OMRON PLC在水处理控制系统中的应用

OMRON PLC在水处理控制系统中的应用

本文以山东沾化炜烨电厂锅炉补给水处理控制系统为例，论述了OMRON PLC在水处理领域的应用。对系统的硬件、软件结构及工作原理进行了说明，并且重点介绍了OMRON PLC的子程序调用结构和对模拟量信号处理的软件编程及在与人机界面通讯时的编程注意事项。运用表明，该系统能够满足电厂锅炉补给水处理的自动控制要求，并且具有先进、可靠、控制性能好等优点。

主控单元采用C200HE PLC是OMRON公司的中小型PLC产品，方便实现扩展性优良的生产现场；它能进一步增强PC的基本功能，可靠，方便的数据处理提高生产现场工作效率；CX-Programmer是OMRON开发的应用于C200H PLC的编程软件，运行在Windows2000操作系统中，在自动化工程各方面具有友好的用户功能。它致力生产现场情报化充实适应Windows的软件；它的单元品种齐全，对各种各样的机械设备实现最佳控制。

1 工艺简介

本例根据原水水质条件、锅炉汽水系统对补给水的水质要求，锅炉补给水处理系统流程为：原水→原水箱→原水泵→热交换器→多介质过滤器→活性炭过滤器→反渗透预脱盐系统→中间水箱→中间水泵→混和离子交换床→除盐水箱→除盐水泵→主厂房。另外包括过滤器反洗系统、混合离子交换床再生系统、加药系统等。

原水箱用于贮存进入本系统的原水，其目的是为了调节进水流量的变化，防止进水波动影响到系统运行，保证系统的进水量及进水水质的稳定。

原水泵是为预处理系统提供充足的原水流量和压力。

热交换器的作用是使进水维持在一定的温度范围之内，以利于保证反渗透系统出力的稳定。

多介质过滤器的作用是滤除原水带来的细小颗粒、悬浮物、胶体，有机物等杂质，以及经加药后形成的矾花，从而保证其出水SDI（污染指数）≤4。

活性炭过滤器的作用是去除水中低分子有机物，游离氯，也能较少水中异味，色度和嗅味。

反渗透预脱盐系统利用反渗透膜的特性来除去水中绝大部分可溶性盐分，胶体，有机物及微生物。

中间水箱使反渗透产水侧承受较低的压力，避免反渗透膜受到背压而导致不可恢复的损坏，同时缓冲由于后级离子交换系统阀门切换时造成的压力波动，并可通过中间水箱的液位控制反渗透的启、停运行。

中间水泵的作用是为后续水处理系统提供稳定的压力和水量。

混和离子交换床的作用是将反渗透产水中留存的离子进一步去除。

除盐水箱用于贮存本系统的产水，其目的是为了保证锅炉供水水量的稳定。

除盐水泵的作用是为锅炉系统提供稳定的压力和水量。

图1锅炉补给水处理流程

2 控制系统配置及说明

2.1 总体控制要求及功能

电厂锅炉补给水处理自控系统的要求是对水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到要求的范围。在公司水处理控制室上位机发出指令时，将当前时刻运行过程中的主要工作参数（水质参数、流量、液位等）、运行状态及一定时间段内的主要工艺过程曲线等信息由现场上传到水处理控制室上位机。

功能如下：

控制操作：在水处理控制室能对被控设备进行在线实时控制。
显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及现场的状态参数。
数据管理：依据不同运行参数的变化快慢和重要程度，建立生产历史数据库，存储生产原始数据，供统计分析使用。利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，得出一些有用的经验参数，有利于优化控制，并把一些必要的参数和结果显示到实时画面和报表中去。
报警功能：当某一模拟量（如流量、电导、水位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机启停、阀门开关）发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警。另外还可对PLC进行诊断报警。
打印功能：可以实现报表和趋势打印以及各种事件和报警实时打印。

图2 锅炉补给水处理控制系统配置

2.2 PLC程序结构及实现

2.2.1 本工程根据工艺特点，在PLC编程中采用子程序调用的形式，这样不仅程序可读性强，而且缩短PLC程序扫描周期。以反渗透除盐系统控制程序为例，根据工艺要求反渗透除盐系统控制程序包括反渗透装置阀门上位机软手操控制（ROSoftoperation），反渗透除盐系统备用控制（ROStandby），反渗透除盐系统运行控制（RORunning）和反渗透除盐系统冲洗控制（RORinse）。这四种工作状态在同一时刻是唯一的，我们可将其做成子程序的方式，被反渗透程序（RO）调用。反渗透程序（RO）又和报警程序（Alarm）、泵控制程序（PumpControl）、模拟量处理程序（AD003Setting）、地址转换程序（IOConvert）、液位联锁程序（LevelInterlock）等作为子程序被控制主程序（MainProgram）调用，这样做大大缩短了PLC的扫描时间，而且控制思路清晰，程序可读性强。操作人员只需在上位机上发出简单的指令如，软手操请求、运行请求、冲洗请求等，控制程序即可按照工艺要求步骤对现场设备进行控制。

图3 控制系统部分人机界面

图4 PLC程序结构图

对于OMRON PLC C200HE控制器的编程软件CX-Programmer来说，通过简单的指令既可以实现子程序调用。例如：

在控制主程序中写入下面的指令，用来调用“0”号子程序：

在“0”号子程序中的首端写入下面的指令：

在“0”号子程序中的末端写入下面的指令：

这样就完成了主程序对子程序的调用和子程序的返回。

本工程使用的模拟量输入模块是OMRON 的AD003，该模块的实际使用通道数和模拟量电信号类型可以通过PLC指令灵活配置。本例中每个模拟量输入模块所包含的8个通道均配置成使用状态，模拟量电信号类型配置成4~20mA。在模拟量处理程序（AD003Setting）中写入的指令如下：

对于OMRON C200HE PLC的模拟量输入模块AD003来说，当来自仪表的4~20mA信号不在4~20mA范围内（低于零点或超出量程）时，AD003模块会将现场模拟量值转换成大于1000（16位的二进制数）的数值，相应在上位机上会显示该模拟量的满量程值。造成显示错误，引起操作人员误解。为了避免这种现象发生，我们需要在程序中去除超出范围（小于0000(4mA)和大于1000(20mA)）的干扰信号。具体指令如下：

对于OMRON PLC与上位机交换的地址，建议将其放在控制主程序中，转成HR保持数据区格式。

3 结语

此控制系统运行系统稳定、可靠。极大地提高了劳动生产率，该系统有效地解决了生产中的很多问题，如减少了生产过程中的突发故障，缩短了生产准备时间和抢修时间，减少了工人的劳动强度，为电厂锅炉补给水处理创造了可观的经济效益和社会效益，达到了节能、降耗的目的