菲律宾IWIS公司预处理全自动混床控制系统开发研究

引言

菲律宾IWIS公司作为当地知名的工业企业，其生产过程中对高纯度水的需求日益增长。预处理全自动混床控制系统是保障水质达标的关键环节，传统手动操作存在效率低、水质波动大等问题。为此，开发一套全自动混床控制系统，实现预处理与混床再生过程的自动化控制，对提升IWIS公司水处理系统的稳定性和经济性具有重要意义。

1. 系统需求分析

1.1 工艺概述

预处理全自动混床系统主要包括多介质过滤器、活性炭过滤器、阳离子交换器、阴离子交换器及混合离子交换器（混床）。原水经预处理去除悬浮物、有机物后，进入混床进行深度脱盐，产出高纯水。混床运行一段时间后需进行再生，包括反洗、分层、酸碱再生、置换、混合及正洗等步骤。

1.2 控制要求

• 自动运行：根据水质参数（如电导率、流量）自动启停设备，实现无人值守。
• 再生全自动：依据设定的产水量或压差自动触发再生程序，精确控制再生液的浓度、流量和时间。
• 安全联锁：具备液位、压力、温度等安全保护，防止设备损坏。
• 数据记录与远程监控：实时采集运行数据，支持上位机监控和历史数据查询。

2. 控制系统总体设计

2.1 系统架构

采用以PLC（可编程逻辑控制器）为核心的控制架构，结合触摸屏人机界面（HMI）和上位机SCADA系统。现场仪表（电导率仪、流量计、压力变送器、液位计等）将信号送入PLC，PLC根据逻辑程序控制气动阀门、水泵、酸碱计量泵等执行机构。

2.2 硬件选型

• PLC：选用西门子S7-1200系列或同等性能产品，具备足够的I/O点和通信接口。
• HMI：7英寸彩色触摸屏，实现参数设置、状态显示和报警记录。
• 仪表：高精度电导率仪（0-20μS/cm）、电磁流量计、压力变送器、雷达液位计等。
• 执行机构：气动隔膜阀、酸碱计量泵（带变频调节）、反洗水泵等。

2.3 网络与通信

PLC与HMI通过以太网通信，同时预留Modbus TCP接口，方便与上位机或DCS系统集成。

3. 控制策略与软件设计

3.1 自动运行控制

• 启停控制：根据纯水储罐液位自动启停混床系统。液位低于设定下限时启动，高于上限时停止。
• 水质监控：在线电导率仪实时监测产水水质，当电导率超过设定阈值时，自动切换至备用混床（如有）或触发再生程序。
• 流量调节：根据用水需求，通过变频器调节进水泵频率，保持恒定产水流量。

3.2 全自动再生控制

再生程序采用步序控制，每步设定时间或条件触发：

1. 反洗：打开反洗排水阀、进气阀，启动反洗泵，按设定时间反洗，去除层内悬浮物。
2. 分层：对于混床，先进行反洗分层，利用阳树脂和阴树脂的密度差，使树脂分层。通过监控树脂层高度或时间控制分层效果。
3. 酸碱再生：分别打开酸、碱计量泵及相应阀门，控制再生液浓度（酸3-5%，碱2-4%）和流量，按设定时间进行再生。
4. 置换：用纯水置换残留酸碱，时间根据电导率或设定时长确定。
5. 混合：打开进气阀和排气阀，用压缩空气将阴阳树脂混合均匀，时间约5-10分钟。
6. 正洗：以产水方向冲洗至出水合格（电导率＜0.2μS/cm），通常需10-20分钟。

再生过程由PLC顺序控制，HMI上可设置各步时间、浓度等参数，并具备手动单步操作功能，便于调试和维护。

3.3 安全联锁与报警

• 酸碱储罐液位低限报警并禁止再生。
• 产水电导率超标报警并自动停止供水。
• 各泵过载、阀门故障反馈等报警。
• 再生过程中断（如停电）恢复后，需人工确认后继续或重新开始。

3.4 HMI界面设计

• 主画面：工艺流程动态图，显示各设备状态、水质参数、液位等。
• 参数设置画面：运行参数、再生参数设定。
• 报警记录画面：历史报警查询。
• 趋势图画面：关键参数（电导率、流量）实时趋势。

4. 系统调试与运行

4.1 调试步骤

• I/O检查：核对所有输入输出点接线正确。
• 手动测试：逐一测试阀门、泵的动作，确认无异常。
• 参数整定：根据实际水质调整再生液浓度、时间等参数。
• 自动运行测试：模拟各种工况，验证自动逻辑的正确性。

4.2 运行效果

系统投运后，实现了预处理和混床的全自动运行，再生过程无需人工干预。产水电导率稳定在0.1μS/cm以下，再生酸碱消耗较手动操作降低约15%，同时减少了人为误操作风险，提高了供水可靠性。

5. 结论

针对菲律宾IWIS公司水处理需求开发的全自动混床控制系统，采用PLC+HMI架构，实现了预处理和混床再生的全自动控制。系统运行稳定，水质达标，操作维护简便，显著提升了水处理系统的自动化水平和管理效率。该方案可为同类工业水处理系统的自动化改造提供参考。

参考文献

[1] 西门子S7-1200可编程控制器系统手册. 西门子（中国）有限公司, 2020.
[2] 工业水处理技术. 化学工业出版社, 2018.
[3] GB/T 12145-2016 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量. 中国标准出版社, 2016.