PLC系统在水处理方面的应用论文

某高速线材工程自动化控制系统

作者：曹汉英

（中冶华天南京工程技术有限公司自动化所）

[摘要]：基于西门子S7-400自动化系统，整合了高线工艺理论的条件，对高线车间各电控设备按划分区域配置PLC的控制思想及其之间通讯给予介绍。现该系统运行稳定。本文仅就此车间的自动控制系统本身配置状况、配置原则等展开概述。 [关键词]：自动化系统、配置状况、配置原则

★ 引言：某高速线材工程于2008年筹备建设，是由中国冶金科工集团中冶华天南京工程

技术有限公司负责其工艺布置和工厂设计的总承包工程，其中自动化系统由我院电气专业负责工艺设计。电气设计及调试工作由中冶华天南京工程技术有限公司自动化研究所承担。该生产线于2010年1月底热负荷试车成功。现运行状态良好。

1. 高线车间的PLC布置状况：

该生产线的水处理工作包括：主轧线在生产轧制过程中，在线设备和轧件均需用水进行冷却以及将轧制过程产生的氧化铁等用水冲到一个指定位置，并对其进行进一步处理的实现过程。在水处理中，分为浊环水处理及净环水处理两部分。前者是指在使用过程中水质产生变化需经过旋流池沉淀处理方能再次使用的管路水源，后者指主要用于在管道内循环，不与其它介质接触，循环过程是经过各个用户后水温度升高，利用净水冷却塔降温后回到净水井，再由泵房那的泵输送到各个用户且水质不发生变化的管路水源。所有自动化系统控制的泵组均为两用一备或三用一备的方式投入生产运行。浊、净水均实现闭路循环。考虑到生产过程水的损耗，采用净水补充。 2. 自动化系统概述：

该高线大盘卷工程设计年轧制高速线材80万吨的一个轧钢厂水处理区域的设备主要提供轧制过程中的生产用水。其整个水处理车间的PLC自动化系统由2级网络组成：

① 工业以太网层：工业以太网层是使用西门子光纤以太网，将本控制系统与高线厂水处理 系统联在一起。上位机人机界面采用西门子WIN-CC画面软件；采用光交换网络来构 建交换网络，将2个网段连接到光交换网络。

② 现场总线控制层：使用西门子的PROFIBUS—DP总线网络，DP主站由一台S7-300主

PLC承当，DP从站由S7-300主PLC下挂4个ET200远程站，此外另有十三台施耐德变频器来也挂在此网段上。并且将旋流池以及污泥脱水的S7-200自动化系统也通过光纤转DP的方式联入了自动化监控系统，对全厂的水处理都可以直观的监控实时状态。最大程度减少现场布线，使系统便于维护，缩短了响应时间和提高抗干扰能力，由于留有了一定数量的备用点，系统的扩展性也得到了提高。

该自动化系统系统具有自诊断故障、自动投入备用泵运行、报警、事件的检测和管理功能，系统提供了丰富的报警提示和详细应用的记录和数据采集能力。使操作人员的工作效率得到了大大提高，且一旦发生紧急情况或故障，可以快速的找到故障点。以便于尽快的排除故障，恢复正常工作状态。自动化系统配置图如下：

POWER 315CPU CP- 343 DI DO …... 以太网 Profibus-DP转光纤转Profibus-DP通讯 Profibus-DP通讯 ET200 ET200 ET200 ET200 变频器 变频器 S7-200 变频器 S7-200 变频器 变频器 变频器 变频器 变频器 变频器 变频器 变频器 变频器 变频器

3.自动化程序控制思路：

控制系统中的自动化程序通过PLC中的315-2型CPU扫描程序块中的逻辑控制功能块来实

待机状态 泵运行命令 YES 阀门已关到位 NO NO 泵电机先行启动 电机软起结束转入旁路运行或变频器设定转速已达到 泵所属阀门开启，直到开到位，泵阀达到正常运行状态 关泵命令 泵所属阀门开启到位，泵 阀达到正常运行状态 YES 阀门先行关闭到位，并将阀门关到位信号发送至PLC 泵电机停机，返回至待机状态 附：泵阀逻辑控制流程图

现顺序联锁控制。首先就是泵阀的联锁动作的协调性，这也是水处理调试中最要注意的一点。为防止起泵时带载启动对电机的伤害和关泵时水锤对泵的伤害，在编写程序时，此作为重点项目，起泵时，首先泵的电机先行开启，待到避过软起动器的软起时间后转入正常

运行后，再打开阀门，直到开到位为止。变频器带动时同理。即达到设定转速稳定后，方可开阀门。若阀门初始为打开状态，则泵不能够启动。关泵时则为了避免水锤对泵本身的伤害，要先关闭阀门，带阀门关闭到位信号到达后，以此信号作为停泵的触发信号。当泵组未运行时，若池内水位过低，则在程序中进行判断，低于警戒值，则不能够按照正常的起泵信号来开启泵组。若运行过程成水位降低至一定报警值时，在WIN-CC画面上则开始在具体的水池内变色报警。提醒操作人员注意补水或进行其他辅助工作以保证泵组的正常运行。若水位仍然持续降低到一定数值。则泵组即会自动停机。除此之外，WIN-CC画面上还提供了压力、流量的超标报警提示。该水处理系统的特别之处在于，其系统中集成了泵组电机运行时变频和软启动的双驱动模式，均可实现单独带动，亦可实现互为备用模式。若泵组运行时，软启动器出现故障，则PLC检测到其故障后自动使用变频器备用带泵启动运行工作。反之则软起动器也可以带动出现故障的变频器带泵运行。且此次使用的施耐德变频器自身即具有PID（比例为分积分）调节功能，可人工设定压力、流量、液位等固定值，由变频器内的单片机自动进行PID（比例为分积分）演算来调节电机转速控制泵的进、出水速度。其调控相当精准。调控的数值非常稳定，堪称该系统的亮点。PLC自动化流程图见附图。 4.结束语：

该高线水处理系统从2009年8月调试完成至今，运行状态良好，系统性能稳定。对轧线车间的供水工作完全由PLC自动化程序自行完成。除起正常停泵外无需人工操作，大大节约了人力成本和工作效率。为轧线安全和稳定的生产提供了的保障。对高速线材的生产效益提高起到了正面的作用。

【参考文献】

1. 李方园·《PLC行业应用实践》[M]。中国电力出版社，2007

2. 柴瑞娟，陈海霞·《西门子PLC编程技术及工程应用》[M]。机械工业出版社，2006 3. 高钦和·《可编程控制器应用技术与设计实例》[M]。人民邮电出版社，2004

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