基于组态软件和PLC的纯水处理监控系统设计
基于组态软件和PLC的纯水处理监控系统设计[20200410140042]
摘要
随着现代工业科技的高速发展，对于环境的治理相较而言还是比较滞后，当前中国严重的水污染状况令人堪忧。本系统设计主要是介绍了纯水处理工艺的流程，PLC在纯水处理系统当中所起到的作用，以及组态软件在现代工业生产中配合PLC所起到的作用。纯水处理监控系统利用各种水处理工艺和水质监测系统，尽量彻底的去掉水中的杂质来达到使水纯净的目的，一般系统分为预处理部分、超滤和一级反渗透部分、离子交换系统和纯水分配系统。系统运用西门子 S7-200 PLC作为控制核心，配合纯水处理流程更好的来完成纯水制备的任务。本系统模拟某针状焦科技有限公司纯水处理系统设计，充分证明了自动化控制系统能够提高生产的效率和安全性能。
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关键字:PLC纯水处理自动化控制系统
Key Words: PLC; pure water processing; automation control system目 录
1.绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.2 国内外纯水处理系统的概述 1
1.3 纯水处理的工艺流程 2
1.4 课题研究的主要内容和需要完成的任务 3
2.纯水处理系统的总体设计 5
2.1 纯水处理控制系统总体设计方案 5
2.2 纯水处理系统电气控制需求 6
2.3 本章小结 7
3.纯水处理系统中的PLC硬件设计 8
3.1 系统硬件配置 8
3.1.1 检测仪表的选型 8
3.1.2 传感器和执行器的选型 8
3.2 PLC的使用 9
3.2.1 PLC的选型 9
3.2.2 PLC的I/O设备 9
3.2.3 硬件电路接线图 10
4.纯水处理系统中的PLC软件设计 13
4.1 STEP 7-Micro/WIN编程软件概述 13
4.2 纯水处理系统程序流程图 13
4.3 纯水处理系统梯形图 15
4.4 本章小结 26
5.纯水处理系统的组态设计 27
5.1 组态软件概述 27
5.2 建立MCGS组态画面 28
5.2.1 建立MCSG组态画面 28
5.2.2 PLC与MCGS之间的通信设置 32
6.总结与展望 34
6.1 总结 34
6.2 展望 34
参考文献 35
致谢 36
1.绪论
1.1 课题研究的背景与意义
随着现代工业科技的高速发展，对于环境的治理相较而言还是比较滞后，当前中国严重的水污染状况令人堪忧。水是工农业生产不可缺少的资源，但因为天然水中的杂质不少，有些产业 (例如电子、生物、制药等行业)直接利用便可能引发热力设备的结垢、腐蚀、汽轮机积盐等一系列问题，导致系统效率降低甚至发生事故。此外，工业废水处理也吸引了越来越多的关注。现在随意的排放工业的废水和生活污水，严重的农业污染共同导致了现在的地表水含有大量的漂白剂、农药残留物以及重金属物质等等危害人体健康的成份，这些污染物如果积聚在人体内时间一长，对人体健康是有极大的害处的，可致癌，致基因突变，致畸变等等，这些都是看不见的杀手。
我在无锡友好电子技术有限公司实习期间，公司接到喜科墨（江苏）针状焦科技有限公司6万吨/年针状焦项目25m3/h纯水处理系统设计的一个项目，喜科墨（江苏）针状焦科技有限公司主要生产的产品是针状焦，生产的针状焦是制造超大型电极和超高功率电极的优质材料，具有许多优点，在国内极具竞争力，为了应对该公司对纯水具有大量需求的现实，我所在的实习单位就提出了运用智能控制水处理系统来解决水质问题，提高产水效率的方案，因为PLC可靠性高、抗干扰能力强、现场操作安装简单方便及扩展性丰富等现场控制的优点，所以在日常工业生产中一般运用PLC控制纯水的生产及循环过程，满足客户对纯水品质的需求。
1.2 国内外纯水处理系统的概述
