膜法水处理系统的PLC控制__墨水学术,论文发表,发表论文,职称论文

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:149

副标题#e#摘要：利用可编程序控制器（PLC）、变频器、继电器等电器元件控制的膜法水处理系统，可达到自动/手动平稳切换控制的膜法水处理工况要求。
　　由于采用PLC控制的手动/自动切换，可以实现无人操作。采用了变频器克服了起动时的大电流冲击，相对延长了电机制使用寿命。实现过滤工艺，在线水力冲洗，化学药物清洗等超滤膜工艺。
　　
　　
　　关键字：可编程序控制器；变频器；继电器；膜法水处理系统
　　※前言
　　膜是水的净化和纯化的最佳手段，使用膜可以去除水中的悬浮物、细菌，有毒金属物质和有机物，大大提高水的质量。本文涉及的水处理系统采用超滤膜技术。即在一定压力作用下超滤膜的孔隙可通过溶液及由溶液带走的小于滤膜孔隙尺寸的溶质，而截留大于滤膜孔隙尺寸的溶质。超滤膜主要应用于颗粒物、胶体、大分子与溶剂小分子物质的分离。
　　为改善水质量，提高生活用水的洁净度，本系统采用中空超滤膜对水源进行过滤，达到清除悬浮物、浊度、COD、胶体、细菌等水中杂质的目的。
　　需过滤的水源通过水泵输送到中空过滤膜当中，在水泵的压力下经中空过滤膜渗透出去，实现对水源的净化过程。同时考虑到对膜污染物的定时清洗，需通过变频器改变水泵的输入频率，来改变水泵的输出压力，由此实现不同频率对应不同压力以达到冲洗、反洗、药洗等过程的目的。
　　鉴于上述特点，从技术可靠性和经济实用角度综合考虑，设计采用PLC控制与变频器控制相结合的自动变压控制供水系统，同时通过主水管线压力传递较经济地实现了水泵系统“远程联动”的控制目的。
　　※超滤的基本理论
　　超滤是一种从溶液中分离出大粒子溶质的膜分离过程，其分离机理一般认为是机械筛分原理，其中超滤膜具有选择性分离的特点。
　　超滤过程：在压力作用下，料液中含有的溶剂及各种小的溶质从高压料液侧透过超滤膜到达低压侧，从而得到透过液或称为超滤液，而尺寸比膜孔径大的溶质分子被膜截留成为浓缩液。溶质在被膜截留的过程中有以下几种作用方式：
　　(1)在膜面的机械截留；
　　(2)在膜表面及微孔内吸附；
　　(3)膜孔的堵塞。
　　※超滤工艺
　　超滤工艺中主要的膜污染为有机物、悬浮物与微生物污染。防止膜污染的主要措施是错流过滤模式加低频率冲洗工艺，或全量过滤模式加高频率冲洗工艺以及双向流等工艺。错流工艺保持了1～10%的浓水排放量，形成对膜表面污染物的冲洗，以减小浓差极化，减轻膜污染，但会使系统回收率降低。全量过滤工艺取消了错流量，系统给水全部回收，而频繁的水力冲洗也将消耗一定水量。
　　超滤工艺过程中的膜污染是一种与系统运行共生的现象，且为一个渐进过程。当污染达到一定程度时，必然需要膜清洗工艺以清除膜污染、恢复膜性能。膜清洗工艺分为水力冲洗与化学清洗两大类。水力冲洗再分为正向冲洗、顶部反冲、底部反冲、全部反洗及加气反冲五种。且存在冲洗时间、冲洗压力及冲洗通量问题，并存在原水、净水或反渗透产水作冲洗液的问题。化学清洗有正洗、反洗、浸泡等工艺，所用化学药剂有酸、碱、氧化剂等，清洗工艺还存在温度、压力、流量、时间等参数。表1示出海德能公司HYDRAcap超滤膜的过滤、冲洗及加药清洗的工艺的径流模式与运行参数。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　表1海德能公司HYDRAcap超滤膜工作模式
　　操作模式    径流方向    运行参数
　　过滤
　　工艺    全量过滤    A→C，关B    60～145L/m2•hr
　　
　　    错流过滤    A→C    60～145L/m2•hr
