摘要：轧钢厂工业污水处理主要包括加热炉净环、电机冷却水净环和浊环等处理过程。一般采用以PLC为核心的工艺过程自动监控系统,实时控制加药装置、水泵、电动阀等设备及各反应段时间,使水质达到循环利用的目的。在水处理系统中,现场控制设备分布范围广,如果采用传统的控制方案,势必要敷设大量的控制和信号电缆,使系统复杂化,且可靠性降低。采用现场总线技术,则可以降低成本,同时提高系统的可靠性,使系统易于扩展和维护。
关键词：PLC控制系统；轧钢车间；水处理应用
前言：
本文主要介绍了PLC技术在轧钢车间水处理中的应用。通过PLC技术组成的水处理系统通过集中管理提高生产效率，又能通过分散控制大大降低故障发生率，该类型的水处理系统运作模式具有典型示范作用和一定的通用性，具有广阔的应用前景。
1系统组成及功能设计
在进行系统设计时,水处理控制系统与下层控制设备考虑了良好的接口,同时也考虑了与上层管理系统集成的接口,使系统具有可扩展性。系统上位机采用高可靠的工业微机,下位机采用SIEM ENS可编程序控制器(PLC),现场检测仪表和执行机构采用具有Profibus通讯功能的设备,与PLC通过通讯进行数据交换,从而可将系统网络划分为管理网、控制网、现场网。
1.1管理网
在管理级配置了两台安装有S iem ens公司W inCC监控组态软件的冗余服务器,两台服务器互为备用,从而大大提高了系统的可靠性。服务器选用大型网络关系数据库,采用客户/服务器的体系结构,以满足开放、分布式数据库管理方式的要求。同时配置了多台装有W inCC运行版的PC机作为监控操作站,完成对水处理过程各部分的管理和监视。监控操作站具有远程控制操作功能、状态显示功能、数据处理功能、报警功能、报表功能、通讯功能和冗余功能等。
管理网现场总线选择Profibus FM S总线,冗余服务器作为Profibus FM S现场总线的主站,通过CP通信模块与Pro fibus FM S现场总线连接。
1.2控制网
PLC控制器是整个系统的核心,实现上位计算机与现场仪表的连接和逻辑关系的处理与运算,因此采用两个S iem ens公司CPU315 2DP型PLC组成冗余控制器,一个为主站,一个为备用站。两个PLC之间通过并行总线通讯,进行信息交换,相互监视,实现双机热备冗余。其主要功能是接受管理网的参数或命令,对水处理生产过程进行控制,同时将现场状态输送到管理网的服务器和监控计算机。每台PLC上安装一块Profibus FM S通信模块CP与Profibus FM S现场总线连接,PLC作为Pro fibus FMS现场总线的从站,也是控制系统的下位机,通过总线与上位机通信。S iem ens公司S7 315-2DP型号PLC具有Profibus DP网络通讯接口,可作为Profibus DP现场总线的主站。在两个S7 315-2DP主站建立冗余配置的Profibus-DP现场总线系统,与控制现场的远程分布式智能I/O模块连接,实现与现场设备和传感器通信。
1.3现场网
现场网主要由一次仪表(如液位计、压力传感器、温度传感器和流量计等)、执行机构等组成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其功能主要是对系统设备的状态、传感器参数进行监测,并把监测到的数据上传;接受控制级的指令对执行机构进行控制。设计采用P rofibus DP通讯模式将PLC的远程I/O站ET200M、现场仪表、现场执行机构与PLC控制器连接。
显示画面：液位、压力、流量、温度采用集中与分散结合的显示方式。常规显示为数值，将所有模拟仪表的量集中显示在一个屏幕上，值班人员可一目了然的监控所有仪表。运行过程中监测到的液位、压力、流量、温度参数超出正常范围时，发出声、光报警，并在相应的画面上显示故障类别，以便操作或维护人员及时处理。
1.4控制站主要配置
