基于PLC水处理控制系统设计

复了软化交换的能力

水质软化的反应方程式为：（其中以R代表树脂本体）

2RNa+Ca2+=R2Ca+2Na +

2RNa+Mg2+=R2Mg+2Na +

吸附钙、镁离子饱和后的树脂经过钠盐溶液的处理，可重新转化为钠型而 恢复其交换能力，这一再生过程的反应式为：

R2Ca+2NaCl=2RNa+CaCl2 R2Mg+2NaCl=2RNa+MgCl2

上述正向和反向离子交换的反复进行，就可使软化水持续不断地产生。在这一过 程中可以通过PLC来控制各种水泵、电磁阀、过滤器、阴阳离子交换器以及离子 交换器加药装置，以实现系统自动运行。

1.3 PLC在水处理中的应用

水处理的工艺流程十分复杂，特别是化学水处理，以往都采用继电器进行程 序控制，因安装接线复杂，程序修改困难，维护量大，以及设备老化等原因，使 得其可靠性差，投运率较低。

为了改善上述利用继电器控制存在的缺陷，应用PLC进行程序控制，可以有 效地解决上述存在的问题。

PLC具有高可靠性，编程方便，易于使用，环境要求低，与其他装置的配置 连接

方便，鉴于PLC有上述优点，所以PLC用于化学水处理系统中，可以很好的 解决继电器控制存在的问题。

例如化学水处理的方法主要是离子交换法，即利用离子交换树脂将水中溶盐 的离子吸收。经过一定时间的运行之后，离子交换树脂会失效，这就需要停止运 行以对树脂进行再生还原以便使树脂可以重新使用。对化学水处理进行自动化监 测和实时控制，是提高水处理效率，降低能耗的关键。

1.4国内外现状

1.4.1中国水处理市场的现状

水处理在国民生产和生活中占有非常重要地位，有无水处理、水处理技术的 先进与否，是一个国家生产、生活水平高低和文明程度的重要标志之一，而水处 理服务在中国还是一个新型行业。

我国进入八十年代以来，生产力的提高和经济的发展给人们的物质和精神 生活带来了巨大的变化。高速发展的经济也造成了自然资源的严重短缺和生态环 境的日趋恶化。我国水处理技术相对来说比较落后，诸如加氯消毒、化学软化、 离子交换除盐等水处理的方法，存在消耗资源、牺牲环境、顾此失彼等弊端。 水处理技术装备如何适应经济高速发展的形势、如何适应污染水源的处理、如何 在处理过程中减少对环境的污染是摆在水处理工作者面前的繁重而紧迫的任务， 也只有加快我国水处理技术进步和装备更新的步伐，才能摆脱当前的被动局面。

随着国家建设步伐的不断加快，水处理服务会遍及各个行业各个领导，覆盖 面相当广泛，如石油、电力、化工、核工业、煤炭、冶金、水泥、造纸、卷烟、 制药、啤酒、邮电、民航、铁路、银行、酒店、宾馆、商场、家庭、机关、学校、 城镇等，市场潜力巨大，有人类生存的地方就涉及到水处理服务，水处理服务是 一个永恒的市场。水处理服务走专业道路将成为必然。

目前，中国各类工业区、商住区建筑保有量在千万幢以上，有数百万台 的换

热器、锅炉、中央空调、冷却塔、数万公里的管线。传统的运行模式绝大部 分带垢、带锈运行。实验表明，水垢的导热性很差，只有钢的1/10~1/50,传热 面若附着0.2~1毫米垢，将使传热效率降低10~40%，生产效率严重降低，能源 消耗大大增加，设备故障频出，给生产、生活及人类生存的健康带来极大的危害。 结垢后再清洗，这是一种事后处理方式。随着人们的认识及生活、环境的改善， 一种事前处理（预防为主）的方式摆在人们面前，即：要求水系统不结垢、不腐

