基于S7―200控制的臭氧发生器控制系统.doc

1、基于 S7200 控制的臭氧发生器控制系统摘 要介绍一种基于 S7-200 PLC 控制的臭氧发生器控制系统的控制原理、系统硬件组成和软件设计。实践结果表明，该系统操作方便、工作稳定、节能和安全可靠，具有较高的性价比。 关键词臭氧发生器；S7-200；人机界面；逆变电源； 中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）43-0350-02 臭氧被喻为“绿色”消毒产品，在国外已得到广泛应用，国内臭氧行业正在兴起。近年来，臭氧技术作为环保产业的一个重要组成部分，受到越来越多的人的重视，相关产品己经从饮用水处理系统拓展到污水处理、空气净化、家庭环境污染防治、医疗保健

2、等各个领域。臭氧技术作为一种新兴的环保产业在国内得到迅速的发展，工业应用的大型臭氧发生器技术日趋成熟，应用范围更加广泛。随着环境保护的呼声越来越高，工业污水处理已经体现出其必要性和紧迫性，对于各种污水处理后排放成为各企业基本的要求。在工业污水处理过程中，污水来源的不稳定以及工厂中各种污水的成分的复杂性，对工业污水处理的工艺和控制方式提出了非常高的要求。常规的污水处理工艺已无法满足各项指标，臭氧技术及“臭氧生物活性炭”深度处理工艺应用而生，是我国水处理技术的未来的发展趋势。为了满足臭氧发生器安全、稳定、节能的要求，本控制系统采用西门子 S7-200 PLC 作为主控制器。 1 控制原理 臭氧系统

3、的控制可以通过 PLC 控制柜上的人机界面手动/自动控制实现，也可以利用远程通讯接口通过工厂的控制中心实施远程监控。臭氧发生量以恒定臭氧浓度，调节氧气进气流量方式进行控制。在运行中根据要求输入一定的臭氧产量后，系统会自动调整运行中的其他参数如氧气流量，气体压力和功率使系统输出的臭氧产量和浓度达到设定要求。系统的主要运行参数如逆变电源功率、电压、电流、臭氧流量、压力、臭氧产量、出口臭氧浓度、冷却水温度等可以在人机界面上或控制中心实时读取。此外，控制系统会监控异常的运行状态，适时发出报警信号。对于某一型号的臭氧发生器而言，臭氧的产量已经确定（用户输入） ，按 150g/Nm？的标准产出臭氧浓度，可

4、以推算出氧气进气流量，调节出气电动调节阀的开度大小，就可以调节进气流量到所需要的大小，再调节逆变电源的输出功率，就可以产出用户所需的臭氧产量。 2 系统的硬件组成 系统由主电路、S7-200 控制回路、大功率逆变电源、变压器、电抗器、臭氧发生器和冷却水系统等组成，其中 S7-200 PLC 由中央处理单元CPU226、模拟量扩展模块 EM231 和 EM232、以太网通讯模块 CP243-1 和 7寸彩色人机界面 SMART700IE 等组成，S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200 系列出色表现在以下几个方面，极高的可靠性，

5、极丰富的指令集，易于掌握，便捷的操作，丰富的内置集成功能，实时特性，强劲的通讯能力，丰富的扩展模块。S7-200 系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此 S7-200 系列具有极高的性能/价格比。 系统采用高效逆变电源，保证臭氧发生器长期运行的可靠性。高频逆变电源输出经变压器升压系统输出正弦波高压，经高压电缆与发生器放电室相连。在高频高压的作用下，放电间隙产生冷态等离子体放电生成臭氧。 采用高频放电技术，大幅度提高了臭氧发生器的工作效率并且使发生器的尺寸显著减小，较国内外同等产量的臭氧发生器占地面积减少了20%-40%。变压器结合油浸与水冷方式，具有散热能力

6、更强、绝缘性能更好、事故后便于维护和保养等优点。 臭氧发生器中的冷却水由水泵抽经储水罐（另一功能为自动排放冷却系统的气体） ，通过板式换热器与工厂提供的外循环冷却水进行热交换。采用内循环的方式可以保证进入臭氧发生器的冷却水质量，不易在放电管外壁上结垢，提高换热效率，防止冷却水腐蚀管壁造成管泄漏的故障。当冷却水温度超过系统设计温度或水量不足时，系统会自动发出报警信号。保证及时臭氧发生器的散热，维持臭氧发生器的产量和浓度。 3 系统的软件设计 系统控制方式可以分为自动运行模式和手动运行模式。 3.1 自动运行模式 3.1.1 自动启动程序（以单台 15KG 氧气源臭氧发生器为例） 启动条件：臭氧发

7、生器处于自动运行模式控制状态，且以下条件都满足时启动臭氧发生器：无急停关机信号，进气压力在 0.4-0.6MPa 之间，氧气进气流量100.0Nm？/h，臭氧混合气出气温度45，臭氧发生器内循环回水温度39，臭氧发生器内循环回水流量30m？/h，变压器冷却水进水流量3.1m？/h，变压器温度无报警信号，臭氧泄露报警仪浓度100.0m？/h，则开始进行吹扫，是为了稳定氧气流量和压力，吹走臭氧发生器内部及管路内部水分，吹扫 15 分钟后，提示完成吹扫信息；否则，提示吹扫失败信息，开机程序等待。 3）逆变器电源开启，输出功率从 10%逐渐调节上升，每隔 5 秒输出功率增加 10%，直到臭氧产量满足要

8、求. 3.1.2 自动正常停机程序 每 5s 按额定功率 10%的幅度降功率至额定功率 10%，关闭臭氧发生器逆变电源输出，出气气动调节阀开 50%的开度，吹扫臭氧发生器，是为了吹走发生器内部的臭氧，5 分钟后同时关闭出气气动调节阀、进气气动开关阀、关闭循环水泵。 3.1.3 报警控制 1）进气管线上设有压力变送器，压力变送器设定高高（HH）压力联锁控制紧急停机关闭臭氧发生器和低低（LL）压力联锁控制正常停机关闭臭氧发生器，压力变送器设定高（H）和低（L）压力报警控制，但不关闭臭氧发生器。 2）进气流量低报警，流量读数直接标定到标况状态下的读数，进气流量低-45时，露点高报警输出；当露点-40

9、时，按正常停机程序关闭臭氧发生器。 4）出气管线上设置温度变送器，检测出气的温度大小，当该温度变送器检测出气温度高高（HH） （45）时，按正常停机关闭臭氧发生器；当该温度变送器检测出气温度高（H） （40）时，高温报警输出，但不停机。 5）冷却水循环管线上设置温度传感器，检测冷却水出水温度，当出水温度39时，冷却水温度高报警输出，但不停机。 6）冷却水循环管线上设有流量开关，检测循环水流量，臭氧发生器内循环回水流量0.1ppm（VOL）时，臭氧泄露报警输出，当臭氧泄露报警仪浓度0.2ppm（VOL）时，按正常停机程序关闭臭氧发生器。 3.2 手动运行模式 根据需要手动开启每一部件。 参考文献 1 路林吉，王坚，江永康.可编程控制器原理及应用.北京：清华大学出版社，2002. 2 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子S7-200 PLC.北京：北京航空航天大学出版社，2007. 3 曲永印.电力电子变流技术.北京：冶金工业出版社，2009.