基于AB—PLC的軟水密閉循環系統自動控制設計

熊慧

摘 要：介紹了邯鋼新區煉軋水處理站的軟水密閉循環自動控制系統，詳細描述了該系統的工藝流程、控制方式，并重點介紹了膨脹罐的工作原理和控制方案。實踐證明，該系統設計合理，運行穩定、可靠。

關鍵詞：軟水密閉循環；膨脹罐；AB PLC系統；自動控制

前言

作為鋼鐵生產工藝流程中的一個重要環節，水處理在整個煉鋼軋鋼的自動控制系統中有著舉足輕重的地位。它的工作狀態將直接影響用戶機組運行的安全性與經濟性，并影響整個煉鋼軋鋼生產過程的穩定性與可靠性。由于水處理控制系統點數多，工況相對來說比較惡劣，在傳統的控制技術下，系統效率較低，可靠性差，達不到期望的控制效率；而可編程邏輯控制器即PLC結構緊湊、擴展性能良好、性能價格比高、運算指令豐富、編程簡單、抗干擾能力強、可靠性高，在工業控制領域得到越來越廣泛的應用[1]。文章針對水處理系統中軟水密閉循環自動控制系統的要求，結合可編程邏輯控制器的特點，介紹了一種基于AB-PLC控制的軟水密閉循環自動控制系統。

1 軟水密閉循環系統工藝流程

軟水密閉循環冷卻是在20世紀60年代后期發展起來的新的冷卻方式，以其供水水質好、運行壽命長、能耗低和維護方便等特點，在國內鋼廠中得到普遍應用。邯鋼新區煉軋水處理站中全部采用了帶有板式換熱器的軟水密閉循環系統對大型設備進行冷卻。

軟水密閉循環系統主要由軟水供水泵組、板式換熱器、膨脹罐、管路等構成。低溫循環水由供水泵組送至連鑄用戶使用后，水溫升高，經板式換熱器與二次冷卻水進行熱交換后溫度降低，之后便可再次送連鑄用戶使用。軟水密閉循環冷卻系統內的冷卻水，隨著溫度變化體積也發生變化。為了保證系統壓力的穩定和正常運行，該系統設有膨脹罐。膨脹罐的主要作用是：吸收系統中由于介質的溫度波動而引起的體積變化量；在膨脹罐里充填一定量的氮氣，通過控制氮氣的工作壓力來達到系統定壓的目的，當介質溫度較高時，為防止內部汽化，采取提高系統工作壓力來增加介質的欠熱度，從而保證冷卻的可靠性。膨脹罐內的氮氣壓力大于系統中的最高工作壓力[2]。

2 控制系統

本系統采用PLC+上位機控制方式，系統分為三層：上位機監控層、PLC控制層、由各檢測儀表及執行機構等組成的過程檢測及執行層。控制系統主機采用A-B公司的Logix5000，控制系統和上位機由以太網相連，軟件平臺為RSView32。現場檢測儀表的模擬量、開關量等信號接入A-B公司的輸入/輸出模塊，再通過A-B公司的設備控制網DeviceNet協議與PLC通訊。

工藝要求自動控制系統對全部水處理生產過程及設備進行實時數據采集、系統監控和操作。主要控制系統功能設計要求如下：

2.1 介質監測

每臺水泵的出口支管裝有壓力開關，供水干管上裝有壓力、流量、溫度等檢測儀表。板式換熱器進、出水管上設有壓力、水溫的測量、顯示和記錄。膨脹罐、事故水塔和軟水池有水位測量報警裝置。這些測量參數均可在水處理站的控制室電腦畫面上顯示出來。

2.2 供用戶水泵組

供用戶水泵組共設3臺水泵，2用1備。每臺水泵設機旁手動和控制室集中手動、聯動。水泵同其出口壓力連鎖：正在工作的水泵壓力下降到0.6MPa 時，備用泵啟動，該泵停止。水泵同電機的定子繞組、軸的溫度連鎖，當溫度達到95℃時報警。正在工作的水泵中任何一臺發生故障時，備用泵自動投入工作，原工作泵停止工作。

