OMRON PLC在水處理控制系統中的應用

• 2018-09-08

本文以山東沾化煒燁電廠鍋爐補給水處理控制系統為例，論述了OMRON PLC在水處理領域的應用。對系統的硬件、軟件結構及工作原理進行了說明，并且重點介紹了OMRON PLC的子程序調用結構和對模擬量信號處理的軟件編程及在與人機界面通訊時的編程注意事項。運用表明，該系統能夠滿足電廠鍋爐補給水處理的自動控制要求，并且具有先進、可靠、控制性能好等優點。

主控單元采用C200HE PLC是OMRON公司的中小型PLC產品，方便實現擴展性優良的生產現場；它能進一步增強PC的基本功能，可靠，方便的數據處理提高生產現場工作效率；CX-Programmer是OMRON開發的應用于C200H PLC的編程軟件，運行在Windows2000操作系統中，在自動化工程各方面具有友好的用戶功能。它致力生產現場情報化充實適應Windows的軟件；它的單元品種齊全，對各種各樣的機械設備實現最佳控制。

1 工藝簡介

本例根據原水水質條件、鍋爐汽水系統對補給水的水質要求，鍋爐補給水處理系統流程為：原水→原水箱→原水泵→熱交換器→多介質過濾器→活性炭過濾器→反滲透預脫鹽系統→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、混合離子交換床再生系統、加藥系統等。

原水箱用于貯存進入本系統的原水，其目的是為了調節進水流量的變化，防止進水波動影響到系統運行，保證系統的進水量及進水水質的穩定。

原水泵是為預處理系統提供充足的原水流量和壓力。

熱交換器的作用是使進水維持在一定的溫度范圍之內，以利于保證反滲透系統出力的穩定。

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

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

反滲透預脫鹽系統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，有機物及微生物。

中間水箱使反滲透產水側承受較低的壓力，避免反滲透膜受到背壓而導致不可恢復的損壞，同時緩沖由于后級離子交換系統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、停運行。

中間水泵的作用是為后續水處理系統提供穩定的壓力和水量。

混和離子交換床的作用是將反滲透產水中留存的離子進一步去除。

除鹽水箱用于貯存本系統的產水，其目的是為了保證鍋爐供水水量的穩定。

除鹽水泵的作用是為鍋爐系統提供穩定的壓力和水量。

圖1鍋爐補給水處理流程

2 控制系統配置及說明

2.1 總體控制要求及功能

電廠鍋爐補給水處理自控系統的要求是對水處理過程進行自動控制和自動調節，使處理后的水質指標達到要求的范圍。在公司水處理控制室上位機發出指令時，將當前時刻運行過程中的主要工作參數（水質參數、流量、液位等）、運行狀態及一定時間段內的主要工藝過程曲線等信息由現場上傳到水處理控制室上位機。

功能如下：

• 控制操作：在水處理控制室能對被控設備進行在線實時控制。
• 顯示功能：用圖形實時地顯示各現場被控設備的運行工況，以及現場的狀態參數。
• 數據管理：依據不同運行參數的變化快慢和重要程度，建立生產歷史數據庫，存儲生產原始數據，供統計分析使用。利用實時數據庫和歷史數據庫中的數據進行比較和分析，得出一些有用的經驗參數，有利于優化控制，并把一些必要的參數和結果顯示到實時畫面和報表中去。
• 報警功能：當某一模擬量（如流量、電導、水位等）測量值超過給定范圍或某一開關量（如電機啟停、閥門開關）發生變位時，可根據不同的需要發出不同等級的報警。另外還可對PLC進行診斷報警。
• 打印功能：可以實現報表和趨勢打印以及各種事件和報警實時打印。

圖2 鍋爐補給水處理控制系統配置

2.2 PLC程序結構及實現

2.2.1 本工程根據工藝特點，在PLC編程中采用子程序調用的形式，這樣不僅程序可讀性強，而且縮短PLC程序掃描周期。以反滲透除鹽系統控制程序為例，根據工藝要求反滲透除鹽系統控制程序包括反滲透裝置閥門上位機軟手操控制（ROSoftoperation），反滲透除鹽系統備用控制（ROStandby），反滲透除鹽系統運行控制（RORunning）和反滲透除鹽系統沖洗控制（RORinse）。這四種工作狀態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）、地址轉換程序（IOConvert）、液位聯鎖程序（LevelInterlock）等作為子程序被控制主程序（MainProgram）調用，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。操作人員只需在上位機上發出簡單的指令如，軟手操請求、運行請求、沖洗請求等，控制程序即可按照工藝要求步驟對現場設備進行控制。

圖3 控制系統部分人機界面

圖4 PLC程序結構圖

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現子程序調用。例如：

• 在控制主程序中寫入下面的指令，用來調用“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對子程序的調用和子程序的返回。

本工程使用的模擬量輸入模塊是OMRON 的AD003，該模塊的實際使用通道數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，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，當來自儀表的4~20mA信號不在4~20mA范圍內（低于零點或超出量程）時，AD003模塊會將現場模擬量值轉換成大于1000（16位的二進制數）的數值，相應在上位機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。為了避免這種現象發生，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與上位機交換的地址，建議將其放在控制主程序中，轉成HR保持數據區格式。

3 結語

此控制系統運行系統穩定、可靠。極大地提高了勞動生產率，該系統有效地解決了生產中的很多問題，如減少了生產過程中的突發故障，縮短了生產準備時間和搶修時間，減少了工人的勞動強度，為電廠鍋爐補給水處理創造了可觀的經濟效益和社會效益，達到了節能、降耗的目的。