　　      &#p#副标题#e#nbsp; A→B    单组件3.0～9.0m3/hr
　　在
　　线
　　水
　　力
　　冲
　　洗    正向冲洗    A→B，关C    单组件～9.0m3/hr
　　    顶部反洗    C→B，关A    240～300L/m2•hr
　　    底部反洗    C→A，关B    240～300L/m2•hr
　　    全部反洗    C→A，C→B    240～300L/m2•hr
　　    气
　　反
　　洗    排水放空    开A，B进气    无油压缩空气
　　        空气保压    闭A，B进气    0.07～0.10MPa
　　        水反冲洗    先C→B，后C→A    240～300L/m2•hr
　　停机
　　化学
　　清洗    膜面清洗    A→B，关C    单组件～4.0m3/hr
　　    透膜清洗    A→B    单组件～4.0m3/hr
　　        A→C    ～50L/m2•hr
　　
　　※系统设计方案
　　
　　附图1：膜法水处理系统工艺流程图
　　附图1为膜法水处理系统工艺流程图，系统采用PLC控制与变频器控制相结合的自动变压控制供水系统，产水过程水泵在频率f1状态下运行，原水由原水箱途经电磁阀1、4、7，此过程为全透量产水。该过程运行一段时间后需对中空超滤膜进行冲洗，水泵在频率f2状态下运行一段时间，电磁阀1、4、10、13打开，此过程为上正冲。上正冲过程运行一段时间后，需对中空超滤膜进行反洗，水泵在频率f3状态下运行一段时间，电磁阀3、14、8、12打开，净水对中空超滤膜进行反洗。反洗一段时间后，需对中空超滤膜进行药洗，水泵在频率f4状态下运行一段时间，电磁阀2、5、6、11打开，药洗中空超滤膜，此后按上述次序执行自动循环。在程序执行过程中，不同环节的切换使得PLC扩展模块的模拟输出量随之变化，由此改变变频器的输出量（水泵的输入量）达到改变水泵频率的变化，即PLC输出的模拟量作为变频器的控制端输入量，从而控制电机转速的大小，相应的改变了水泵的出水流量，以此来实现超滤控制系统的产水、正冲、反洗及药洗等环节。该自动循环程序采用PLC内部定时器来完成。（这里仅为说明而举的一例，以便理解）系统结构图见附图2：
　　
　　1．手动/自动切换：
　　手动/自动切换是将24V直流电源正极端与切换按钮连接，通过按扭反方向的拨动，实现手动、自动回路的通/断。当切换按扭SA00拨至手动位置时，手动回路接通，同时自动回路必然被切掉，无法正常工作，反之亦然。
　　
　　附图3：控制箱控制面板图
　　2．电源进线：
　　系统采用单相电源供电，通过断路器给可编程序控制器、24V直流电源和变频器供电。可编程序控制器和直流电源进行漏电保护。在一级断路器和二级断路器之间装有交流220V的电源指示灯，对电路带电与否进行显示。
　　3．中间继电器：
　　系统采用了13个中间继电器分别对应13个电磁阀。
　　中间继电器线圈由PLC输出端口和直流电源负极供电。
　　中间继电器常开触点接入到自动运行回路中，以实现电磁阀的开/闭。
　　4．时间继电器：
　　时间#p#副标题#e#继电器线圈的7口和2口与PLC输出端口和直流电源负极相连，实现对时间继电器的供电。
　　3个时间继电器的常开触点6和8口分别串接到SA1、SA2、SA3与PLC的0.01，0.02，0.03接口的线路中，由于SA1、SA2、SA3始终处于闭合状态，当外部时间继电器定时完成后，其一对通电延时闭合触点动作，使SA1、SA2、SA3的信号依次随时间继电器定时完成后逐个输入PLC，确保PLC内部程序准确、连续的完成。通过对时间继电器定时时间的调整，实现程序的延时功能。
　　5．面板按扭接线：