2.3 供用戶水泵出口電動閥

供用戶水泵出口電動閥門共3臺，設機旁手動和控制室手動、聯動。開泵時電動閥同其出口壓力連鎖：工作的水泵壓力達到0.5MPa 時，開閥；停泵時，先關閥，再停泵。

2.4 膨脹罐

膨脹罐進水、進氣、排水、排氣閥均設機旁手動、控制室手動、聯動。膨脹罐水位需穩定在一定范圍之內，罐內壓力也需穩定在一定范圍之內。

3 膨脹罐的自動控制

由于膨脹罐在本系統中的作用至關重要，其運行狀態直接影響到用戶的生產，因此本節著重闡述膨脹罐的工作原理以及控制方案。

膨脹罐是一個20m3的容器，罐高6300mm。在膨脹罐的外側有一高5500mm的翻板液位計，并裝有5個音叉開關，分別表示低低水位2100mm、低水位2665mm、正常水位3280mm、高水位4329mm和高高水位4854mm。膨脹罐底部裝有一臺差壓液位計用來測量罐內液體的液位，其頂部裝有一臺壓力計用來測量罐內氣體的壓力。與膨脹罐相關的閥門分別為：氮氣進氣切斷閥，氮氣排氣切斷閥，進氣閥與排氣閥之間的氮氣調節閥，膨脹罐補水閥，膨脹罐排水閥。

3.1 膨脹罐的水位控制

當蒸發污水排放及物理、化學侵蝕等引起閉路循環系統冷卻水漏水時，膨脹罐水位降低，需要對膨脹罐進行補水。如果膨脹罐的水位低于低液位，則補充水泵開啟一臺，同時補水閥門打開，補充水由軟水池流入膨脹罐內。如果水位繼續降低并且到達低低液位，則控制室監控畫面會發出聲光報警，同時再啟動另一臺補充水泵，兩臺泵同時給膨脹罐補水。在補水的過程中當膨脹罐的液位達到高液位時，停止補充水泵并關閉補水閥門。如果補水量過多造成膨脹罐達到高高液位，則控制室監控畫面聲光報警，同時打開排水閥門進行排水。水位下降到正常水位后，排放閥關閉。當水質被污染時，手動打開排放閥，通過排放掉部分污水和補充新水的方法，提高循環水水質，使之達到水質要求。

3.2 膨脹罐的壓力控制

軟水密閉循環冷卻系統的定壓工作是靠往膨脹罐內充滿一定壓力的氣體來實現的。為了防止溶解在循環水中的氧氣會對冷卻設備內冷卻水管產生強烈的氧化作用，阻止氧氣侵入，通常會對膨脹罐內充入少量氮氣，使罐內的氮氣壓力大于系統中的最高工作壓力，隔絕循環水與空氣的接觸。本系統中，根據膨脹罐的壓力計，通過調節充氮量維持罐內壓力穩定，從而使供用戶的水壓穩定。如果膨脹罐的水位下降，氮氣壓力隨之降低，當罐內壓力低于0.05MPa時，氮氣進氣閥開啟，氮氣充入罐內。當氮氣壓力高于0.07MPa時關閉進氣閥。如果膨脹罐的水位上升，氮氣壓力隨之升高，當罐內壓力高于0.12MPa時，氮氣排氣閥開啟，氮氣被排除罐外。當氮氣壓力低于0.10MPa時，氮氣排氣閥關閉。

4 結束語

邯鋼新區煉軋水處理站自投產以來，通過將近一年的運行實踐，證明軟水密閉循環控制系統運行正常，工作安全可靠，各項技術指標均達到設計技術要求，用戶反映良好。膨脹罐在軟水密閉循環系統中的投用，使得供用戶軟水水壓穩定，膨脹罐水位及壓力的自動調節也大大減輕了現場操作人員的工作量。

參考文獻

[1]許純昕.基于AB-PLC控制的電廠水處理系統[J].南通航運職業技術學院學報，2005，12（4）：58～61.

[2]胡狄辛.寶鋼3號高爐軟水密閉循環冷卻系統的控制[J].鋼鐵技術，1999，2：21～24.

[3]中國冶金建設協會.鋼鐵企業過程檢測和控制自動化設計手冊[M].北京：冶金工業出版社，2000.