纯水净化系统电气设备的自动化改造与未来发展探析

摘 要：采用科学的纯水净化工艺和专业的纯水电气控制设备可以为获得健康用水提供有力保障，鉴于工厂和生活中的纯水净化系统使用的都是传统继保电路控制，作为设备的使用者或管理人员需要亲自到现场进行操作和维护，出于保障人身安全和提高设备自动化程度的考虑选择使用plc和组态软件来实现现场变量信息数据采集和远程控制，既可以提高工作效率，保障现场操作者、管理人员的人身安全，又可以实现远程控制、系统在线实时监测、报警等多项功能。

关键词：水处理  反冲洗  plc  组态  智能感知

Automation Reform and Future Development of Electrical Equipment in Pure Water Purification System

LI Songtian

（Zhaodong Xinghu Biotech Co.， Ltd.， Zhaodong， Heilongjiang Province， 151100 China）

Abstract： Adopting scientific pure water purification process and professional pure water electrical control equipment can provide strong guarantee for access to healthy water. Since the pure water purification system in the factory and life uses traditional relay protection circuit control， the user or manager of the equipment needs to personally go to the site for operation and maintenance. In order to ensure personal safety and improve the automation degree of the equipment， plc and configuration are selected to realize on-site variable information data acquisition and remote control， which can improve work efficiency. It can not only ensure the personal safety of on-site operators and managers， but also realize remote control， system online real-time monitoring， alarm and other functions.

Key Words：Water Treatment; Backwashing; Plc; Configuration; Intelligent perception

本文通過对水处理系统的自动化升级改造实现了远程组态控制和自动报警功能[1]，系统水源由自备水井提供，经过滤、杀菌装置处理后由设备间内设置的水箱经二次加压设备加压供给厂区或生活建筑使用，改造前水处理系统通过变频器、液位传感器来实现自动供水控制，操作者只能在现场对电气设备进行操作，局限于设备的自动化程度，对现场的设施、设备情况不能智能化地远程操作与维护。改造后水处理系统可在远程电脑界面实现实时监测，同时通过组态界面可以实现自动加压供水、自动正/反冲洗、报警3种功能[2]，自动化程度和工作效率得到提升，现场操作人员安全系数也得到了保障[2]。另外，因本文采用了plc、组态软件进行自动化升级改造[3]，从节约成本选取最优方案考虑[4]，如果想对电气系统添加新的使用功能，只需在现场安装各种电气仪表，然后在plc中添加逻辑程序[4]，组态软件添加新点位即可实现新功能。

1 现有纯水净化系统的工艺和电气控制原理

1.1工艺

纯水净化系统由潜水泵使水源经过前处理过滤器处理后引入原水箱[5]（潜水泵由于所处地理位置较低，潜水泵房要增设自动排水装置，比如液位继电器、交流接触器、空气开关、热继电器、液位线按照自动排水接线图配好线，调试合格后投入运行）。通过加压泵、多介质过滤罐、超滤过滤器、紫外线照射杀菌装置处理后流入纯水箱[5]，经过净化的纯水在稳压泵的作用下送往厂区或生活建筑使用。本系统运行时，通过对纯水水质的检测，要定期对多介质过滤罐进行反冲洗，必要时对系统中的前置过滤器、多介质过滤罐、超滤过滤器内的过滤耗材进行更换，以保证过滤后的纯水水质达标。

1.2电气控制原理

通过选择开关来进行手/自动控制转换[6]，当选择手动时通过交流接触器自锁控制水泵运转，停止按钮接在所控制水泵二次回路的线圈侧来控制接触器停止运行;当选择自动控制时，变频启动二次回路接通，变频器通过水箱液位的反馈信号来控制水泵交流接触器的启停;当选择停止位置时，手动和自动二次回路的交流接触器线圈均失电并断开一次回路，水处理系统电气设备停止运行[6]。

2 电气升级改造所需电气元件和变量确定

2.1改造所需电气元件

空气开关6个、急停开关1个、液位继电器1个、电磁继电器4个、交流接触器5个、热继电器5个、接线端子排1个、运行指示灯6个、压力仪表控制器1个、电压表1个、电流表1个、选择开关4个、西门子s7-200 plc 1个[7]、工控电脑一套（安装组态王软件）、反冲洗泵1个、一次加压泵（一用一备）2个、二次供水稳压泵（一用一备）2个、变频器1个、手动启/停开关各6个、自动调节阀门11个。

