閥，水泵）進(jìn)行獨(dú)立操作。生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)。主要的工藝參數(shù)（如壓力，電導(dǎo)率等），均可直接在盤(pán)面或現(xiàn)場(chǎng)儀表上讀出，實(shí)時(shí)了解系統(tǒng)各設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。2.1.2 報(bào)警及保護(hù)高液位報(bào)警：原水箱、中間水箱、純水箱水位高過(guò)高設(shè)定值，發(fā)出高液位信號(hào)，受控單元停止工作。中液位報(bào)警：原水箱、中間水箱、純水箱水位，水位低過(guò)中設(shè)定值，發(fā)出中液位信號(hào)，受控單元啟動(dòng)工作。低液位報(bào)警：原水箱、中間水

16、箱、純水箱水位，水位低過(guò)低設(shè)定值，發(fā)出低液位信號(hào)并停止出水泵。高壓泵低壓保護(hù)：進(jìn)水壓力低于低壓開(kāi)關(guān)設(shè)定值，發(fā)出水壓低信號(hào)并停止高壓泵及ro系統(tǒng)。高壓泵高壓保護(hù)：進(jìn)水壓力高于高壓開(kāi)關(guān)設(shè)定值，發(fā)出水壓高信號(hào)并停止高壓泵及ro系統(tǒng)。水泵故障報(bào)警：水泵熱繼電器動(dòng)作，發(fā)出故障信號(hào)，并停止故障泵2.1.3 手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能手動(dòng)操作方式主要用于應(yīng)急或檢修，以保證生產(chǎn)供水需求自動(dòng)操作方式：平時(shí)正常工作普遍采用的方式，其整個(gè)工作過(guò)程不需要人員干預(yù)，全自動(dòng)運(yùn)行。2.1.4 系統(tǒng)單元控制預(yù)處理單元石英砂過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器為全自動(dòng)操作運(yùn)行和反洗。ro單元ro系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行、沖洗、停機(jī)備用等過(guò)程均可由plc實(shí)現(xiàn)自動(dòng)

17、控制。同時(shí)，ro系統(tǒng)還設(shè)置一塊就地儀表盤(pán)和一塊就地操作盤(pán)，在就地盤(pán)上可讀出ro的有關(guān)工藝參數(shù)，以及能在就地操作盤(pán)上啟停ro進(jìn)水高壓泵及相關(guān)的自動(dòng)閥門(mén)。對(duì)ro系統(tǒng)的重要參數(shù)如電導(dǎo)率等均設(shè)有檢測(cè)儀表當(dāng)高壓泵管路前各進(jìn)水閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，進(jìn)水壓力達(dá)到要求后，可啟停高壓泵，檢測(cè)高壓泵沒(méi)有故障，同時(shí)打開(kāi)產(chǎn)水不合格排放閥，進(jìn)水壓力達(dá)到反滲透工作壓力，然后自動(dòng)調(diào)整濃水排放閥來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)水流量（調(diào)整后，以后基本不用調(diào)整），當(dāng)產(chǎn)水電導(dǎo)達(dá)到預(yù)定值時(shí)，關(guān)閉產(chǎn)水不合格排放閥。反滲透正常運(yùn)行過(guò)程保護(hù)說(shuō)明：檢測(cè)進(jìn)水壓力是否達(dá)到要求的設(shè)備為進(jìn)水低壓壓力開(kāi)關(guān)；為確保反滲透的正常運(yùn)行，考慮到運(yùn)行過(guò)程中以及高壓泵啟動(dòng)時(shí)，對(duì)管路會(huì)造成瞬時(shí)或

