基于維綸觸摸屏與西門子S7-300配合控制的廢水提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)

何 欣， 張立達(dá)， 辛玉龍

(山西潞安太陽能科技有限責(zé)任公司，山西 長治 046000)

引 言

潞安太陽能科技有限責(zé)任公司致力于太陽能發(fā)電的研究，是一家及單晶、多晶、切片、電池、組件、光伏發(fā)電為一體的太陽能科技產(chǎn)業(yè)公司，涉及的生產(chǎn)工藝包括：單晶拉棒、多晶鑄錠、硅片和電池片制造工藝、組件裝配工藝等。其主要生產(chǎn)過程包括選料、酸洗、水洗、裝爐、晶體生長、切片、硅片清洗、硅片表面制絨、磷擴(kuò)散及表面選擇性腐蝕、氮化硅化學(xué)沉積、硅片表面印刷及燒結(jié)、串焊、層疊、層壓、接線、測試等。在生產(chǎn)的過程中，會(huì)使用到氫氟酸、氫氧化鈉、異丙醇等化學(xué)品，從而產(chǎn)生大量的酸類、堿類、有機(jī)類廢水，主要有五類：一般含氟、濃氟、濃堿、IPA、酸堿廢水。目前我國環(huán)保問題日益嚴(yán)峻，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水必須經(jīng)過嚴(yán)格處理，在達(dá)標(biāo)后方可排放。我公司現(xiàn)有的廢水處理系統(tǒng)是生產(chǎn)車間排出的廢水先集中到廢水收集箱，再提升到水處理車間進(jìn)行進(jìn)一步處理。但現(xiàn)有的廢水收集系統(tǒng)的為人工監(jiān)控，現(xiàn)場工作條件差，揮發(fā)的酸性氣體對(duì)人員健康造成很大威脅，崗位人員根據(jù)液位的高低啟停水泵，不方便操作，同時(shí)也存在嚴(yán)重的安全隱患，稍有疏忽大意，就會(huì)發(fā)生廢水泄露，對(duì)操作人員、設(shè)備和環(huán)境的安全造成很大的威脅。因此，現(xiàn)有的工作模式不能滿足生產(chǎn)的需求，急需對(duì)現(xiàn)場控制系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 問題分析

廢水提升系統(tǒng)由崗位人員監(jiān)管操作，由于監(jiān)管不及時(shí)導(dǎo)致各類廢水箱達(dá)到高液位時(shí)廢水提升泵不能及時(shí)開啟將廢水輸送到水處理車間而造成外溢，外溢的液體為強(qiáng)酸堿時(shí)腐蝕地面及電機(jī)等，導(dǎo)致電機(jī)故障，低液位時(shí)不能及時(shí)停止水泵而導(dǎo)致水泵燒毀，一旦某一臺(tái)水泵故障，也不能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)進(jìn)行切換。廢水不能及時(shí)處理，會(huì)造成生產(chǎn)車間停產(chǎn)，而且廢水的泄漏也嚴(yán)重威脅到操作人員的安全。

2 實(shí)施方案

2.1 現(xiàn)場設(shè)計(jì)

由電氣車間從原有配電柜引出220 V電源至現(xiàn)場PLC控制柜，動(dòng)力分廠負(fù)責(zé)控制線路的連接。201廢水提升間原有配電柜位于201地面一層，由地面一層接線至一層空調(diào)機(jī)房PLC主控制柜，102廢水提升間PLC控制采用ET200M從站控制，利用DP總線電纜沿室外管架加包塑金屬穿線管，接至201新增的PLC控制柜，最后利用RS485將控制信息放大后沿原有配線橋架接至通信至新安裝在201純水站值班點(diǎn)的維綸觸摸屏，同時(shí)安裝聲光報(bào)警器，供純水站人員監(jiān)控操作，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程

2.2 PLC控制柜設(shè)計(jì)及安裝

1) 在檢修車間，給控制柜內(nèi)安裝PLC模塊、空氣開關(guān)、直流電源、導(dǎo)軌、配線槽等，配電柜就位。

2) 控制柜柜內(nèi)安裝完成后，將控制柜安裝至現(xiàn)場并進(jìn)行配線接線，PLC接線圖和現(xiàn)場接線圖如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場配電柜接線圖

2.3 液位計(jì)安裝及布線

1) 102、201廢水提升間的廢水收集箱及收集池安裝液位計(jì)，根據(jù)收集箱的高度，選擇4 mA～10 mA，PP材質(zhì)耐腐蝕浮球液位計(jì)并進(jìn)行安裝，安裝點(diǎn)為原有收集箱自帶的法蘭，無需再次打孔安裝。

2) 現(xiàn)場布線，每個(gè)新安裝的液位計(jì)需要重新布置液位采集線，線路按現(xiàn)場原有的布線橋架走線，102從站到201主站的連接線沿室外管架走線至201一層空調(diào)機(jī)房新增主站控制柜，201主站的控制信息再通過RS485通信線連接至201純水站值班點(diǎn)，與觸摸屏對(duì)接實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)還需要從201主站點(diǎn)布線到201純水站值班點(diǎn)接聲光報(bào)警裝置。

3 實(shí)施過程

3.1 編寫控制程序

分析控制過程中的的模擬量輸入和數(shù)字量輸入輸出點(diǎn)，如手自動(dòng)、故障、啟停、液位等，制定符號(hào)表，確定各個(gè)輸入點(diǎn)及輸出點(diǎn)的地址，結(jié)合接線圖，根據(jù)現(xiàn)場一用一備的運(yùn)行方式，編制LAD邏輯控制程序，下載程序并空載調(diào)試。

3.1.1 制定符號(hào)表(見圖3)