　　(1)手动控制：手动按扭得电是通过手动/自动切换开关SA00控制的，13个手动按扭的中间端口串接在一起连接在切换按扭的端口2，并分别将手动按扭的端口2对应接到电磁阀的一端上，电磁阀的另一端串接在一起连接到24V直流电源负极端形成闭合的回路。当切换按扭拨至手动位置时，手动按扭得电，拨动手动按扭即可实现电磁阀接通，实现回路的正常运行，达到手动按扭控制电磁阀的通/断。
　　(2)自动控制：自动控制按钮得电是通过SA00拨至自动位置实现的。5个自动按扭中间端口串接在一起连接在切换按扭的1端口，并分别将自动按扭的端口1相应的接到PLC的0.00、0.01、0.02、0.03、0.04端口上，通过自动按扭的闭合将输入量传递给可编程序控制器PLC。PLC获得输入量后即可自动的执行PLC的内部程序，完成相应的外部电器自动元件的控制。
　　
　　6．PLC的接线：
　　系统采用欧姆龙CPM1A-40CDR-A-V1型PLC。此系列PLC有24个输入端，14个输出端。
　　(1)供电：由控制PLC的断路器供给交流220V电压。使用断路器的目的是在PLC短路或过负荷时能够速断，起到过负荷和短路电流保护的作用，避免电器元件的损坏。
　　(2)输入端子：输入端子的公共端接至直流电源负极端。其他输入端口由SA1、SA2、SA3、SA4、SA5自动按钮输入信号。其中SA2、SA3、SA4自动按扭始终保持闭合状态，其输入信号的输入时间由外部时间继电器控制，外部时间继电器的一对通电延时闭合触点串入在自动按扭与PLC的输入端口中，当外部时间继电器的线圈得电后，其通电延时闭合触点接通，使相应的输入信号得以输入到PLC中，保证PLC内部程序能够完整的执行下来，对PLC外挂电器元件的控制顺利完成。
　　(3)输出端子：将输出端口的公共端串联在一起，接到直流电源正极端。
　　其他相应的输出端口接到中间继电器的“14”端口及时间继电器的“7”端口。实现对中间继电器和时间继电器线圈的供电。
　　PLC输出端接中间继电器而非直接接到电磁阀上，其原因是PLC带负载能力较差，输出功率相对较小，由于误操作或电气故障等导致的过电压可能烧毁PLC，通过中间继电器提高了PLC的稳定性，保证了PLC安全可靠的运行。
　　
　　7.控制箱布置图：
　　控制箱内部结构由断路器、直流电源、变频器、可变程序控制器及其扩充模块、时间继电器、中间继电器、线槽、连接导线以及若干接线端子排组成。
　　
　　附图6：控制箱内部平面布置图
　　※系统实施效果
　　(1)采用PLC控制的手动/自动切换，可实现无人操作；
　　(2)采用变频器克服了起动时的大电流冲击，相对延长了电机制使用寿命；
　　(3)实现过滤工艺，在线水力冲洗，停机药物清洗等超滤膜工艺。
　　结束语：
　　膜法水处理系统是一个可实现产水、冲洗（分为正冲和反冲）、药洗等功能的水处理系统，该系统主要是通过PLC对其进行控制的，使膜法水处理系统可以完成过滤工艺，在线水力冲洗，化学药物清洗过程的自动运行、自动循环。在该控制系统中除了PLC之外，还有变频器、时间继电器、中间继电器以及直流电源等电气设备，通过调节变频器的频率来改变压力，使过滤工艺，在线水力冲洗，化学药物清洗过程达到运行需要的压力值。在该系统中PLC通过中间继电器带电磁阀，可以起到保护#p#副标题#e#PLC的作用。使用时间继电器可以给用户的使用带来极大便利，方便对过滤工艺，在线水力冲洗，化学药物清洗等过程的时间进行设定和修改。本系统可进行手动控制操作，便捷的实现手动/自动转换。
　　综上所述，该膜法水处理系统是一个高效率的控制系统，具有操作简单、使用安全可靠、运行稳定、维修方便等优点。
　　
　　参考文献：
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