基于西門子PLC系統的除鹽水站自控系統的應用

蘇然

摘 要：除鹽水站是鋼鐵廠常用的一個水處理工藝環節。根據工藝要求，設計一套基于西門子PL的S7-400H的自控系統。本文介紹實現該控制的主要硬件選型、監控畫面和簡單的控制方案。

1、概述

某鋼鐵廠330噸除鹽水站采用無錫容大環境科技有限公司提供的現場工藝設備。整個控制工藝包括多介質過濾器、超濾、反滲透、陽床、陰床和混床等。針對該工藝環節提出的順序控制要求，設計選用西門子S7-400H系列PLC、WINCC上位機監控軟件、現場自動化儀表，實現對除鹽水自動化系統設備的狀態監視和集中控制各個床的氣動閥順序的開、關動作和泵的連鎖啟停。

2、PLC控制系統簡介

PLC系統負責具體執行所有自動化控制程序，實現從電氣回路和現場儀表采集數據和給出控制信號。上位機通過和PLC系統通訊實現整個系統進行實時監測與控制，直觀顯示整個工藝流程。PLC系統通過到各設備的電氣控制柜和現場儀表、執行器的硬線連接或者到變頻器的通訊網絡連接，來實現現場設備的數據采集。接收上位機監控系統發來的各種操作信號，通過PLC內編寫的自動控制程序生成各種控制信號，通過繼電器等電氣硬線控制回路和4-20mA信號、變頻通訊網絡發出控制指令，實現對現場設備的啟停和位置調節、速度調節等控制。

針對該除鹽水工藝選用設備如下：

本系統采用西門子系列PLC，為S7-400H掛ET200結構。具體系統網絡圖如下圖所示：

3、主要控制功能

自動控制系統所涉及的現場設備的控制方式分為三種：第一層，現場就地操作：一般在各處現場設備附近有操作箱，通過對操作箱上的啟停按鈕、狀態指示燈、、操作器等進行操作來實現各個工藝環節的閥門的開、關。第二層，中控室集中控制：由中控室在監控系統的操作界面上對設備進行單體啟停等操作，實現集中控制。 第三層，程序自動控制：由中控室在監控系統的操作界面上選擇自動操作，PLC按照預定的程序依次對多個設備進行聯鎖操作，實現某一條工藝環節聯鎖自動運行、反洗、備用等。

控制設備主要包括多介質系統、超濾和反滲透等的自動運行、反洗和自動備用。下面以超濾為例介紹該同系統的控制模式。

4、超濾工藝畫面

設置4套出力為110m3/h的超濾裝置，回收率90-95%，每套都能單獨運行，也可同時運行。配套反洗系統一套，化學清洗系統一套。本次招標采用采用內壓式中空纖維超濾膜，采用膜抗污染能力強、化學穩定性好、機械強度高，膜生產廠商選用德國瀅格爾產品。

工藝畫面如下：

該頁用于顯示超濾水箱液位。控制設備除4臺超濾裝置外，包括四臺RO增壓泵泵、兩臺超濾反洗泵（變頻控制）的單機/連鎖控制。

5、超濾控制方式

5.1超濾操作

每套包含進水閥、出水閥、反洗進水閥、反洗排水閥、正洗排水閥、進氣閥等6個氣動閥門。

操作按鈕的控制方式分為“遠程”、“就地”兩種操作。其中遠程操作是由電腦上進行，又可分為手動、自動。

手動模式操作的步序包含

（1）運行：運行前清洗（2～3min）、運行（30min）步序;

（2）反洗：反沖1（45s）、反沖2（15s）、正沖（30s）、進藥浸泡（2min）、沖洗（5min）步序;

（3）備用

就地操作是由現場的操作箱按鈕、指示燈等操作。

操作小畫面如下：

其中，“單體操作按鈕”會復位任何一個狀態的操作步序，同時可單獨操作每臺氣動閥。“故障屏蔽按鈕”可以在進行過程中，屏蔽掉氣動閥開關到位的故障信號，并可以由程序模擬發出開關到位信號，保證步序的順序進行。但必須由操作人員確定現場閥門的具體位置。

5.2泵的連鎖操作

每套泵組可分為“單機”/“連鎖”兩個操作模式。

其中，單機——可以任意的手動啟停泵。

連鎖模式下又分為“主泵”“備泵”的選擇切換。

主泵——連鎖啟動條件滿足時，自動啟泵;連鎖停止條件滿足時，自動停泵;

備泵——當主泵故障時，備泵啟動。備泵會受到連鎖停止條件限制。

超濾反洗泵是變頻控制，可在操作時選擇“變頻啟動”或是“工頻啟動”。在執行“反沖1、反沖2”步序時自動啟泵。

6、小結

除鹽水其余的工藝環節與超濾設備一樣，這里就不再多做介紹。隨著PLC越來越廣泛的應用，性能越來越穩定。設計出一套有好的人界界面，可以提高工藝操作的整體的可靠性，降低人工成本，保證安全生產。