在国内外，电力电子、生物制药等许多领域中， 生产纯水的工艺最为常用的有离子交换法、反渗透法和电脱盐法等等。离子交换法可深度脱盐，生产水质较高的纯水，但是，离子交换树脂再生时要消耗大量酸碱，存在着酸碱运输难，存储不方便，劳动强度大，操作环境差，再生废液处理和排放困难等诸多问题。反渗透法虽然不需要消耗酸和碱，但是因为不能进行深度脱盐导致了生产出的纯水品质不高，如果要生产的纯水品质高就需要和离子交换法结合起来使用。由于各种水处理方法都有各自的优点和缺点，所以目前一般都采用多种水处理方法结合的手段来处理原水，这样就可以充分利用各自的优点，优化操作过程从而降低能耗，同时对提高产品质量和降低经济成本都具有重要的意义。
随着科技的快速发展，现在人们也已经意识到，在节能、绿色、环保方面，反渗透技术存在局限性，况且反渗透技术从脱盐方面来讲已经发展到巅峰了。所以最近这些年来在国外一项关于“正向渗透膜分离技术”的研究也已经在进行当中了，并且这项研究也获取了一些成果，应用在了海水淡化，水处理，生物制药，化工等领域，特别是“压力延缓渗透海水发电”技术，它是一种很有前途的清洁可再生能源的开发技术。可是现在“正向渗透膜分离技术”在国内获得的关注度还是极少的，与之有关的研究也是很少的。
正向渗透分离技术在很久之前人们就把它运用在生产生活中了。在古代，人们就采用食盐来长时间的存储食物，因为在含盐较多的环境下，大部分细菌、霉菌会因为渗透作用而脱水死亡。现在的人们把正向渗透膜分离技术应用在海水淡化、工业废水处理等一些工业生产中，食品工业中使用正向渗透分离技术来浓缩饮料。近些年，由于材料科学得到迅速的发展，正向渗透技术也被用来控制人体的药物释放。
国内水处理行业发展的时间还比较短，所以国内区分纯水和超纯水设备的标准还比较模糊，因此，在日常的工业生产中人们把纯水设备和超纯水设备都命名为纯水设备（水处理行业中超纯水设备的出水水质≥10MΩ.CM，出水水质达不到10MΩ.CM的是纯水设备）；因为行业里对于纯水的专业术语没有明确的规范导致了纯水设备在各行业中都有着各自的名称，例如：在日化行业中经常被称为去离子水设备；在医学设备行业就被称为纯化水设备。但不论何种称呼方式，它们大体上的工艺流程是一致的，仅仅在不同系统中的一些细节上存在着区别而已（譬如制药工业中的纯水设备对细菌有更严格的要求，而且还需要通过GMP的指标，所以在制药工业中全部需要运用卫生级不锈钢管道来更好的降低细菌的污染）。
为了满足客户的需要，获得达标水质，尽量降低各级污染，让设备的使用时间更长一点，减少工作人员的工作量。现在纯水处理工艺设计过程中，一般都是使用满足国家自来水标准的水为水源，经过预处理系统，超滤和反渗透系统，离子交换系统，根据用户对纯水的不同要求，运用组合方式订做符合用户需求的纯水设备。同时，系统中每一个水箱都设有液位计，每一个水泵都设有压力保护装置，还有水质检测仪以及根据电气要求而采用的PLC可编程控制器，做到了真正意义上的智能化，提高了设备的性价比和可靠性。
1.3 纯水处理的工艺流程
纯水，也可以称之为去离子水，是一种运用物理和化学的手段把水中的弱电解质和强电解质去除或者降低到一定程度的水。25℃时的纯水电导率介于0.1~1μS/cm之间，其含盐量正常情况下是小于1mg/L的。现在工业生产纯水的系统都是利用各种水处理工艺相结合的方式，同时水质监测系统也配合起来使用，尽量彻底地去掉水中的杂质以达到使水纯净的目的。纯水系统一般分为预处理部分、超滤和一级反渗透部分、离子交换系统和纯水分配系统。
图1.1就是纯水处理的工艺流程图。
图1.1 纯水处理工艺流程图
图1.1中可以看出因为外网原水入水压力不够稳定，所以设置原水箱存水，以保证系统的正常供水量，然后通过预处理部分的过滤器，以此来去除水中的颗粒物，活性炭过滤器祛除原水中的有机物、胶体粒子以及部分Fe、Mn离子，接下来通过超滤反渗透给进水以脱盐和纯化，在除碳器的脱气作用下，水中残留的二氧化碳一般不超过5mg/L，然后通过中间水箱的存储以达到混床的基本入水标准，通过离子交换进一步的纯化进水以此来到达用水标准，最后通过存水箱的存放，分配给各个用水点。
