软化水站PLC控制系统设计

[摘 要]通常把钙、镁离子含量高的水称为硬水。硬水对工业设备危害极大。降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。本文对本钢供水厂软化水站的软化水PLC控制系统的应用进行介绍，分析了控制难点、解决方案及系统工艺特点。该系统自投入运行以来，取得了良好的控制效果。

[关键词]硬水；锰砂过滤器；多介质过滤器；钠床

中图分类号：TG54 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）47-0046-01

一、引言

通常把钙、镁离子含量高的水称为硬水。硬水对工业设备危害极大。降低水中钙、镁离子的含量，就叫做硬水的软化。本钢供水厂软化水站即是为降低工业用水的硬度而建，其自动化控制系统采用西门子S7-400H系列PLC设计，总体设计方案采用工业以太网和现场总线相结合，连接多个从站。

二、系统工艺

未经过软化处理的硬水称为原水。工业原水先由管道经电动控制阀门送至（进入前加入水处理药剂）一体化净水器，再经锰砂过滤器除铁后进入多介质过滤器进一步净化，去除大部分的Fe2+、Mn2+离子及悬浮物，使水质达到钠离子交换器的进水要求。在钠离子交换器内，Ca2+、Mg2+与Na+进行交换，去除水中硬度Ca2+、Mg2+，从而使水得到软化。软化的水用外输泵送至用户。钠离子交换器内失效的的树脂用食盐再生恢复交换功能，继续使用。

三、系统配置

软化水控制系统包括预处理子系统、过滤子系统、离子交换子系统、外输水子系统、辅助再生子系统和辅助反洗子系统。

整个网络采用工业以太网和Profibus-DP现场总线相结合的方式进行配置，通过以太网将S7-400H与S7-300连在同一网络中。PLC之间通过工业以太网实现相互间通讯以及和上位机之间的通讯。S7-400H主站通过Profibus-DP现场总线与ET200M从站及经过Y-LINK链路模块与变频器通讯，进行数据采集及控制。工业以太网作为高速现场总线框架，使现场总线与计算机技术很好地结合起来。Profibus-DP现场总线使PLC控制系统与现场设备结合成一个整体，使系统的稳定性和可靠性得到了很大提高，为安全生产带来了有力的保障。

S7-400H主站的硬件配置如下：（见图1）

中心控制室内配置2台操作员站及1台工程师站，实现对现场设备的监控。

四、系统功能（见图2）

1、预处理子系统

从三水源和五水源来的工业原水经过添加石灰乳、PAC加药、PAM加药和添加杀菌剂流程后进入一体化进水器，去除大部分的悬浮物，再经过加酸流程进入原水池。原水池内的原水经过原水泵组被送到锰砂过滤器内。由于锰砂过滤器过滤速度有限，原水泵组出口流量被限制在360-400m3/h。控制系统通过变频泵采用PID闭环控制进行整定，使出口流量稳定在固定范围内，保证生产的正常运行。

2、过滤子系统

由原水泵组泵来的原水进入锰砂过滤器，锰砂过滤器的作用是去除原水中的Fe2+、Mn2+，多介质过滤器的作用是去除水中大部分的悬浮物。锰砂过滤器在远程自动控制时，自控程序根据操作员设定的时间自动运行。本系统共计有8台过滤器，其中6台运行，2台备用。当系统中某台过滤器运行周期到时，备用过滤器先投入运行，然后再将需要反洗的过滤器退出运行，任何时候只允许一台处于反洗状态。多介质过滤器的控制与锰砂过滤器相同。经过两次过滤后的水进入中间水池，由中间水泵泵往钠离子交换器。

3、离子交换子系统

由中间水泵泵来的水进入钠离子交换器，钠离子交换器的作用是将Ca2+、Mg2+与Na+进行交换，去除水中硬度Ca2+、Mg2+，从而使水得到软化。经过软化的水进入外输水池，由外输水泵泵往用水厂。

4、外输水子系统

外输水池内的软化水经过外输水泵组被送到用水厂。由于送水管道长，外输泵组出口压力需保持稳定。控制系统通过变频泵采用PID闭环控制进行整定，使出口压力稳定在固定范围内，保证用水厂的正常用水。

5、辅助再生子系统

该子系统是使钠离子交换器内失效的的树脂用食盐再生恢复交换功能，继续使用。（见图3）

6、辅助反洗子系统

锰砂过滤器、多介质过滤器和钠离子交换器运行一段时间后都需要进行反洗。反洗时锰砂和多介质共16台过滤器只能有1台进行反洗，其他如有需进行反洗的过滤器需要等待前面的过滤器反洗完毕后才能进行反洗。钠离子过滤器同理。

五、结论

本钢供水厂软化水站于2014年3月正式投产，该系统自动化程度高，运行稳定可靠，具有开放性、互连性和互操作性，实现了所有工艺设备的远程集中监控，满足了稳定生产的要求，提高了企业的经济效益。

参考文献

[1] 廖常初，2005年1月，第47页，机械工业出版社

作者简介

尹成宇，男，工程师，2004年毕业于吉林大学，计算机科学与技术专业，工学学士。