OMRON PLC在水處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

• 2018-09-08

本文以山東沾化煒燁電廠鍋爐補(bǔ)給水處理控制系統(tǒng)為例，論述了OMRON PLC在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。對系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行了說明，并且重點(diǎn)介紹了OMRON PLC的子程序調(diào)用結(jié)構(gòu)和對模擬量信號處理的軟件編程及在與人機(jī)界面通訊時的編程注意事項(xiàng)。運(yùn)用表明，該系統(tǒng)能夠滿足電廠鍋爐補(bǔ)給水處理的自動控制要求，并且具有先進(jìn)、可靠、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。

主控單元采用C200HE PLC是OMRON公司的中小型PLC產(chǎn)品，方便實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展性優(yōu)良的生產(chǎn)現(xiàn)場；它能進(jìn)一步增強(qiáng)PC的基本功能，可靠，方便的數(shù)據(jù)處理提高生產(chǎn)現(xiàn)場工作效率；CX-Programmer是OMRON開發(fā)的應(yīng)用于C200H PLC的編程軟件，運(yùn)行在Windows2000操作系統(tǒng)中，在自動化工程各方面具有友好的用戶功能。它致力生產(chǎn)現(xiàn)場情報化充實(shí)適應(yīng)Windows的軟件；它的單元品種齊全，對各種各樣的機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)最佳控制。

1 工藝簡介

本例根據(jù)原水水質(zhì)條件、鍋爐汽水系統(tǒng)對補(bǔ)給水的水質(zhì)要求，鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)流程為：原水→原水箱→原水泵→熱交換器→多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器→反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)→中間水箱→中間水泵→混和離子交換床→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房。另外包括過濾器反洗系統(tǒng)、混合離子交換床再生系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)等。

原水箱用于貯存進(jìn)入本系統(tǒng)的原水，其目的是為了調(diào)節(jié)進(jìn)水流量的變化，防止進(jìn)水波動影響到系統(tǒng)運(yùn)行，保證系統(tǒng)的進(jìn)水量及進(jìn)水水質(zhì)的穩(wěn)定。

原水泵是為預(yù)處理系統(tǒng)提供充足的原水流量和壓力。

熱交換器的作用是使進(jìn)水維持在一定的溫度范圍之內(nèi)，以利于保證反滲透系統(tǒng)出力的穩(wěn)定。

多介質(zhì)過濾器的作用是濾除原水帶來的細(xì)小顆粒、懸浮物、膠體，有機(jī)物等雜質(zhì)，以及經(jīng)加藥后形成的礬花，從而保證其出水SDI（污染指數(shù)）≤4。

活性炭過濾器的作用是去除水中低分子有機(jī)物，游離氯，也能較少水中異味，色度和嗅味。

反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)利用反滲透膜的特性來除去水中絕大部分可溶性鹽分，膠體，有機(jī)物及微生物。

中間水箱使反滲透產(chǎn)水側(cè)承受較低的壓力，避免反滲透膜受到背壓而導(dǎo)致不可恢復(fù)的損壞，同時緩沖由于后級離子交換系統(tǒng)閥門切換時造成的壓力波動，并可通過中間水箱的液位控制反滲透的啟、停運(yùn)行。

中間水泵的作用是為后續(xù)水處理系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力和水量。

混和離子交換床的作用是將反滲透產(chǎn)水中留存的離子進(jìn)一步去除。

除鹽水箱用于貯存本系統(tǒng)的產(chǎn)水，其目的是為了保證鍋爐供水水量的穩(wěn)定。

除鹽水泵的作用是為鍋爐系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力和水量。

圖1鍋爐補(bǔ)給水處理流程

2 控制系統(tǒng)配置及說明

2.1 總體控制要求及功能

電廠鍋爐補(bǔ)給水處理自控系統(tǒng)的要求是對水處理過程進(jìn)行自動控制和自動調(diào)節(jié)，使處理后的水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到要求的范圍。在公司水處理控制室上位機(jī)發(fā)出指令時，將當(dāng)前時刻運(yùn)行過程中的主要工作參數(shù)（水質(zhì)參數(shù)、流量、液位等）、運(yùn)行狀態(tài)及一定時間段內(nèi)的主要工藝過程曲線等信息由現(xiàn)場上傳到水處理控制室上位機(jī)。