18、不間斷的壓力失常、損失等情況，會(huì)造成壓力開(kāi)關(guān)的誤動(dòng)作，從而造成系統(tǒng)報(bào)警、停止，故在檢測(cè)進(jìn)水壓力動(dòng)作時(shí)，考慮了一定的延時(shí)。檢測(cè)高壓泵是否故障的設(shè)備為高壓泵保護(hù)器。濃水管道設(shè)置高壓保護(hù)開(kāi)關(guān)，檢測(cè)到濃水側(cè)壓力過(guò)高時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警并打開(kāi)濃水排放電動(dòng)閥門(mén)，進(jìn)行瀉流。ro啟停保護(hù)在ro停止使用時(shí)，首先停止高壓泵，同時(shí)打開(kāi)濃水端排放閥和產(chǎn)水閥，預(yù)處理延遲運(yùn)行一段時(shí)間，用經(jīng)預(yù)處理的原水對(duì)ro膜組件自動(dòng)低壓沖洗5min，以避免濃水中的高濃度鹽類(lèi)在ro膜表面沉積結(jié)垢而影響膜的性能，然后自動(dòng)關(guān)閉濃水電動(dòng)閥，并停止沖洗。長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，在沖洗后應(yīng)注入保護(hù)液。 清洗系統(tǒng)由于清洗裝置是反滲透系統(tǒng)的維護(hù)設(shè)備，運(yùn)行時(shí)間和頻率比較低，

19、一般幾個(gè)月運(yùn)行一次，建議采用手動(dòng)控制方式進(jìn)行；清洗進(jìn)行時(shí)，首先確保清洗水箱有足夠的清洗液，并且清洗泵、及清洗過(guò)濾器進(jìn)出口各閥門(mén)都處于開(kāi)啟狀態(tài)，檢查清洗設(shè)備和反滲透裝置之間的管道連接，開(kāi)啟清洗水泵，清洗裝置進(jìn)入開(kāi)啟狀態(tài)。2.2 水處理系統(tǒng)工藝流程概述2.2.1 雙級(jí)ro系統(tǒng)原水到達(dá)原水電磁閥，電磁閥開(kāi)，原水流入原水箱內(nèi)。原水箱內(nèi)的水通過(guò)原水泵流經(jīng)兩個(gè)石英砂過(guò)濾器罐體，將水質(zhì)中泥沙過(guò)濾在其中。過(guò)濾后的水流入活性炭過(guò)濾器罐體，活性炭吸附微笑顆粒。預(yù)處理后的水通過(guò)預(yù)處理閥的開(kāi)啟流入到一級(jí)保安過(guò)濾器內(nèi)，將大于5um的顆粒過(guò)濾。一級(jí)保安過(guò)濾器過(guò)濾后的水經(jīng)過(guò)一級(jí)高壓泵的揚(yáng)程使其流入一級(jí)反滲透裝置，反滲透相當(dāng)

20、于半透膜，將濃度高的水排除。為了防止反滲透內(nèi)結(jié)垢，在預(yù)處理閥管道后插接阻垢劑加藥裝置的管道，阻垢劑通過(guò)計(jì)量泵與預(yù)處理后的水一同流入一級(jí)保安過(guò)濾器。一級(jí)反滲透后的水流入中間水箱內(nèi)，中間水箱內(nèi)水經(jīng)過(guò)中間水泵的揚(yáng)程到達(dá)二級(jí)保安過(guò)濾器。在中間水泵后插接ph調(diào)節(jié)裝置，ph劑通過(guò)計(jì)量泵與中間水一同流入二級(jí)保安過(guò)濾器。二級(jí)保安過(guò)濾器將大于3um的顆粒過(guò)濾。二級(jí)保安過(guò)濾器過(guò)濾后的水經(jīng)過(guò)二級(jí)高壓泵的揚(yáng)程使其流入二級(jí)反滲透裝置。二級(jí)保安過(guò)濾器處理后的水流入純水箱。純水箱內(nèi)的水經(jīng)過(guò)純水泵的揚(yáng)程使其經(jīng)過(guò)紫外燈殺菌到達(dá)用水點(diǎn)。2.2.2 清洗系統(tǒng) 當(dāng)雙級(jí)ro系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)行的情況下，反滲透裝置內(nèi)會(huì)由于細(xì)菌的滋生不緊影響