水处理系统控制站主要配置：主控制卡1块（SP243X）；模拟量输入模板（SP313X）；数字量输入模板（SP331）；数据转发卡（SP233）；数字量输出模板（SP364）；模拟量输出模板（SP233）。主控制卡是控制站的核心，可以冗余配置，保证实时过程控制的完整性。主控制卡的高度模块化结构，用简单的配置方法实现复杂的过程控制。操作站可根据水处理情况，制作水处理工艺流程图、过滤间工艺流程图、主要参数的历史趋势图、调整画面及分组控制图等，动态显示反映水塔水位、水池水位、过滤间压差等工艺参数和各类泵、阀门等设备的运行状况，同时对这些数据具有实时及历史记录，因此，技术人员可以很方便地对生产运行情况进行分析控制。例如，过滤间的反冲洗可通过操作站的报警、显示进行反冲洗控制。
2 PLC自动控制系统在水处理中的应用和调试
PLC主要是指数字运算操作电子系统的可编程逻辑控制器，用于控制机械的生产过程，专为工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC的硬件结构基本上与微型计算机相同，由中央处理器（CPU）、存储器、电源组成。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
PLC自动控制系统在净环水处理过程中，可设4个控制站，即净环泵站、冷却回水提升泵站、彩板冷却回水提升泵站和雨污水泵站；并可根据装置工作需要，选用性价比较高的的S7-300系列的可编程控制器来构建控制系统。净环泵站PLC和雨污水泵站PLC中CPU采用CPU 315-2DP，并且净环泵站PLC带有2个扩展机架，彩板冷却回水提升泵站PLC和炉子冷却回水提升泵站PLC中CPU采用CPU 313C-2DP。这4套系统之间可采用Profibus-DP网连接。监控站可选用工业控制计算机和高性能工业监控软件视窗控制中心（WinCC），完成整个系统的工艺流程、设备运行状态的显示和监控、曲线的显示、历史数据的保存、权限管理、操作查询、报警、打印等功能。其中一个上位机用以监控净环水泵站、冷却回水提升泵站和彩板冷却回水提升泵站的生产工艺过程，另一个用来监控雨污水泵站的生产，同时2台上位机互为备用，提高系统的可靠性。净环水处理PLC自动化控制系统的软件包括上位机、下位机设计两部分；4个泵站分别采用现场、集中两种操作方式，在集中操作中，又分为手动和自动两种操作方式。
PLC自动控制系统在浊环水处理过程中，以选用GSL-3高速过滤器为例，并对其工作和反洗流程配置PLC系统控制器实现自动控制进行说明。此PLC系统选用的SU-GB可编程控制器，其性能价格比较高，由于与数显仪表配合使用，节省了模拟量输入模块配置，其开关量输入91点，开关量输出106点。PLC控制模拟盘阀位均采用变色发光管指示，红色为开，绿色为关，黄灯闪烁为故障报警，控制室手动信号由仪表盘引来，节省了手动操作箱。电磁先导阀为二手设备l10 V AC供电，驱动蝶阀的开关动作。该PLC控制系统不仅具有流体的压力、压差、流量显示及供反冲洗冷水井和反冲洗排水泥浆槽的液位检测、显示功能，而且具有完整的故障诊断及处置功能、声光报警功能，通过模拟屏可随时了解整个过滤器系统的运行情况。另外，该系统控制程序采取梯形图式及级式程序并用方式进行编程。程序中主要功能调试包括：蜂鸣器报警消音功能的实现；拔盘置敷定时及LED显示；进入某一过滤器自动反洗级条件处理；反洗过程中由模拟盘显示参数状态。
3结语
在污水处理控制系统中采用现场总线改变了传统的全模拟量传输的方式,在现场总线级实现了数字量传输,达到了提高信号传送精度,增强现场控制灵活性,降低现场仪表初装费和设计施工费用,减少电缆敷设,便于维护和扩展的目的。该自动控制系统提高了污水处理的效率和效果,同时降低了能耗,取得了良好的经济效益与社会效益。
参考文献：
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[2]成鹏飞.彭依章.轧钢厂水处理自动控制系统［J］.矿业研究与开发，2005（5）：57-64.
[3]孟红莉.基于Profibu s-DP现场总线技术的6SE70变频器群控系统[J].自动化技术,2002.
论文作者:侯丽娜
论文发表刊物:《防护工程》2019年第7期
论文发表时间:2019/10/29
标签：泵站论文; 系统论文; 水处理论文; 现场论文; 功能论文; 操作论文; 回水论文; 《防护工程》2019年第7期论文;