PLC在化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用（1） 前 言 電廠化學(xué)水處理包括鍋爐補(bǔ)給水處理、凝結(jié)水處理和廢水處理，其目的在于預(yù)防熱力設(shè)備結(jié)垢、腐蝕和結(jié)鹽，確保可靠生產(chǎn)，并盡量做到節(jié)水和控制環(huán)境污染?；瘜W(xué)水處理的工藝流程十分復(fù)雜，以往都采用繼電器進(jìn)行程序控制，因安裝接線復(fù)雜，程序修改困難，維護(hù)量大，以及設(shè)備老化等原因，使得其可靠性差，投運(yùn)率較低。 為了改善上述利用繼電器控制存在的缺陷，應(yīng)用PLC進(jìn)行程序控制，可以有效地解決上述存在的問題。 PLC具有高可靠性，編程方便，易于使用，環(huán)境要求低，與其他裝置的配置連接方便，鑒于PLC有上述優(yōu)點(diǎn)，所以PLC用于化學(xué)水處理系統(tǒng)中，可以很好的解決繼電器控制存在的問題。 化學(xué)水處理的方法主要是離子交換法，即利用離子交換樹脂將水中溶鹽的離子吸收。經(jīng)過一定時(shí)間的運(yùn)行之后，離子交換樹脂會(huì)失效，這就需要停止運(yùn)行以對(duì)樹脂進(jìn)行再生還原以便使樹脂可以重新使用。為此，就需要兩套設(shè)備輪流運(yùn)行、切換。應(yīng)用PLC裝置再輔以一些外部設(shè)備，可以很方便的控制兩套設(shè)備的運(yùn)行和切換。兩個(gè)系列的陽床、陰床、混床的投運(yùn)、停運(yùn)和再生，其運(yùn)行方式為#1系列運(yùn)行，2#系列再生和2#系列運(yùn)行、1#系列再生。兩個(gè)系列的運(yùn)行和再生可通過選擇鍵點(diǎn)動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行。點(diǎn)動(dòng)時(shí)按編制的程序進(jìn)行操作，用點(diǎn)動(dòng)按鈕進(jìn)行轉(zhuǎn)步；自動(dòng)時(shí)，按操作人員發(fā)出的啟動(dòng)指令由事先設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)轉(zhuǎn)步，全部程序執(zhí)行完畢后，裝置自動(dòng)復(fù)零。 1、PLC簡介 可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用一類可編程的存貯器，用于其內(nèi)部存貯程序、執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式輸入輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。它有如下特點(diǎn)： （1）高可靠性 可以說，到目前為止沒有任何一種工業(yè)控制設(shè)備可以達(dá)到可編程控制器的可靠性，隨著器件水平的提高，可編程控制器可靠性還在繼續(xù)提高。例如三菱F1，F(xiàn)2系列平均無故障時(shí)間可達(dá)30萬小時(shí)，而A系列的可靠性又比之高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，尤其是近來開發(fā)出的多機(jī)冗余系統(tǒng)和表決系統(tǒng)則更進(jìn)一步增加了可靠性，事實(shí)上，如果某種控制裝置可以連續(xù)運(yùn)行20年以上不出問題，在當(dāng)前技術(shù)更新瞬息萬變的世界上，則可認(rèn)為是永遠(yuǎn)不會(huì)壞的裝置了。三菱公司已宣布，在今后它生產(chǎn)的可編程控制器不再標(biāo)可靠性這一指標(biāo)了，因?yàn)閷?duì)于可編程控制器，這一指標(biāo)已經(jīng)無意義了，可以說在可編程控制器使用中發(fā)生的故障，大部分是由可編程控制器外部的開關(guān)、傳感器、執(zhí)行器引起的，而不是可編程控制器本身發(fā)生的。 可編程控制器是如何做到如此高可靠性的呢？可以先看看產(chǎn)生故障的原因及解決這些問題的方法。 任何電子設(shè)備產(chǎn)生故障的原因分為外部和內(nèi)部兩類，外部起因主要由于電磁干擾、輻射干擾以及由輸入輸出線、電源線等引入的干擾；環(huán)境溫度、粉塵、有害氣體的影響；振動(dòng)、沖擊引起的器件損壞、斷聯(lián)等，內(nèi)部的原因主要是器件的失效、老化，存貯信息的丟失、錯(cuò)誤，程序分支的錯(cuò)誤，條件判別的錯(cuò)誤，及運(yùn)行進(jìn)入死循環(huán)等。 針對(duì)以上故障原因，可以從軟件及硬件兩方面來解決可靠性問題。 在硬件方面，首先是選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、加固、簡化安裝，使其易于抗沖擊，對(duì)印制電路板的設(shè)計(jì)加工及焊接工藝都做到嚴(yán)格要求。