21、水質(zhì)還會(huì)縮短其使用壽命。那么就有必要在雙級(jí)ro系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)對(duì)其進(jìn)行清洗。經(jīng)過(guò)二級(jí)反滲透的水經(jīng)過(guò)手動(dòng)蝶閥的開(kāi)通使其流入清洗水箱內(nèi)。清洗水箱內(nèi)的水經(jīng)過(guò)清洗水泵的揚(yáng)程到達(dá)清洗過(guò)濾器。清洗過(guò)濾器將大于3um的顆粒過(guò)濾過(guò)后分支到達(dá)一級(jí)反滲透的進(jìn)水口和二級(jí)反滲透進(jìn)水口。將沖洗后的水排除，完成清洗過(guò)程。2.2.3 循環(huán)水系統(tǒng) 用水池內(nèi)的如果水體長(zhǎng)時(shí)間靜止，水表面塵埃會(huì)逐漸積累，同時(shí)水體內(nèi)細(xì)菌也會(huì)迅速滋生繁衍。那么就應(yīng)該考慮過(guò)濾表面的灰塵同時(shí)殺除水體內(nèi)細(xì)菌。用水池上部有一吸水池，將管道伸入吸水池中用于吸水，開(kāi)啟循環(huán)水泵使水進(jìn)入多介質(zhì)罐體。多介質(zhì)罐體內(nèi)填充不同顆粒大小的石英砂和活性炭。殺菌劑用計(jì)量泵與過(guò)濾后的

22、水重新流入用水池。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)后，多介質(zhì)罐體內(nèi)會(huì)積淀大量塵埃。為了方便除去罐體內(nèi)塵埃，停止循環(huán)水泵運(yùn)行，開(kāi)啟反洗水泵使水流入罐體，開(kāi)啟手動(dòng)排水蝶閥使水排除從而達(dá)到清洗罐體的目的。3 電氣系統(tǒng)原理圖3.1 電氣系統(tǒng)主回路原理圖3.1.1 雙級(jí)ro系統(tǒng)主回路原理圖 在雙級(jí)ro主回路中總負(fù)載約為34kw，選用100a總空開(kāi)作為整個(gè)系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)。在主電源c相與n相間加入電源指示燈用以起到提醒作用，確保人身安全。主回路各個(gè)泵的保護(hù)空開(kāi)都用gv2系列，gv2系列的優(yōu)點(diǎn)是可以增加一組常開(kāi)常閉點(diǎn)，方便控制回路的接線(xiàn)。gv2空開(kāi)在電路中作接通、分?jǐn)嗪统休d額定工作電流，并能在線(xiàn)路和電動(dòng)機(jī)發(fā)生過(guò)載、短路、欠壓的情

23、況下進(jìn)行可靠的保護(hù)。 各泵空開(kāi)連接交流接觸器，接觸器廣泛的用作電力的開(kāi)斷和控制電路。它利用主接點(diǎn)來(lái)開(kāi)閉電路，用輔助接點(diǎn)來(lái)執(zhí)行控制指令。主接點(diǎn)一般只有常開(kāi)和常閉接點(diǎn)。3.1.2 清洗系統(tǒng)主回路原理圖主電源的c相電連接6a1p空開(kāi)，經(jīng)過(guò)空開(kāi)的火線(xiàn)與零線(xiàn)接入plc模塊電源線(xiàn)和變壓器，作為兩者的電源。變壓器將220v電壓降到24v電壓，24v電壓用作控制回路電源。變壓器輸出電壓為24v+和24v。變壓器的主要作用是電壓變換，電壓升高或者降低。主要分類(lèi)為：生涯變壓器、降壓變壓器。為了在緊急情況下可以立即停止整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行，從主電源c相接入6a1p空開(kāi)連接急停按鈕，急停按鈕出來(lái)的火線(xiàn)與零線(xiàn)作為控制回路220

