基于PLC的超纯水处理集成系统

摘要：

本文主要叙述了超纯水处理系统中PLC以及中低压系统的方案设计、系统组成、参数设置等内容。该系统的采用提高水处理系统的可靠性，优化了低压系统，丰富了与其他系统的接口，实现了中低压系统的智能化、节能以及易操作性！

关键词：智能控制系统；PLC；仪器仪表；触摸屏；记录仪；恒温控制

中图分类号： P335 文献标识码： A

前言

在工业自动化控制飞速发展的工业时代，相对传统的低压继电器控制系统（通过中间继电器），智能PLC已经飞速发展起来，随着低压元器件以及各类仪器仪表的日趋丰富和成熟，智能PLC控制系统已广泛应用到各行各业中，超纯水在电子、医药行业中起到了举足轻重的作用，所以智能PLC系统在此系统中的稳定运行起到了关键作用，

本系统中成功引入基于PLC的智能控制系统，广泛采用变频器启动、比例调节阀，智能仪表、人机界面、记录仪等智能元器件，解决了传统低压电气控制系统中一些难以解决的问题，并增加了系统的稳定性，更趋智能化

一、方案设计

1、系统采用TN-S系统供电方式，三级负荷总开关，馈出至控制系统开关的测量、控制、监视等功能；实现对各馈出回路运行状态的监视功能

2、系统采用多点接口（MPI）方式实现各级之间的通讯，主要对系统运行中各个设备进行操作，参数设定，运行数据监控，各级报警，以及历史数据的存储以及查询

3、控制系统由智能元器件、通讯管理、人机界面组成，并与上位机连接。智能元器件主要包括变频器、软启动器、电机保护器、PLC。通信管理器可以采用上位机或PLC，基于系统稳定性、安全性、以及易操作性的考虑，所以选用PLC，主要由电源模块、CPU模块、通讯模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块组成。人机界面采用可编程序终端，即工业级电脑。现场采用多点接口（MPI）以及以太网通讯方式

4、所有现场设备的工作状态、工作参数、故障信息等均通过设备网传送至位于PLC系统中，通讯PLC管理系统发送的控制指令，对现场设备实施的各种控制及改变控制参数也是通过设备网络进行的。系统中连接到控制网上的人机界面计算机采用工业级组态软件，以丰富的文字、形象的图形显示各个现场设备的运行状态、运行参数、自动弹出故障报警画面、记录故障点、调出相关的控制程序及电控图纸、也可进行运行信息的自动记录、统计管理等，并可将报警信息（故障点、故障原因、故障时间等）馈至系统，系统具有完善的PLC故障自动诊断程序和HMI报警系统，使设备故障的查询极其快速、方便、准确，能大大节省了系统的设备单体调试时间及联机调试时间，并为以后的运营提供了维修查询的方便。

5、

二、系统组成

1、西门子S-300系列PLC

SIMATIC S7-300具有多种不同的通讯接口：

多种通讯处理器用来连接AS-i接口、PROFIBUS 和工业以太网总线系统。

通讯处理器用来连接点到点的通讯系统。

多点接口（MPI） 集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。

---- 用户可以方便的使用Step7软件进行通讯组态。

---- CPU 支持下列通讯类型：

过程通讯

通过总线（AS-i或PROFIBUS）对I/O模块周期寻址（过程映象交换） 。

数据通讯

在自动控制系统之间或人机界面（HMI）和几个自动控制系统之间，数据通讯会周期地进行或被用户程序或功能块调用。

通过PROFIBUS的过程通讯

-- -- S7-300通过通讯处理器，或通过集成在CPU上的 PROFIBUS-DP接口连接到PROFIBUS-DP网络上。

---- 带有PROFIBUS-DP主站/从站接口的CPU可以使用户能够方便高效地进行组态。

2、变频器

系统中采用西门子水泵类变频器，用于控制和调节三相交流异步电机的速度。具有过载能力为150%额定负载电流，持续时间60秒；过电压、欠电压保护；变频器过温保护；接地故障保护，短路保护；I2t电动机过热保护；采用PTC通过数字端接入的电机过热保护；采用PIN编号实现参数连锁；闭锁电机保护，防止失速保护，并以其稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的BiCo（内部功能互联）功能以及无可比拟的灵活性使系统趋于完善

3、人机界面

系统中采用西门子触摸屏，西门子人机界面触摸屏使用简易、方便，同时，触摸屏面板具有提高生产率，最小化工程费用，减少生存周期成本的优势，适用于用于小型机器与设备的操作控制与监控。不管是加工自动化，还是过程自动化或楼宇自动化，它们在各个部门中有着广泛的应用。触摸屏面板可以通过免维护设计（不包括电池），使背光显示屏使用寿命长，图片库带有现成的图形对象等方式降低维修和调试成本。

4、记录仪

为方便记录实时以及历史数据，引入记录仪，记录仪是以先进的CPU为核心，并辅以大规模集成电路、大容量FLASH存储、信号智能调理，支持4/8/16通道模拟量通用输入或2/4/8通道模拟输出与12通道报警输出，设定数据与记录数据具掉电保护功能，具有体积小、通道数多、功耗低、精度高、通用性强、运行稳定、可靠性高等特点。

5、信号隔离器

对传感器、仪器仪表正常工作危害最严重的是电网尖峰脉冲干扰。产生尖峰干扰的用电设备有：电焊机、大电机、可控机、继电接触器、带镇流器的充气照明灯等等。尖峰干扰可用硬件、软件或者硬件软件结合的办法来抑制。

信号隔离器采用了先进的数字化技术，在对高、低频干扰信号的抑制方面均有着优异表现，即使在大功率变频控制系统中依然能够可靠应用，内部采用数字化调校、无零点及满度电位器、自动动态校准零点、温度漂移自动补偿等诸多先进技术，这一系列技术的应用使产品的稳定性及可靠性得到科学的保证。

6、比例调节阀

系统中，由于对温度的控制很严格通过比例调节阀来控制出水的温度，从而实现恒温的目的。

比例调节阀由电动执行机构和阀体共同构成一个总成执行单元。控制信号最常用的就是4～20mA，同时也有0-10V等弱点信号制式。电动执行机构内置伺服控制器，控制器将电流信号（或是电压信号）转换为电机的角行程信号后，由电机驱动齿轮和蜗杆带动蜗轮减速输出，来驱动阀杆做0-90°部分回转运动，实现角行程控制调节功能。

比例调节阀适用于各种工业自动化过程控制计算机控制系统与系统和测量仪表共同构成流量，温度，压力等工艺参数的调节自控设备。主要应用于：工业自动化生产过程控制领域。例如：石油化工炼油，管道原油输送；发电厂汽轮机组冷却，油供给，燃烧风量调节；环保污水处理中的液体输送切断，开关，流量调节等各种工业自控过程控制