设施农业反渗透处理设备控制系统的设计

设施农业反渗透处理设备控制系统的设计

随着国内设施农业的发展，自动控制设备被广泛应用于设施农业，以及反射水处理系统已成为重要的收获过程。目前国内的反渗透水处理系统虽然在功能上基本都可以满足农业设备的需求，但操作门槛高，日常运行需要依靠技术人员观察各类表计，并对控制部件进行相应调整，各处理环节控制分散，设备运行操作对技术人员要求专业化程度高，需要频繁巡视和维护。本设计针对反渗透水处理系统操作门槛高、对人员依赖重的问题，将专家方案内置于主控程序中，把处理设备设施运转的规律逻辑化，通过可编程逻辑控制对现场工艺传感器信号的采集和预置主控参数的比对，实现设备的智能化运转，降低了对操作人员的需求。针对设施农业种植人员对自动化设备的操控问题，本设计将三维画面及动态画面引入人机交互，用三维画面模拟设备和设施场景，用动态画面表达设备和环境的各种动态，使得设备运行直观和具有趣味性。1plc与变压器接口设施农业反渗透水处理测控系统框图如图1所示。PLC采用XL5E16T，通过A/D模块XL-2AD采集液位信号，XL-4AD2DA模块采集液位、压差、压力、电导率、流量信号，并通过4～20mA信号对加药装置进行调频。PLC与变频器通过RS485接口进行Modbus-RTU通信，根据反馈的压力设置PID恒压运行，实现运转频率的自调整，与触摸屏TPC1061Gi通过以太网通讯口进行Modbus-TCP/IP通信，进行数据交互便于对制水工艺流程的实时监控和调整。设施农业反渗透处理设备电器板如图2，包含PLC及扩展模块、DC24V开关电源、AC24V控制变压器、调试电源、电导率仪表、变频器、交流接触器、热继电器、中间继电器等。2通信配置2.1实施参数设置PLC与变频器采用Modubs通讯协议的RTU(RemoteTerminalUnits）模式，PLC和变频器的波特率、数据位、校验位、停止位等基本参数必须设置一致。变频器选用英威腾Goodrive200A系列，通过面板对功能码进行修改设，P00.01运行指令通道设置2（通讯运行指令通道）；P14.00本机通讯地址设置为2（从站地址）；P14.01通讯波特率设置为4(19200BPS);P14.02数据位校验设置为1（数据位8，偶校验，停止位1）。PLC通过对菜单栏的串口通信设置（图3）后，利用REGRK2H2100K1D100K2命令对变频器的正转、反转、故障进行读取，如图4所示。2.2彦氏机和触摸通信将PLC与触摸屏设置在同一网段内，触摸屏远程IP和PLC的IP地址设置相同，触摸屏和PLC通过网线连接RJ45口。如图5所示。3元图形画面组态软件选用选用MCGS嵌入版，为了实现界面的三维效果，运用三维建模软件solidworks对设施农业反渗透处理设备的现场布置进行建模，渲染后形成三维画面（图6），对比二元图形画面（图7），三维主体画面能更加直观表现出现场设备设施的运行状态。为达到视觉效果，运用Photoshop对管道内流体进分段绘制，保存为背景透明的PNG格式图片。运用组态软件中用位图工具将流体图片导入画面中，并对图片的可见度进行分别设置（图8），对用户窗口属性设置中的循环脚本进行编辑（图9）循环时间设置为300ms，模拟现场设备的运行状态。4控制自运转，实现自运转自运转，实现自运转自运转，测试自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转，测试自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自运转自反渗透水处理系统的核心控制程序包含：模拟量初始化及自动补水程序、砂石活性炭过滤器自清洗程序、加药量自整定程序等几部分，通过预设定参数的方式，结合传感器对现场数据的采样，实现逻辑执行自运转的效果。4.1浮点数和液位传感器偏移量计算模拟量初始化及补水程序如图10所示，程序现场采样传感器信号进行数值转换，模拟量模块1的AD输入通道1接原水桶液位变送器，将液位值（0～16383）转换成32位浮点数存于寄存器D0中，通过对空液位时触发M0上升沿计算出传感器偏移量存于寄存器HD2中，通过浮点数计算减去偏移量HD2，再乘以液位传感器量程HD0后除以K16383取得原水液存于寄存器D6中。通过浮点数比较指令ECMP，对原水液位D6与预设值原水桶高液位HD100、原水桶补水液位HD102、原水桶低复位液位HD104及原水桶低液位HD106进行比较检测出水源状态，并通过定时器T0进行延时判断，实现原水桶自动补水同时原水是否缺液将为其他核心部分提供运行依据。4.2过滤器自清洗程序砂石活性炭过滤器自清洗程序如图11所示，反渗透水处理系统的砂石活性炭过滤器自清洗程序通过对砂石活性炭过滤器进出口压差的采集，与预设定阈值HD116进行比对，通过定时器T3隔绝冲击压差和干扰，按预设时间执行设备反洗、设备正洗和设备补水流程，清洗完成后复位自清洗状态返回清洗前流程。4.3加药量的计算加药量自整定程序图12所示，RO反渗透阻垢剂添加量根据水质检验报告粗拟定预设值HD122，依据采集的处理水量D30计算出额定加药量，每T3时长进行一次微整定，根据采集的RO压差D46与拟定的砂石压差启动阈值HD118进行比对，根据差额进行偏差调整，最终通过QD10200通道对计量泵频率进行调整，达到调整阻垢剂加药量的目的，同时通过反向计算出实际加药量D134，用于观察和后期修正。5采用先进处理水处理系统进行调整5.1电源系统的调试按图纸完成现场设备的连接后，对各元器件及设备进行点动测试，观察设备响应情况，同时对各传感器信号偏差调整。5.2带负荷试验运行带负荷试运转时根据现场实际情况调整预设阈值，检验现场管路是否正常无泄漏，同时指导现场管理及操作人员设备的工作原理和注意事项。6界面的动态效果本设计通