24、v電使用。3.1.2 循環(huán)水系統(tǒng)主回路原理圖10kw及以下的容量的三相異步電動(dòng)機(jī)，通常采用全壓?jiǎn)?dòng)，即啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接在額定電壓的交流電源上。但當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量超過(guò)10kw時(shí)，因啟動(dòng)電流較大，線(xiàn)路壓降大，負(fù)載端電壓降低，影響起動(dòng)電機(jī)附近電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。一般采用減壓起動(dòng)。所謂減壓起動(dòng)，是指起動(dòng)時(shí)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，待電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后再將電壓恢復(fù)到額定值，使之運(yùn)行在額定電壓下。減壓?jiǎn)?dòng)可以減少起動(dòng)電流，減小線(xiàn)路電壓降，也就減小了起動(dòng)時(shí)對(duì)線(xiàn)路的影響。在循環(huán)水系統(tǒng)中反洗泵22kw的功率如果直接起動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行。為了能起到保護(hù)的作用起動(dòng)時(shí)運(yùn)用星型三角型減壓起動(dòng)控制。起動(dòng)時(shí)

25、，定子繞組先接成星型，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升到接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，將定子繞組換接成三角形，電機(jī)便進(jìn)入全壓下的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2 電氣系統(tǒng)控制回路原理圖3.2.1 雙級(jí)ro系統(tǒng)控制回路原理圖 整個(gè)電氣控制系統(tǒng)利用三位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)的轉(zhuǎn)化。標(biāo)號(hào)100的線(xiàn)路經(jīng)過(guò)系統(tǒng)選擇選擇開(kāi)關(guān)標(biāo)號(hào)成200的線(xiàn)路，用于手動(dòng)操作的電源。24v+的線(xiàn)路經(jīng)過(guò)系統(tǒng)選擇開(kāi)關(guān)出來(lái)后的線(xiàn)路接到plc信號(hào)輸入端口。 當(dāng)滿(mǎn)足q0.0開(kāi)啟的條件后，原水進(jìn)水閥開(kāi)，同時(shí)也可手動(dòng)控制原水進(jìn)水閥的通斷。當(dāng)ka1繼電器通電，ka1常開(kāi)點(diǎn)閉合，原水進(jìn)水開(kāi)，原水進(jìn)水閥指示燈亮。當(dāng)ka2繼電器通電，ka2常開(kāi)點(diǎn)閉合，原水泵運(yùn)行。原水泵過(guò)載，空開(kāi)qf1斷開(kāi)，

26、qf1常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，原水泵停止運(yùn)行，原水泵過(guò)載指示燈亮。過(guò)載i1.4信號(hào)輸入到plc控制模塊。主回路中原水泵啟動(dòng)，接觸器km1通電，km1常開(kāi)點(diǎn)閉合，原水泵運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)繼電器ka3通電，ka3常開(kāi)點(diǎn)閉合，預(yù)處理閥開(kāi)，預(yù)處理指示燈亮。阻垢劑泵的三位開(kāi)關(guān)在手動(dòng)、自動(dòng)滿(mǎn)足條件的情況下，繼電器ka4通電，ka4常開(kāi)點(diǎn)閉合，阻垢劑泵運(yùn)行，阻垢劑泵運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)一級(jí)高壓泵運(yùn)行，接觸器km2通電，km2常開(kāi)點(diǎn)閉合，一級(jí)高壓泵運(yùn)行指示燈亮。一級(jí)高壓泵過(guò)載，空開(kāi)qf2斷開(kāi)，qf2常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，一級(jí)高壓泵停止運(yùn)行，一級(jí)高壓泵過(guò)載指示燈亮。過(guò)載i1.5信號(hào)輸入到plc控制模塊。繼電器ka6

27、通電，ka6常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，一級(jí)濃水電磁閥開(kāi)，一級(jí)濃水閥運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)中間水泵運(yùn)行，接觸器km4通電，km4常開(kāi)點(diǎn)閉合，中間水泵運(yùn)行指示燈亮。中間水泵過(guò)載，空開(kāi)qf4斷開(kāi)，qf4常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，中間水泵停止運(yùn)行，中間水泵過(guò)載指示燈亮。過(guò)載i2.1信號(hào)輸入到plc控制模塊。繼電器ka8通電，ka8常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，ph泵運(yùn)行，ph泵運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)二級(jí)高壓泵運(yùn)行，接觸器km3通電，km3常開(kāi)點(diǎn)閉合，二級(jí)高壓泵運(yùn)行指示燈亮。二級(jí)高壓泵過(guò)載，空開(kāi)qf3斷開(kāi)，qf3常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，二級(jí)高壓泵停止運(yùn)行，二級(jí)高壓泵過(guò)載指示燈亮。過(guò)載i2.0信號(hào)輸入到plc控制模塊。繼電器k