在此基礎(chǔ)上，可編程器還采用如下獨(dú)特的方式： 所有輸入輸出電路都采用光電隔離，做到電浮空，無論對(duì)于抗電干擾還是對(duì)于方便接地都大有好處。 PLC在化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用（2） ①I/O端子除了采用常規(guī)模擬量濾波以外，還加上數(shù)字濾波。 ②內(nèi)部采用電磁屏蔽，防止輻射干擾。 ③采用較先進(jìn)的電源電路，以防止由電源回路串入的干擾，有人做過實(shí)驗(yàn)，在三菱F1系列可編程控制器上從電源回路接入峰-峰為4000V的脈沖群干擾或電源瞬停30ms，對(duì)可編程控制器不會(huì)產(chǎn)生任何影響。 ④采用合理的電路程序，一旦某模塊有故障，在線插拔、調(diào)試時(shí)不會(huì)影響整機(jī)的正常運(yùn)行。 在軟件方面采取了如下措施： ①設(shè)置了警戒時(shí)鐘WDT，可編程控制器運(yùn)行時(shí)對(duì)WDT定時(shí)刷新，如果程序出現(xiàn)了死循環(huán)，就能立即跳出重新啟動(dòng)，并報(bào)警。 ②為避免由于程序出錯(cuò)而錯(cuò)誤運(yùn)行，每次掃描都對(duì)程序進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，一旦程序出錯(cuò)立即報(bào)警并停止運(yùn)行。 ③對(duì)程序及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行電池后備，停電后，運(yùn)行停止，但有關(guān)狀態(tài)及信息不會(huì)因此而丟失。 ④ 隨時(shí)對(duì)CPU等內(nèi)部電路進(jìn)行檢測(cè)，一旦出錯(cuò)，立即報(bào)警，程序中還設(shè)置了對(duì)用戶程序電路查錯(cuò)報(bào)錯(cuò)的程序，錯(cuò)誤的程序或參數(shù)是不能運(yùn)行的。 采用以上措施后，可編程控制器的可靠性大為加強(qiáng)，事實(shí)上從用戶角度來看，選用可編程控制器的首要根據(jù)便是可靠性。以下是美國1982年對(duì)可編程控制器用戶調(diào)查的結(jié)果。 （2）編程方便，易于使用 可編程控制器采用與實(shí)際電路接線圖非常接近的梯形圖，這種圖形編程方式易懂易編，就是普通的工人，也能在很短的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)使用，有人曾說過，將來自動(dòng)化工廠的電氣工人將在左腿上別著螺絲刀，右腰上別著編程器。 為了進(jìn)一步簡化編程，編程工作集中到了設(shè)計(jì)思想的本身而不是如何實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)思想。當(dāng)今的可編程控制器還針對(duì)具體問題設(shè)計(jì)了諸如進(jìn)順控指令，流程圖指令等指令系統(tǒng)，這點(diǎn)對(duì)于加快系統(tǒng)開發(fā)速度非常重要。 從硬件方面來說，使用可編程控制器，無論是接線、配置都極其方便，只用螺絲刀即可進(jìn)行全部接線工作，而不是自制很多接口電路，通常經(jīng)實(shí)驗(yàn)室編程，模擬調(diào)試后，在現(xiàn)場(chǎng)很快就能安裝調(diào)試成功。 （3）環(huán)境要求低 可編程控制器適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。 （4）與其它裝置配置聯(lián)接方便。 可編程控制器的接口原則是使外部接線、電平轉(zhuǎn)換盡量少。 對(duì)于開關(guān)量，輸入可以是無源觸電開關(guān)或集電極開路晶體管輸出；輸出有繼電器、可控硅、晶體管等各種不同的形式，可直接接各種不同類型的接觸器、電磁閥等。 對(duì)于模擬量，只要模擬信號(hào)電平在一定的范圍內(nèi)（通常為+-10V或+-20mA），就可以按要求自由設(shè)置轉(zhuǎn)換特性，而不需要另加電平轉(zhuǎn)換，另外還有運(yùn)用熱電偶直接輸入的A/D轉(zhuǎn)換器等，此時(shí)就連放大器、冷端補(bǔ)償也是多余的。 對(duì)于各種顯示，音響輸出更是以最方便的形式提供借口，大量的問題都在可編程控制器內(nèi)部解決了。 對(duì)于數(shù)據(jù)通訊，只須同軸電纜和普通RS232和TS422接口即可，不必由用戶來考慮波特率及通訊規(guī)程等具體的設(shè)置問題。 2、工藝流程 化學(xué)水處理的方法主要是離子交換法，即利用離子交換樹脂將水中溶鹽的離子吸收。