基于S7-300PLC的水處理一體化過濾器控制系統(tǒng)設計

沈燦鋼 許成成 黃杰

【摘? 要】線材軋制生產中對水的處理是十分必要的，水處理系統(tǒng)由凈水池、濁水池、泥漿池、旋流池、冷卻風機、高壓提升泵、供水泵、一體化過濾器等多種設備組成。論文利用S7-300PLC系統(tǒng)對水處理一體化過濾器進行自動化改造，取消水處理人工操作，用WinCC、PLC來實現(xiàn)過濾器的全自動控制與遠程監(jiān)控，提高水質處理效果和降低成本。

【Abstract】It is necessary to treat water in wire rod rolling production. The water treatment system consists of clean water tank， turbid water tank， mud pool， swirl pool， cooling fan， high-pressure lifting pump， water supply pump， integrated filter and other equipment. In this paper， S7-300PLC system is used to automate the transformation of the integrated water treatment filter， and the manual operation of water treatment is cancelled. WinCC and PLC are used to realize the automatic control and remote monitoring of the filter， so as to improve the effect of water treatment and reduce the cost.

【關鍵詞】水處理;過濾器;PLC;WinCC

【Keywords】water treatment; filter; PLC; WinCC

【中圖分類號】TH712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）09-0194-03

1 引言

在軋鋼過程控制中，現(xiàn)場軋輥冷卻水不可缺少，而水質的保證重點在水處理過濾器清洗控制系統(tǒng)。水處理一體化過濾器的作用是通過過濾器沉淀來去除生產線濁水中的雜質，以達到凈化水質的功能。分廠水處理一體化過濾器原先采用手動操作進水、排泥與排污電動閥門來進行濁水凈化。為了提升裝備智能制造水平，逐步采取自動化、智能化等手段來替代手動化，決定對水處理一體化過濾器進行自動化升級改造，取消水處理人工操作崗位，通過自動化控制來保證設備安全運行，并提高水質處理效果和降低成本。

水處理一體化過濾器水質凈化主要為添加藥劑、排泥與排污。而排泥排污這兩個步驟又受多種條件限制，如泥漿池液位、旋流池液位，濁環(huán)水液位及一體化過濾器進水壓力等。本文應用PLC來實現(xiàn)排水、排泥、排污等電動閥門與各外部檢測信號的聯(lián)鎖自動控制，替代人員的重復性工作。

2 水處理過濾器自動化控制要求

①實現(xiàn)一體化過濾器12個過濾罐自動循環(huán)清洗功能。②自動排泥：一體化過濾器進水壓力大于1kg，當泥漿池液位低于設定低值時，自動打開排泥電動閥;當泥漿池液位高于設定高值時，自動關閉排泥電動閥，同時對下一個過濾罐執(zhí)行自動排泥命令。③自動排污：一體化過濾器進水壓力大于1kg，濁環(huán)水及旋流池液位滿足設定要求時，自動關閉進水電動閥。待進水閥關到位后，自動打開排污電動閥，排污閥開到位后開始自動計時，900s后自動關閉排污閥，打開進水閥。排污期間如有任何一項條件不滿足，則停止排污，同時出現(xiàn)報警信息，待條件滿足后，繼續(xù)進行排污，同時對下一個過濾罐自動執(zhí)行排污命令。④新加一臺S7-300PLC DP主站，專門用于一體化過濾器自動化清洗控制，同時使用以太網接入水泵控制畫面，可實時根據(jù)WinCC畫面進行狀態(tài)監(jiān)控。

3 水處理過濾器控制系統(tǒng)設計

3.1 主要控制模塊

西門子S7-300PLC，CPU 315-2DP帶MPI接口和2個DP-Master/Slave接口，需要微型存儲卡。多達32個模塊的擴展能力（4層結構）。DP接口可用作DP主站或DP從站運行，如圖2所示。

通信處理器CP343-1，用于將SIMATIC S7-300連接至工業(yè)以太網，通過ISO和TCP/IP， PROFINET IO控制器或PROFINET輸入輸出設備，集成2-端口交換機ERTEC 200，S7通信，提取/寫入，發(fā)送/接收RFC1006，Multicast，DHCP，NTC-CPU Sync，帶和不帶診斷，通過局域網初始化，2個RJ45接口，適用于局域網10/100Mbit/s。

