水力空化水处理设备的控制系统设计

《水力空化水处理设备的控制系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、水力空化水处理设备的控制系统设计*关键词：水力空化，PLC，触摸屏，水处理，水质参数1 引言随着人类社会的发展,特别是城市化和工业化进程的加快,水污染和水资源短缺将是今后相当长一段时间内全球最严重的问题之一。因此,采用先进的水处理技术,实现水资源的保护和水资源的循环利用,对于改善水环境和保护水资源有重要意义。利用水力空化降解水体中的有机污染物,尤其是难降解的有机污染物,是近年来刚刚兴起的一项新型水处理技术[1][2]。当流体流过水力空化反应器时,会发生空化效应,产生瞬时的高温高压,由于水相燃烧反应机理和自由基反应机理,促使了气泡内气体和液体界面的介质直接被分解[3]。

2、为了完成对水力空化水处理设备的自动控制,结合水力空化水处理技术工艺,应用PLC控制器和触摸屏技术,开发设计了水力空化水处理设备的控制系统,通过在线实时监测水质参数的变化以及对流量、压力、温度等参数的自动化监控,可直接反映水力空化设备的水处理效果,有利于设备在最优状态,以提高其使用效率。2 硬件设计水力空化设备的控制系统包括设备控制和水质参数检测两大部分,其硬件主要包括触摸屏、PLC、水质参数传感器、水泵、电磁阀、比例阀等(见图1)。2.1 控制系统根据系统的控制要求、所需IO点数、工作环境等因素考虑,同时为了提高水力空化系统运行的可靠性,选择欧姆龙公司的CP1E-N3

3、0DR-A新一代小型PLC作为控制器(下位机),该型号PLC为继电器输出,具有18个输入点、12个输出点,其程序容量8K步,数据存储器容量8K步,而且可以通过连接扩展单元增加模拟量I/O,为了满足系统的特殊控制需求,也可以安装数据电池CP1W-BAT01,使得系统能够在断电后对指定存储区的数据进行保存。为了满足系统多模拟量输入的要求,模拟量输入扩展单元选用CP1W-AD041,模拟量输出单元选用CP1W-MAD11。选用欧姆龙NB5Q-TW00B触摸屏作为人机界面(上位机),其屏幕为5.6英寸,24V直流电源供电,程序容量128M,具有双串口同时通讯的功能,兼容标准C

4、语言的宏指令,由上位机完成多功能界面的切换,并具有操作人员所需的重要参数的实时显示、报警显示等重要功能。此外,触摸屏和PLC之间通过RS-232串口进行通讯。PLC和触摸屏的通讯参数设置为:波特率115200,数据位7位,停止位2位。奇偶校验设置采用偶校验。2.2 检测系统水力空化效果的主要由空化数Cv来表征[4]。式中,P0—孔板下游恢复压力,Pv—相应温度下液体的饱和蒸汽压,ρ—液体的密度,V0—孔板节流处液体的平均流速。从水力空化数Cv可以看出,对水力空化装置孔板处压力和流速的检测至关重要,它是影响水力空化效果的关键。其次,水中溶解氧(DO)、氧化还原反应电位(

5、ORP)、电导率和pH值等水质参数能直接反映水处理的效果。因此实现对各个参数的在线测量,有利于实时监测水质情况,从而方便控制调节空化参数,提高水力空化设备的水处理效果。各个参数的检测指标如表1所示。考虑到各个传感器的不同机理以及对管路的特殊要求,如流量、压力的检测都要求前后要有直管段,电导率传感器的安装要迎着水流等[5],设计检测系统的布局如图2所示。流量的检测选用的是涡轮流量计、压力的检测采用的是半导体扩散硅不锈钢膜片压力传感器、温度的检测选用的是量程为0~100℃的Pt100铂电阻温度传感器[6]。其它水质参数根据每种参数的不同机理,选用相应的测量电极,传感器选用

6、标准电流信号输出,输出信号为4~20mA。3 软件设计利用CX-Programmer编程软件对PLC进行程序设计,利用NB-Designer触摸屏编辑软件对人机界面编辑、美化,相应的程序在编译顺利通过以后,通过专用USB通讯电缆将其下载到相应的设备上,再联机调试。3.1 PLC程序设计PLC编程采用模块化编程,分别为数据采集、数字滤波、故障报警、数据输出、数据记录等五个子程序(见图3)数据采集:对模拟量的AD采集模块进行相应的配置,设置系统的采样频率、采样精度以及设置是否采用平均化处理等。数字滤波:由于随机干扰等原因会引起随机误差。为了克服随机干扰引起的误差,在数据处

7、理子程序中采用加权平均值算法实现数字滤波,此算法简单、实时性强,能有效克服随机误差[7]。故障报警:对各传感器的输入信号进行断线检测,设置目标值的上下限,当超过设定值的范围后做出判断和报警。数据输出:数据输出包括开关量和模拟量。开关量控制电机和电磁阀的状态,模拟量控制比例阀。对模拟量的输出单元进行相应的配置,与触摸屏的按钮对应,即可调节模拟量的输出从0~10V或4~20mA变化,对应比例阀的开度就能从0~100%调节,因此只需在触摸屏上进行相应的操作就可以控制入口的压力和流量。数据记录:数据记录包括水力空化水处理系统近30次的启停时间、系统在运行以后