功能如下：

• 控制操作：在水處理控制室能對被控設(shè)備進(jìn)行在線實(shí)時控制。
• 顯示功能：用圖形實(shí)時地顯示各現(xiàn)場被控設(shè)備的運(yùn)行工況，以及現(xiàn)場的狀態(tài)參數(shù)。
• 數(shù)據(jù)管理：依據(jù)不同運(yùn)行參數(shù)的變化快慢和重要程度，建立生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)庫，存儲生產(chǎn)原始數(shù)據(jù)，供統(tǒng)計(jì)分析使用。利用實(shí)時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，得出一些有用的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，有利于優(yōu)化控制，并把一些必要的參數(shù)和結(jié)果顯示到實(shí)時畫面和報表中去。
• 報警功能：當(dāng)某一模擬量（如流量、電導(dǎo)、水位等）測量值超過給定范圍或某一開關(guān)量（如電機(jī)啟停、閥門開關(guān)）發(fā)生變位時，可根據(jù)不同的需要發(fā)出不同等級的報警。另外還可對PLC進(jìn)行診斷報警。
• 打印功能：可以實(shí)現(xiàn)報表和趨勢打印以及各種事件和報警實(shí)時打印。

圖2 鍋爐補(bǔ)給水處理控制系統(tǒng)配置

2.2 PLC程序結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)

2.2.1 本工程根據(jù)工藝特點(diǎn)，在PLC編程中采用子程序調(diào)用的形式，這樣不僅程序可讀性強(qiáng)，而且縮短PLC程序掃描周期。以反滲透除鹽系統(tǒng)控制程序?yàn)槔鶕?jù)工藝要求反滲透除鹽系統(tǒng)控制程序包括反滲透裝置閥門上位機(jī)軟手操控制（ROSoftoperation），反滲透除鹽系統(tǒng)備用控制（ROStandby），反滲透除鹽系統(tǒng)運(yùn)行控制（RORunning）和反滲透除鹽系統(tǒng)沖洗控制（RORinse）。這四種工作狀態(tài)在同一時刻是唯一的，我們可將其做成子程序的方式，被反滲透程序（RO）調(diào)用。反滲透程序（RO）又和報警程序（Alarm）、泵控制程序（PumpControl）、模擬量處理程序（AD003Setting）、地址轉(zhuǎn)換程序（IOConvert）、液位聯(lián)鎖程序（LevelInterlock）等作為子程序被控制主程序（MainProgram）調(diào)用，這樣做大大縮短了PLC的掃描時間，而且控制思路清晰，程序可讀性強(qiáng)。操作人員只需在上位機(jī)上發(fā)出簡單的指令如，軟手操請求、運(yùn)行請求、沖洗請求等，控制程序即可按照工藝要求步驟對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行控制。

圖3 控制系統(tǒng)部分人機(jī)界面

圖4 PLC程序結(jié)構(gòu)圖

對于OMRON PLC C200HE控制器的編程軟件CX-Programmer來說，通過簡單的指令既可以實(shí)現(xiàn)子程序調(diào)用。例如：

• 在控制主程序中寫入下面的指令，用來調(diào)用“0”號子程序：

• 在“0”號子程序中的首端寫入下面的指令：

• 在“0”號子程序中的末端寫入下面的指令：

這樣就完成了主程序?qū)ψ映绦虻恼{(diào)用和子程序的返回。

本工程使用的模擬量輸入模塊是OMRON 的AD003，該模塊的實(shí)際使用通道數(shù)和模擬量電信號類型可以通過PLC指令靈活配置。本例中每個模擬量輸入模塊所包含的8個通道均配置成使用狀態(tài)，模擬量電信號類型配置成4~20mA。在模擬量處理程序（AD003Setting）中寫入的指令如下：

對于OMRON C200HE PLC的模擬量輸入模塊AD003來說，當(dāng)來自儀表的4~20mA信號不在4~20mA范圍內(nèi)（低于零點(diǎn)或超出量程）時，AD003模塊會將現(xiàn)場模擬量值轉(zhuǎn)換成大于1000（16位的二進(jìn)制數(shù)）的數(shù)值，相應(yīng)在上位機(jī)上會顯示該模擬量的滿量程值。造成顯示錯誤，引起操作人員誤解。為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生，我們需要在程序中去除超出范圍（小于0000(4mA)和大于1000(20mA)）的干擾信號。具體指令如下：

對于OMRON PLC與上位機(jī)交換的地址，建議將其放在控制主程序中，轉(zhuǎn)成HR保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)格式。

3 結(jié)語

此控制系統(tǒng)運(yùn)行系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠。極大地提高了勞動生產(chǎn)率，該系統(tǒng)有效地解決了生產(chǎn)中的很多問題，如減少了生產(chǎn)過程中的突發(fā)故障，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和搶修時間，減少了工人的勞動強(qiáng)度，為電廠鍋爐補(bǔ)給水處理創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，達(dá)到了節(jié)能、降耗的目的。