28、a10通電，ka10常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，二級(jí)濃水電磁閥開(kāi)，二級(jí)濃水閥運(yùn)行指示燈亮。當(dāng)純水運(yùn)行，接觸器km5通電，km5常開(kāi)點(diǎn)閉合，純水水泵運(yùn)行指示燈亮。純水過(guò)載，空開(kāi)qf5斷開(kāi)，qf5常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，純水泵停止運(yùn)行，純水泵過(guò)載指示燈亮。繼電器ka12通電，ka12常開(kāi)點(diǎn)閉合，紫外燈殺菌器開(kāi)。當(dāng)清洗水泵運(yùn)行，接觸器km6通電，km6常開(kāi)點(diǎn)閉合，清洗水泵運(yùn)行指示燈亮。清洗水泵過(guò)載，空開(kāi)qf6斷開(kāi)，qf6常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，清洗水泵停止運(yùn)行，清洗水泵過(guò)載指示燈亮。為了實(shí)時(shí)檢測(cè)各個(gè)水箱的液位，在每個(gè)水箱內(nèi)用液位浮球?qū)崟r(shí)檢測(cè)。置于液位低的浮球在水箱低位的情況下通，置于液位高的浮球在水箱高

29、液位的情況下通。通斷信號(hào)傳輸?shù)絧lc輸入端口，輸入信號(hào)與24v紅燈連接，當(dāng)水箱內(nèi)的水有低位或高位的情況，相應(yīng)的指示燈亮。為了保證高壓泵正常運(yùn)行，防止入水低壓，高壓水泵空轉(zhuǎn)影響高壓泵的使用。出水高壓對(duì)反滲透裝置沖擊損害，所以在高壓泵的進(jìn)水口和出水口設(shè)置壓力開(kāi)關(guān)。入水低壓、出水高壓信號(hào)傳送到plc信號(hào)輸入端口，當(dāng)遇到故障時(shí)指示燈亮，高壓泵停止運(yùn)行。為了檢測(cè)處理后的水是否得到所需要求，用電導(dǎo)率表、電阻率表的探頭伸入反滲透裝置的出水口，用以檢測(cè)水質(zhì)。3.2.2 循環(huán)水系統(tǒng)控制回路原理圖接觸器km1a通電，反洗水泵運(yùn)行指示燈亮。km1a常開(kāi)點(diǎn)閉合，反洗水泵星型起動(dòng)，時(shí)間繼電器kt1延時(shí)通電，kt1常開(kāi)點(diǎn)

30、閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，反洗水泵三角形起動(dòng)。km1b與km1c互鎖。反洗水泵過(guò)載，反洗水泵過(guò)載指示燈亮。當(dāng)循環(huán)水泵1運(yùn)行，接觸器km2通電，km2常開(kāi)點(diǎn)閉合，循環(huán)水泵1運(yùn)行指示燈亮。循環(huán)水泵1過(guò)載，熱繼fr2通電，fr2常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，循環(huán)水泵1停止運(yùn)行，循環(huán)水泵1過(guò)載指示燈亮。當(dāng)循環(huán)水泵2運(yùn)行，接觸器km3通電，km3常開(kāi)點(diǎn)閉合，循環(huán)水泵2運(yùn)行指示燈亮。循環(huán)水泵2過(guò)載，熱繼fr3通電，fr3常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，循環(huán)水泵2停止運(yùn)行，循環(huán)水泵2過(guò)載指示燈亮。接觸器km2，km3線(xiàn)圈通電，常開(kāi)點(diǎn)閉合，繼電器ka1通電，ka1常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，1#進(jìn)水閥開(kāi)。1#進(jìn)水閥指示燈亮。接觸器km