3.1.2 根據(jù)現(xiàn)場需求編寫控制程序

根據(jù)現(xiàn)場需求編制梯形圖控制程序，首先將采集到的模擬量數(shù)據(jù)通過調(diào)用FC105塊轉(zhuǎn)換為實(shí)數(shù)值，在下一步的程序中應(yīng)用。

通過采集到的液位值控制電機(jī)的啟停，當(dāng)液位值大于設(shè)定值時(shí)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，當(dāng)液位值小于設(shè)定值時(shí)電機(jī)自動(dòng)停止，如圖4。電機(jī)保證為一備一用，兩臺(tái)電機(jī)不能同時(shí)啟動(dòng)，控制程序如圖5。

設(shè)定報(bào)警值，當(dāng)液位高于或低于設(shè)定的報(bào)警液位時(shí)，輸出報(bào)警信號(hào)，如第61頁圖6所示。

圖3 符號(hào)表

圖4 液位值轉(zhuǎn)換程序

圖5 啟停控制程序

3.2 硬件組態(tài)

根據(jù)現(xiàn)場采用的主從站模式，完成硬件組態(tài)。如第61頁圖7所示。

3.3 維綸觸摸屏界面編制及地址分配

分析需要監(jiān)控的參數(shù)，合理布局畫面，各個(gè)參數(shù)點(diǎn)與西門子控制系統(tǒng)的地址相對(duì)應(yīng)進(jìn)行編制，如第61頁圖8所示。

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場情況，在觸摸屏上設(shè)定啟停的高低液位和報(bào)警的高高液位和低低液位，液位值可以根據(jù)情況實(shí)時(shí)調(diào)整，操作靈活，方便實(shí)際生產(chǎn)中使用，如圖9所示。

實(shí)時(shí)檢測各個(gè)水箱的液位，以便在發(fā)生故障等情況時(shí)查詢液位狀態(tài)，如圖10所示。

圖6 高低液位報(bào)警程序

圖7 主從站硬件組態(tài)

圖8 觸摸屏參數(shù)點(diǎn)布局及地址設(shè)定

圖9 觸摸屏高低限液位設(shè)置

圖10 液位值監(jiān)控曲線

3.4 完成現(xiàn)場接線并下載調(diào)試

與現(xiàn)場運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)接，帶負(fù)載調(diào)試，與生產(chǎn)指揮中心聯(lián)系，在生產(chǎn)車間停產(chǎn)較長的時(shí)間段內(nèi)，與102廢水提升間1AP3配電柜對(duì)接，連接中間繼電器線路，與201一層DDC1-2配電柜內(nèi)中間繼電器直接對(duì)接接線，接線完成后上電在線帶負(fù)載調(diào)試。

根據(jù)數(shù)據(jù)通信設(shè)置下載地址，將觸摸屏連接到個(gè)人電腦，將之前編制好的監(jiān)控界面信息下載至觸摸屏。

電機(jī)控制開關(guān)與西門子控制模塊接線完成后，根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)際情況，調(diào)試每一臺(tái)電機(jī)的手自動(dòng)、啟停、運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)、報(bào)警等狀態(tài)對(duì)應(yīng)的程序邏輯是否正確，接線錯(cuò)位的情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

4 問題解決

4.1 下載線接線錯(cuò)誤問題解決

在將西門子控制系統(tǒng)與觸摸屏連接下載過程中，觸摸屏始終連接不到西門子S7-300控制系統(tǒng)，在不斷的檢測和試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)購買到的數(shù)據(jù)通訊線接線順序錯(cuò)誤，導(dǎo)致無法通訊，所以進(jìn)行了下載線的改造。

4.2 感應(yīng)電問題解決

在接完電器開關(guān)控制柜與模塊控制柜的所有先后，測量發(fā)現(xiàn)弱電部分存在80 V的電壓，但模塊控制柜的所有開關(guān)均為斷開狀態(tài)，在排查過程中發(fā)現(xiàn)一旦電器開關(guān)柜閉合后，就會(huì)存在到達(dá)80 V的感應(yīng)電，在排查了開關(guān)柜的所有線路后，發(fā)現(xiàn)開關(guān)柜所有接線未做接地處理，導(dǎo)致感應(yīng)電的存在，問題發(fā)現(xiàn)后將控制線屏蔽層的銅絲及開關(guān)柜的的接地線進(jìn)行合理的接地，問題便得以解決。

5 方案跟蹤及展望

5.1 整理制定操作標(biāo)準(zhǔn)

首先，運(yùn)行過程中一般酸堿、一般含氟、濃堿、濃氟、IPA水箱的啟停高低液位設(shè)定值根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況制定標(biāo)準(zhǔn)；其次，現(xiàn)場配電柜的運(yùn)行方式為一備一用，即一手動(dòng)一自動(dòng)的方式運(yùn)行；此外，根據(jù)制定的操作標(biāo)準(zhǔn)對(duì)崗位人員進(jìn)行培訓(xùn)學(xué)習(xí)，確保每一位崗位員工對(duì)新增設(shè)備會(huì)檢查操作；最后，跟蹤新增自控系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，總結(jié)活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，逐步完善各項(xiàng)措施，進(jìn)一步優(yōu)化現(xiàn)場操作和運(yùn)行方式。

5.2 應(yīng)用前景

結(jié)合動(dòng)力分廠現(xiàn)有的設(shè)備和運(yùn)行方式以及現(xiàn)場存在的問題，下一步將觸摸屏與PLC配合的控制模式應(yīng)用到其他低效、故障率高的控制系統(tǒng)中，比如將102電池廠房所有的控制系統(tǒng)從110廠房單獨(dú)獨(dú)立出來進(jìn)行控制監(jiān)控等。