蚀、安全、卫生、经济、环保、持续运行。通过科学的水处理方式，能有效地预 防水垢，并通过防腐、防垢水质处理后，达到节能降耗，延长设备寿命，安全、 高效、

长周期运转的目的，也为创造卫生、健康的用水治理环境提供可靠的保障。 回顾中国经济过去二十几年的飞速发展规模与速度，可以预见，伴随着中 国经济

的蓬勃发展，中国水处理行业将在未来几年全面进入调整发展的阶段，将 真正形成促进中国经济发展的另一股重要力量。 1.4.2国外水处理发展现状

世界上许多地区正面临着最严重的缺水。据世界银行的统计，全球80%的国 家和地区都缺少民用和工业用淡水。随着资源成本不断上升和环保意识逐渐增 强，许多企业开始运用绿色技术，降低碳排放，尽量减少废物产生。其中水处理 技术就是其中非常重要的一项绿色技术。

根据联合国统计，到2025年，三分之二的世界人口可能会面临水资源 短缺，

因此水处理技术将会越来越得到重视，这包括了高效率的水资源管理和污 水处理。例如：在北美尤其在加拿大，水管理及污水处理设施的面临的问题十分 急切。63%的目前运行的设施都在超期运行，他们的平均运行时间已经达到18.3 年。其中52%污水处理设施在超期运行。在美国的干旱地区，对海水淡化技术的 需求越来越高。海水淡化技术主要局限在于效率，而随着淡水的短缺，这些局限 逐渐被淡化和忽视。水处理技术的发展拥有巨大的前景，许多国家都在实施水处 理的政策和项目。根据全球知名增长咨询公司

Frost&Sullivan的预测，至2010 年，全球水资源管理和污水处理技术市场规模预计将达

到3, 500亿美元。

目前先进的水管理和污水处理技术及其发展趋势包括了循环用水、反渗透海 水淡化和臭氧化等。例如，反渗透海水淡化技术正在迅速占领的大型设施市场， 而这一领域过去主要以热工过程设备为主。处理效率的提升和渗透膜价格的回 落，促使反渗透海水淡化市场在过去5年中迅速发展，现在应用反渗透海水淡化 技术的已不再是小规模的工厂，大型反渗透海水淡化厂已是司空见惯。

1.5需米用的技术

为达到控制目的，本系统将采用组态软件和PLC组建自动监控系统，本系统 将充分利用工控机组态软件的强大数据处理和图形表现能力，融合较先进的自动 化技术、计算机技术、通讯技术、和软件技术，具有可靠性高、维护容易等特点。

第2章任务分析与方案选择

2.1任务分析

锅炉水处理的自动控制就是通过PLC对水处理的各种设备进行控制，按照 水处理的工艺流程编制相应的程序，使PLC能够按照一般锅炉水处理的要求对 原水进行软化处理，以达到锅炉用水的标准。采用以PLC为核心的工艺过程自动 监控系统，对整个水处理系统的各个设备，包括水泵的启停控制、电磁阀的开合 控制、过滤器的过滤与再生控制、离子交换器等的投运与再生控制等，就可以达 到系统自动运行的目的。同时在系统中加入一些模拟量测量单元，对流量、液位、 电导率等进行实时测量达到对系统运行状况的了解，从而保证系统良好运行。在 此基础上通过上位机和监控软件对现场设备运行状况做出及时放映，以便于操作 人员更好地控制系统运行，达到整个处理系统安全、可靠、高效地运行。

在这个过程中，首先要清楚系统的整个工艺流程，明确控制对象，再次要能 够将现场设备、PLC和上位机连接起来成为一个整体，能够实现各部分之间的通 信。本设计要完成的任务主要包括设备选型、硬件设计和软件设计。

2.2拟解决的主要问题

由于水处理工艺较复杂，所以为了能够实现水处理的自动控制，并达到预期 的目的，在设计中主要需解决以下几个问题：

1、 整个系统网络的架构； 2、 系统硬件选型；

3、 软件设计，使PLC控制水处理设备自动运行； 4、 上位机监控画面设计。

2.3方案选择 2.3.1方案一

方法：采用锅炉内水处理，通过传感器采集水质数据，送到PLC，PLC根据 预先设定的程序控制加药装置对锅炉水进行处理。

锅炉内水处理的方法是通过向锅炉内加入一定数量的软水剂，使锅炉给水 中的污垢转变成泥垢然后将泥垢从锅内排出，从而达到防止水垢结生或减缓的目 的。