31、2，km3線(xiàn)圈通電，常開(kāi)點(diǎn)閉合，繼電器ka2通電，ka2常開(kāi)點(diǎn)閉合，常閉點(diǎn)斷開(kāi)，2#進(jìn)水閥開(kāi)。2#進(jìn)水閥指示燈亮。循環(huán)水箱液位低，液位浮球ls3通，繼電器ka3通電，循環(huán)水箱低位指示燈亮。ka1，ka2線(xiàn)圈通電，常開(kāi)點(diǎn)閉合，ka4通電，ka4常開(kāi)點(diǎn)閉合，加藥泵起動(dòng)。加藥泵運(yùn)行指示燈亮。潛污泵手動(dòng)操作起動(dòng)、停止。1#潛污泵手動(dòng)啟動(dòng)，接觸器km4通電，常開(kāi)點(diǎn)閉合，1#潛污泵運(yùn)行指示燈亮。1#潛污泵過(guò)載，熱繼fr4斷開(kāi)，fr4常閉點(diǎn)開(kāi)，1#潛污泵停止運(yùn)行，過(guò)載指示燈亮。2#潛污泵手動(dòng)啟動(dòng)，接觸器km5通電，常開(kāi)點(diǎn)閉合，2#潛污泵運(yùn)行指示燈亮。2#潛污泵過(guò)載，熱繼fr5斷開(kāi)，fr5常閉點(diǎn)開(kāi)，2#潛污泵

32、停止運(yùn)行，過(guò)載指示燈亮。3#潛污泵手動(dòng)啟動(dòng)，接觸器km6通電，常開(kāi)點(diǎn)閉合，3#潛污泵運(yùn)行指示燈亮。3#潛污泵過(guò)載，熱繼fr6斷開(kāi)，fr6常閉點(diǎn)開(kāi)，3#潛污泵停止運(yùn)行，過(guò)載指示燈亮。3.3 plc的i/o端口分配及外圍接線(xiàn)圖3.3.1 plc的i/o分配3.3.1 plc的外圍接線(xiàn)圖4 系統(tǒng)的plc程序設(shè)計(jì)4.1 plc編程軟件的選用plc控制程序采用siemens公司提供的v4.0 step 7 micro win sp6編程軟件開(kāi)發(fā)。該軟件的simatic指令集包含三種語(yǔ)言，即語(yǔ)句表(stl)語(yǔ)言、梯形圖(lad)語(yǔ)言、功能塊圖(fwd)語(yǔ)言。語(yǔ)句表(stl)語(yǔ)言類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，特別

33、適合于來(lái)自計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的工程人員，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶(hù)程序，屬于面向機(jī)器硬件的語(yǔ)言。梯形圖(lad)語(yǔ)言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語(yǔ)言，與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，梯形圖可以看作是plc的高級(jí)語(yǔ)言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受，是初學(xué)者理想的編程工具。功能塊圖(fwd)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式基本相同。plc控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過(guò)pc/ppi 電纜把程序下載到plc，控制任務(wù)的完成，是通過(guò)在run模式下主機(jī)循環(huán)并連續(xù)執(zhí)行用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)4.2 plc控制系統(tǒng)主回路設(shè)計(jì)為了方便了解水箱內(nèi)水的多少，分別在原水箱、中間水箱、純水箱，試驗(yàn)水池放入高、中、低浮球。當(dāng)液面到達(dá)指定位置時(shí)浮球閉合，將信號(hào)傳入控制模塊內(nèi)。 在原水箱水位不滿(mǎn)的情況下，原水電磁閥開(kāi)，原水流入原水箱。在原水箱水位不低，中間水箱不滿(mǎn)的情況下，原水泵開(kāi)，預(yù)處理閥開(kāi)，阻垢劑泵開(kāi)。預(yù)處理閥開(kāi)啟延時(shí)1s一級(jí)高壓泵開(kāi)，一級(jí)濃水電磁閥開(kāi)，。在一級(jí)高壓泵入水低壓、出水高壓的情況下一級(jí)高壓泵關(guān)閉。在中間水箱不