摘要
随着现代工业科技的高速发展，对于环境的治理相较而言还是比较滞后，当前中国严重的水污染状况令人堪忧。本系统设计主要是介绍了纯水处理工艺的流程，PLC在纯水处理系统当中所起到的作用，以及组态软件在现代工业生产中配合PLC所起到的作用。纯水处理监控系统利用各种水处理工艺和水质监测系统，尽量彻底的去掉水中的杂质来达到使水纯净的目的，一般系统分为预处理部分、超滤和一级反渗透部分、离子交换系统和纯水分配系统。系统运用西门子 S7-200 PLC作为控制核心，配合纯水处理流程更好的来完成纯水制备的任务。本系统模拟某针状焦科技有限公司纯水处理系统设计，充分证明了自动化控制系统能够提高生产的效率和安全性能。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:PLC纯水处理自动化控制系统
Key Words: PLC; pure water processing; automation control system目 录
1.绪论 1
1.1 课题研究的背景与意义 1
1.2 国内外纯水处理系统的概述 1
1.3 纯水处理的工艺流程 2
1.4 课题研究的主要内容和需要完成的任务 3
2.纯水处理系统的总体设计 5
2.1 纯水处理控制系统总体设计方案 5
2.2 纯水处理系统电气控制需求 6
2.3 本章小结 7
3.纯水处理系统中的PLC硬件设计 8
3.1 系统硬件配置 8
3.1.1 检测仪表的选型 8
3.1.2 传感器和执行器的选型 8
3.2 PLC的使用 9
3.2.1 PLC的选型 9
3.2.2 PLC的I/O设备 9
3.2.3 硬件电路接线图 10
4.纯水处理系统中的PLC软件设计 13
4.1 STEP 7-Micro/WIN编程软件概述 13
4.2 纯水处理系统程序流程图 13
4.3 纯水处理系统梯形图 15
4.4 本章小结 26
5.纯水处理系统的组态设计 27
5.1 组态软件概述 27
5.2 建立MCGS组态画面 28
5.2.1 建立MCSG组态画面 28
5.2.2 PLC与MCGS之间的通信设置 32
6.总结与展望 34
6.1 总结 34
6.2 展望 34
参考文献 35
致谢 36
1.绪论
1.1 课题研究的背景与意义
随着现代工业科技的高速发展，对于环境的治理相较而言还是比较滞后，当前中国严重的水污染状况令人堪忧。水是工农业生产不可缺少的资源，但因为天然水中的杂质不少，有些产业 (例如电子、生物、制药等行业)直接利用便可能引发热力设备的结垢、腐蚀、汽轮机积盐等一系列问题，导致系统效率降低甚至发生事故。此外，工业废水处理也吸引了越来越多的关注。现在随意的排放工业的废水和生活污水，严重的农业污染共同导致了现在的地表水含有大量的漂白剂、农药残留物以及重金属物质等等危害人体健康的成份，这些污染物如果积聚在人体内时间一长，对人体健康是有极大的害处的，可致癌，致基因突变，致畸变等等，这些都是看不见的杀手。
我在无锡友好电子技术有限公司实习期间，公司接到喜科墨（江苏）针状焦科技有限公司6万吨/年针状焦项目25m3/h纯水处理系统设计的一个项目，喜科墨（江苏）针状焦科技有限公司主要生产的产品是针状焦，生产的针状焦是制造超大型电极和超高功率电极的优质材料，具有许多优点，在国内极具竞争力，为了应对该公司对纯水具有大量需求的现实，我所在的实习单位就提出了运用智能控制水处理系统来解决水质问题，提高产水效率的方案，因为PLC可靠性高、抗干扰能力强、现场操作安装简单方便及扩展性丰富等现场控制的优点，所以在日常工业生产中一般运用PLC控制纯水的生产及循环过程，满足客户对纯水品质的需求。
1.2 国内外纯水处理系统的概述
