基于PLC水处理控制系统设计

纯水在食品、电子等工业领域有着广泛的用途。由于各种原因，地球上天然饮用水的数量和质量正在逐年下降。这个问题是非常迫切的。净水市场本身也在积极地发展，并且每年都会获得大量的投资。现今工业净水的需求呈增长趋势。
所谓纯水并非指化学纯的水，而是指在一定程度上去除了各种杂质的水。用离子交换法主要去除的是水的硬度(Ca2+、Mg2+)，而并没有把水中包括非硬度盐在内的所有强电解质者去除，而且水中还存在硅酸等弱电解质以及气体、胶体、有机物、细菌等杂质，根据这些杂质的去除程度把纯水又分为除盐水、纯水和超纯水几个等级。
按生产工艺的实际需要，许多部门都提出了对纯水的要求。如在医药、精制糖、高级纸制造、合成纤维、电影胶片、电子工业、高压锅炉用水以及其他部门都要求使用除盐水或纯水。而在超高压锅炉、高绝缘材料、精密电子元件、原子能工业等则要求使用超纯水。在精密工业清洗的许多领域，水中含有微量杂质都会影响制品的精度，如属于最先进的精密工业的光学仪器、电子机械、半导体元件等领域，洗涤后冲洗用水中存在的微量杂质在干燥之后会在被洗物表面形成污点或斑迹，这是造成元件表面覆盖膜会存在气孔的原因，也是造成其导电性变差，机械性能变坏的原因。电子工业中一些精密元件的制造和清洗都要求使用高纯水心口果电子管阴极涂面混入杂质则会影响电子发射；在电视摄像管和电视机荧光屏制造过程中混入微量铜、铁等金属就会使画面变色。在半导体晶体管制造、集成电路蚀刻过程中对水质要求更高。
1
1.1
纯水在电子工业主要是电子元器件生产中的重要作用日益突出，纯水水质已成为影响电子元器件产品质量、生产成品率及生产成本的重要因素之一，水质要求也越来越高。wk.baidu.com电子元器件生产中，纯水主要用作清洗用水及用来配制各种溶液、浆料，不同的电子元器件生产中纯水的用途及对水质的要求不同。由于现代工业技术的发展，对水质提出日益严格的要求，因而直接采用原水作原料、工艺用水或生产过程用水的部门逐渐增多，制造纯水的技术也相应得到迅速发展。
在晶体管、集成电路生产中，纯水主要用于清洗硅片，另有少量用于药液配制，硅片氧化的水汽源，部分设备的冷却水，配制电镀液等。集成电路生产过程中的80%的工序需要使用超纯水清洗硅片，水质的好坏与集成电路的产品质量及生产成品率关系很大。水中的碱金属（K、Na等）会使绝缘膜耐压不良，重金属（Au、Ag、Cu等）会使PN结耐压降低，Ⅲ族元素（B、Al、Ga等）会使N型半导体特性恶化，V族元素（P、As、Sb等）会使P型半导体特性恶化，水中细菌高温碳化后的磷（约占灰分的20-50%）会使P型硅片上的局部区域变为N型硅而导致器件性能变坏，水中的颗粒（包括细菌）如吸附在硅片表面，就会引起电路短路或特性变差。
由于大规模的集成电路对水质要求很高，这对对纯水制备控制系统提出了较高要求，PLC作为传统继电接触装置替代产品，已广泛应用于工业控制各个领域。引入PLC控制器可以大大简化控制系统设计，提高抗干扰能力，增加可靠性，实现对整个系统进行水质控制， 而且极其方便连接上位机，从而实现纯水系统与厂务监控系统有机结合。纯水处理PLC的控制系统可实现工艺流程可视化，现场仪表监控，报警记录，历史趋势可调出做比较。电气设备有变频器，温度控制器，流量计。通过运行PLC控制系统，大大提高了系统设备自动化程度，降低了设备维护费用，保证了生产出连续合格的纯水，满足了集成电路生产线对超纯水的要求，保证了工厂的正常运行，效果十分理想。