經(jīng)過一定的運(yùn)行以后，離子交換樹脂會(huì)失效，這時(shí)就需要停止運(yùn)行以對(duì)離子交換樹脂進(jìn)行再生（還原），以便使樹脂可以重新使用（陽離子交換樹脂實(shí)效時(shí)，使用酸進(jìn)行再生，陰離子交換樹脂失效時(shí)，使用堿進(jìn)行再生）。為了保證不間斷地供水，電廠的化學(xué)水處理車間設(shè)有多組離子交換器，輪流進(jìn)行再生。 鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)的示意圖如圖2.1所示。該系統(tǒng)由兩個(gè)系列的陽床（陽離子交換器）、除碳器、中間水箱、陰床（陰離子交換器）、混床（混合離子交換器）、除鹽水箱等大小20多臺(tái)設(shè)備組成，程控系統(tǒng)控制工藝流程中的各個(gè)閥門、水泵和風(fēng)機(jī)，根據(jù)運(yùn)行時(shí)間選擇#1系列或#2系列運(yùn)行，在工藝模擬圖板上顯示出工藝流程的實(shí)際流向，并反映閥門、水泵和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 3、程控裝置的控制范圍和運(yùn)行方式 根據(jù)運(yùn)行要求，程控裝置需控制兩個(gè)系列的陽床、陰床、混床的投運(yùn)、停運(yùn)和再生，其運(yùn)行方式分為1#系列運(yùn)行、2#系列再生和2#系列運(yùn)行、1#系列再生。兩個(gè)系列的運(yùn)行和再生可通過選擇鍵點(diǎn)動(dòng)或自動(dòng)運(yùn)行。點(diǎn)動(dòng)時(shí)按編制的程序進(jìn)行操作，用點(diǎn)動(dòng)按鈕進(jìn)行轉(zhuǎn)步；自動(dòng)時(shí)，按操作人員發(fā)出的啟動(dòng)指令，由事先設(shè)定的時(shí)間自動(dòng)轉(zhuǎn)步，全部程序執(zhí)行完畢后，裝置自動(dòng)復(fù)零。 4、程序設(shè)計(jì) 鍋爐補(bǔ)給水程控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，可將常規(guī)的繼電器系統(tǒng)按照FX—2PLC的編程指令要求，轉(zhuǎn)化成PLC的梯形圖程序。該控制系統(tǒng)中包括#1系列陽床、陰床投運(yùn)、停運(yùn)程控，#2系列陽床、陰床投運(yùn)、停運(yùn)程控，#1系列陽床、陰床再生程控，#2系列陽床、陰床再生程控，以及混床投運(yùn)、停運(yùn)程控和混床再生程控。本文以#1系列陽床投運(yùn)程控為例來說明其程序設(shè)計(jì)。#1系列陽床投運(yùn)程序流程圖如圖4.1所示，其相應(yīng)的梯形圖程序如圖4.2所示。 梯形圖說明： M105：#1系列投運(yùn)標(biāo)志 Y1：開#1陽床進(jìn)水門 M8100—M8103：移位寄存器的步 Y2：開#1陽床頂部排氣門 Y3：啟動(dòng)#1清水泵 Y4：啟動(dòng)#2清水泵 Y5：開#1陽床正排門 Y6：開#1陽床出水門 Y7：投#1CO2風(fēng)機(jī) Y10：移位寄存器輸入端 Y11：時(shí)鐘控制端 X10：復(fù)位端 X11：投運(yùn)按鈕 X12：#1清水泵投運(yùn)按鈕 X13：#2清水泵投運(yùn)按鈕 M101：#1清水泵投運(yùn)標(biāo)志 M102：#2清水泵投運(yùn)標(biāo)志 #1系列陽床投運(yùn)步序控制由移位寄存器SFTR控制。移位寄存器的計(jì)數(shù)輸入端為Y10，時(shí)鐘控制端為Y11，復(fù)位端為X10。#1系列陽床投運(yùn)有三步，分別由移位寄存器的第一步、第二步、第三步控制，每步的時(shí)間則由時(shí)鐘控制端控制，由#1系列定時(shí)電路產(chǎn)生定時(shí)脈沖（當(dāng)M8100接通時(shí)，計(jì)時(shí)器T3產(chǎn)生每隔1min的時(shí)鐘脈沖；當(dāng)M8101接通時(shí)，計(jì)時(shí)器T4產(chǎn)生每隔3min的時(shí)鐘脈沖）。該移位寄存器的其余步用作#1系列陰床投運(yùn)步序控制。 當(dāng)#1系列投運(yùn)，#1系列運(yùn)行標(biāo)志M100=1時(shí)，同時(shí)開啟#1陽床進(jìn)水門、頂部排氣門及運(yùn)行1臺(tái)清水泵，1 min后，M8100=0，M8101=1，開#1陽床正排門，關(guān)頂部排氣門，再過3min后，M8101=0，M8102=1，則關(guān)#1陽床出水門，并投運(yùn)#1CO2風(fēng)機(jī)，這就是#1系列陽床投運(yùn)程控過程。 5、梯形圖的程序指令 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