2.2现场所需采集信号变量

原水箱液位，纯水箱液位，一、二次供水压力，一、二次加压泵以及反冲洗泵温度，一、二次加压泵管网介质流量。

3 改造后系统工艺流程以及连锁、报警程序

3.1自动加压供水程序

当组态界面选择自动加压供水时，通过plc程序中的连锁关系[8]，如原水箱液位低于设定的下限值时，启动潜水泵为原水箱补水到相应液位后，潜水泵停转。同理，当纯水箱液位低于设定的下限值时，启动一次加压泵为纯水箱补水到相应液位后，一次加压泵停转。纯水箱往厂区或生活建筑供水时所使用的二次加压泵自动供水动作与上述逻辑关系同理，通过检测水箱液位信号控制加压泵运转以实现二次自动加压供水的目的。

3.2自动正/反冲洗程序

当在组态界面选择反冲洗时，通过plc程序中的连锁关系[8]，现场每个多介质过滤罐上的4个自动调节阀门上的排水阀门，反冲洗泵和原水箱上的液位压力信号联动，当原水箱液位下降到下限值时，一次加压泵动作进行供水，同时反冲洗停止，否则反冲洗持续动作30min后再正洗15min，流程结束后正反洗动作复位，经过正反冲洗达到对水质的控制要求[9]。

3.3报警程序

（1）当二次供水管网压力低于0.3MPa时，组态界面供水管网低压报警指示灯动作，说明此时加压泵出现故障，亦或现场设施出现漏水点，提示操作人员去现场维修。

（2） 当二次供水管网压力高于0.3MPa时，组态界面供水管网高压报警指示灯动作，自动泄压阀门打开，当压力稳定到0.3MPa时，泄压阀门关闭，系统恢复到正常供水状态。

（3）当一、二次侧加压泵温度过高时，泵上报警指示灯闪烁动作并按报警连锁程序自动切换到备用加压泵继续使用，以实现24h不间断供水。

在这里也要说明下现场控制柜原有的继电动作电路，本现场控制柜通过1拖2变频器、原水箱/纯水箱液位信号变送器来控制现场的一、二次加压泵自动为水箱补水，同时1/2号变频交流接触器以及1/2号工频交流接触器这4个接触器在硬接线和plc编程时要注意相互之间的互锁关系[9]，保证现场/远程操作时水泵不要误动作，现场1/2号加压泵、潜水泵、反洗泵这4个热继电器要根据现场水泵功率大小设置好正确的保护动作电流值[9]。

4 现场联动调试运行与故障处理

硬件接线以及plc编程、组态配置工作结束后就进入到现场实际运行调试阶段，调试前要对各电气元件的接点进行反复检查确定没有错接、漏接或短路现象发生再送电运行，调试时，将plc选为运行状态，通过在线监测对程序和接线进行修改调试，调试过程中要注意程序动作的逻辑关系是否正确，另外现场中的硬接线如急停、交流接触器、电磁继电器等的线圈接点要作为重点排查对象。

5 水处理电气自动化改造在生产、生活中的应用与发展

（1）农田大面积自动灌溉时水质的前处理系统。

（2）药厂或化妆品生产企业所需EDI超纯水制备的纯水净化系统。

（3）自来水厂的纯水净化系统。

（4）污水处理厂的纯水净化系统改造。

（5）矿泉水或化工生产中需要使用纯水净化系统的企业。

6 结语

在此次纯水净化系统的电气设备自动化升级改造中，笔者运用自己所掌握的电气知识结合现场实际进行图纸设计、配件选型、安装和调试运行，理论与实践相结合，既巩固了理论，同时也锻炼了自己的实践能力，在实际操作中遇到了许多困难也在自己的努力下一一克服。生产和生活中采购电气设备出于成本的考虑会经常使用传统继保电路控制装置，自动化程度和安全系数都较低，经过加装plc和工控组态设备改造后实现了远程操控，既提高了自动化程度，又避免了现场直接操作电气设备的危险系数，保障了现场操作者和使用人员的人身安全，在使用前景方面也有很大的发展空间。

参考文献

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[3]崔亚，陈禹默，宋剑萍.校园供水系统智能管理的问题研究[J].科技资讯，2021，19（15）：36-39.

[4]石成成. 伺服系统内嵌式运动控制型PLC的研究[D].武汉：华中科技大学，2020.

[5]王新文.《水质工程学2》课程线上教学探讨与实践[J].文化创新比较研究，2021，5（20）：102-104，110.

[6]廖常初.PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2005：66-69.

[7]王兆义.小型可编程控制器实用技术[M].北京： 机械工业出版社，2002：33-35.

[8]党玉洁.浅谈电气工程及其自动化的质量控制与安全管理[J].科技资讯，2021，19（4）：40-42.

[9]赵克丽.以成本最优为目标的电力系统灵活调节产品优化配置研究[D].吉林：东北电力大学，2021.

作者简介：李松天（1985—），男，本科，助理电气工程师，研究方向为电气仪表自动化。