纯水处理工艺流程分为预处理(Pretreatment)、生产(Make up)和抛光(Polish)3部分[2]。纯水制备当中的淡化技术有蒸馏技术，电渗析技术，反渗透技术，离子交换技术，超过滤技术，微孔滤膜过滤技术[3]。预处理部分可以包括过滤，PH调节，脱气，添加化学剂。反渗透纯水处理系统由预处理与膜系统两大部分组成。预处理系统主要是除去水中一些较粗的颗粒和杂质、悬浮物和异味、余氯、有机物等以及降低水的硬度，采用机械过滤和活性炭过滤、吸附及阻垢剂装置。膜系统能精密地滤除水中的细菌、病毒、金属离子、盐类、农药、及各种致癌物质。
目前主采用的研究技术主要采用到PLC的控制系统，PLC系统主要是进行顺序控制和过程控制。顺序控制实现PLC对原水泵、沙滤器、换热器、活性碳过滤器、阴阳离子交换塔、CO2脱气塔、紫外灯、反渗透膜、混床、薄膜脱氧器、抛光混床、超滤等组件的启动、停车及各设备间的关联控制。过程主要实现对系统温度、液位、流量、压力、电导率等工艺参数采集，以调节热水和冰水阀门开度、超纯水罐回流阀门开度、变频器频率设定、启动沙滤器和活性碳过滤器反洗、阴阳离子交换塔和混床离子再生程序。达到最佳优化控制效果。过程控制分为现场对象层、模块层和现场主控控制层。现场主控控制层通过现场总线通讯与I／O模块层连接。温度控制器、流量传感器、液位传感器、导电度变送器等通过连接电缆连接到分布式模块层，然后通过现场总线连接到PLC控制器。[6]采用PLC可编程控制器，真正做到了无人值守，同时在工艺选材上采用推荐和客户要求相统一的方法，使该设备与其它同类产品相比较，具有更高的性价比和设备可靠性。
1.
由生水制取高纯水是一个较复杂的物理、化学过程。目前用离子交换法制取纯水已在电力、冶金、化工等工业企业广泛采用。一般采用阳离子交换树脂，利用其氢离子置换水中的钙、镁等离子。阴离子交换树脂置换水中的阴离子。随着去离子过程一个周期，一个周期地进行，树脂逐渐老化，即其氢离子和氢氧离子被其它阴阳离子所置换，因此，就必须再生，阳离子交换树脂用酸类再生。采用分床再生，使失效的离子交换树脂恢复其软化的能力[1]。离子交换法是国内外一种较成熟的水处理技术，早期应用主要是作为物质分离，提纯及水质处理的手段。它是利用离子交换树脂对水中阳，阴离子的交换作用，从而将水中的电解质进行脱盐处理。这种方法具有工艺成熟，除盐率高，操作方便等优点，因此，广泛用于各种工业纯水中除盐，是当前水的脱盐的主要方法和手段。离子交换法分为复床式和混床式两种类型，前者用于制取初级纯水，后者是制取超纯水的重要装置。在制取纯水的工艺流程中采用何种再生方式是很重要的,我国在用离子交换法制取纯水系统中一般采用如下三种再生方式，即顺流再生、半逆流再生、压顶逆流再生[1]。后两种再生方式日益被广泛采用。纯水工艺中需要除去原水中的溶解的离子，二氧化硅，细菌，总有机碳，各种粒子等。除去水中的溶解离子所采用的方法有离子交换，反渗透，以及半导体生产中用的较少的反电渗析。消除二氧化硅的手段有反渗透和超过滤薄膜，解决细菌的问题目前典型的方法有多层过滤法，定期的全系统消毒，高的管道流速以及使用点过滤。使用反渗透，过滤，过氧化氢，臭氧或紫外线消毒法可以控制总有机碳。取出各种粒子常采用的办法有反渗透，微过滤和超过滤。