在国内外，电力电子、生物制药等许多领域中， 生产纯水的工艺最为常用的有离子交换法、反渗透法和电脱盐法等等。离子交换法可深度脱盐，生产水质较高的纯水，但是，离子交换树脂再生时要消耗大量酸碱，存在着酸碱运输难，存储不方便，劳动强度大，操作环境差，再生废液处理和排放困难等诸多问题。反渗透法虽然不需要消耗酸和碱，但是因为不能进行深度脱盐导致了生产出的纯水品质不高，如果要生产的纯水品质高就需要和离子交换法结合起来使用。由于各种水处理方法都有各自的优点和缺点，所以目前一般都采用多种水处理方法结合的手段来处理原水，这样就可以充分利用各自的优点，优化操作过程从而降低能耗，同时对提高产品质量和降低经济成本都具有重要的意义。
随着科技的快速发展，现在人们也已经意识到，在节能、绿色、环保方面，反渗透技术存在局限性，况且反渗透技术从脱盐方面来讲已经发展到巅峰了。所以最近这些年来在国外一项关于“正向渗透膜分离技术”的研究也已经在进行当中了，并且这项研究也获取了一些成果，应用在了海水淡化，水处理，生物制药，化工等领域，特别是“压力延缓渗透海水发电”技术，它是一种很有前途的清洁可再生能源的开发技术。可是现在“正向渗透膜分离技术”在国内获得的关注度还是极少的，与之有关的研究也是很少的。
正向渗透分离技术在很久之前人们就把它运用在生产生活中了。在古代，人们就采用食盐来长时间的存储食物，因为在含盐较多的环境下，大部分细菌、霉菌会因为渗透作用而脱水死亡。现在的人们把正向渗透膜分离技术应用在海水淡化、工业废水处理等一些工业生产中，食品工业中使用正向渗透分离技术来浓缩饮料。近些年，由于材料科学得到迅速的发展，正向渗透技术也被用来控制人体的药物释放。
国内水处理行业发展的时间还比较短，所以国内区分纯水和超纯水设备的标准还比较模糊，因此，在日常的工业生产中人们把纯水设备和超纯水设备都命名为纯水设备（水处理行业中超纯水设备的出水水质≥10MΩ.CM，出水水质达不到10MΩ.CM的是纯水设备）；因为行业里对于纯水的专业术语没有明确的规范导致了纯水设备在各行业中都有着各自的名称，例如：在日化行业中经常被称为去离子水设备；在医学设备行业就被称为纯化水设备。但不论何种称呼方式，它们大体上的工艺流程是一致的，仅仅在不同系统中的一些细节上存在着区别而已（譬如制药工业中的纯水设备对细菌有更严格的要求，而且还需要通过GMP的指标，所以在制药工业中全部需要运用卫生级不锈钢管道来更好的降低细菌的污染）。
为了满足客户的需要，获得达标水质，尽量降低各级污染，让设备的使用时间更长一点，减少工作人员的工作量。现在纯水处理工艺设计过程中，一般都是使用满足国家自来水标准的水为水源，经过预处理系统，超滤和反渗透系统，离子交换系统，根据用户对纯水的不同要求，运用组合方式订做符合用户需求的纯水设备。同时，系统中每一个水箱都设有液位计，每一个水泵都设有压力保护装置，还有水质检测仪以及根据电气要求而采用的PLC可编程控制器，做到了真正意义上的智能化，提高了设备的性价比和可靠性。
1.3 纯水处理的工艺流程
纯水，也可以称之为去离子水，是一种运用物理和化学的手段把水中的弱电解质和强电解质去除或者降低到一定程度的水。25℃时的纯水电导率介于0.1~1μS/cm之间，其含盐量正常情况下是小于1mg/L的。现在工业生产纯水的系统都是利用各种水处理工艺相结合的方式，同时水质监测系统也配合起来使用，尽量彻底地去掉水中的杂质以达到使水纯净的目的。纯水系统一般分为预处理部分、超滤和一级反渗透部分、离子交换系统和纯水分配系统。
图1.1就是纯水处理的工艺流程图。
图1.1 纯水处理工艺流程图
图1.1中可以看出因为外网原水入水压力不够稳定，所以设置原水箱存水，以保证系统的正常供水量，然后通过预处理部分的过滤器，以此来去除水中的颗粒物，活性炭过滤器祛除原水中的有机物、胶体粒子以及部分Fe、Mn离子，接下来通过超滤反渗透给进水以脱盐和纯化，在除碳器的脱气作用下，水中残留的二氧化碳一般不超过5mg/L，然后通过中间水箱的存储以达到混床的基本入水标准，通过离子交换进一步的纯化进水以此来到达用水标准，最后通过存水箱的存放，分配给各个用水点。
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