3.2 控制系統(tǒng)流程設計

一體化過濾器由12個過濾器水罐組成，自動循環(huán)清洗主要分為排污與排泥兩步。排污由一體化進水壓力大于1kg、濁環(huán)水液位大于2.7m要求，滿足條件后關閉進水電動閥，待進水閥關到位后，打開排污電動閥，待排污閥開到位后，開始計時，900s后，關閉排污閥，待排污閥關到位后，打開進水閥，待進水閥開到位后，執(zhí)行下個水罐排污操作。排泥由一體化進水壓力大于1kg、濁環(huán)水液位大于2.7m、泥漿池液位小于2.7m要求，滿足條件后打開排泥電動閥，待泥漿池液位大于3.7m后，關閉排泥閥，執(zhí)行下一個水罐排泥操作。

3.3 控制系統(tǒng)硬件組態(tài)

打開SIMATIC管理器，建立PROFIBUS-DP系統(tǒng)，系統(tǒng)分別由1個DP主站和1個DP從站構成。DP主站由CPU315-2DP、CP343-1構成，此主站目前負責一體化過濾器自動清洗作業(yè)控制。在工具欄中點擊目錄工具打開硬件目錄，按硬件安裝次序依次插入機架、電源、CPU模塊、CP343-1模塊、SM321模塊、SM332模塊等完成硬件組態(tài)。硬件組態(tài)如圖5所示。

插入CPU時同時彈出PROFIBUS接口組態(tài)窗口。打開DP屬性窗口，新建PROFIBUS網絡，分配PROFIBUS站地址，設為31。另外對波特率設為1.5Mbit/s，行規(guī)為DP。工作模式激活DP主站操作模式。

雙擊CP343-1插槽，打開CP343-1的屬性窗口，點屬性按鈕，在參數(shù)中設IP地址以及子網掩碼，IP地址和DP主站保持在同一個網段，在子網中新建時要選擇Ethernet（1），此網絡是編程PC和人機界面WinCC所在的網絡。

根據(jù)流程圖，設計排污與排泥自動清洗控制。以1#過濾器水罐為例，分配地址如表1所示。

3.4 上位機聯(lián)結

用兩頭壓上水晶頭的雙絞線一頭連接CP343-1模塊，另一頭連接水泵PLC Ethernet（1）網絡中的交換機D-LINK，這樣新加的主站就通過Ethernet連接上了原先水泵PLC主站系統(tǒng)，然后數(shù)據(jù)可以進行交換。將一體化過濾器控制建立在水泵操作WinCC上，新建一按鈕命名為高速過濾器，并將其連接到子畫面上，如圖6和圖7所示。

4 組態(tài)設計和調試

根據(jù)水處理系統(tǒng)中一體化過濾器的手動操作功能用WinCC、PLC來實現(xiàn)過濾器的全自動控制與遠程監(jiān)控系統(tǒng)，如圖8所示。

點擊一下高速過濾器界面，彈出12個高速過濾器的控制界面，如圖9所示。

通過系統(tǒng)運行時，可以監(jiān)控12個容器和系統(tǒng)中的補水、濁水、凈水池、旋流池中液位和流量信息。在WinCC組態(tài)界面上生成報文，技術人員可以在控制室監(jiān)控各信號，故障報警畫面如圖10所示。

5 結語

本文針對在軋鋼過程控制中，現(xiàn)場軋輥冷卻水的處理，水處理過濾器清洗控制系統(tǒng)非常重要。材軋制生產中對水的處理系統(tǒng)由凈水池、濁水池、泥漿池、旋流池、冷卻風機、高壓提升泵、供水泵、一體化過濾器等多種設備組成。

本次自動化改造，提升了裝備智能制造水平，取消水處理操作工這一崗位，通過自動化控制來保證設備安全運行，并提高水質處理效果和降低成本。對冶金軋鋼過程中的水處理控制有一定的借鑒和參考價值。

【參考文獻】

【1】王永霞.探究軋鋼電氣自動化控制系統(tǒng)改造技術及其應用[J].內燃機與配件，2018（12）：194-195.

【2】吳建明.PLC控制系統(tǒng)時鐘同步[J].冶金自動化，2020（3）：38-42.

【3】夏緒鵬.智慧鐵水運輸系統(tǒng)研究與應用[J].冶金自動化，2019（12）：6-12.

【4】沈燦鋼.基于三菱PLC設計的氣動爬桿機器人[J].計量與測試技術，2018，45（10）：8-11.

【5】沈燦鋼，孫曉明.西門子全集成工業(yè)網絡實訓室設計與實現(xiàn)[J].實驗技術與管理，2015（2）：170-172.

【6】沈燦鋼.利用S7-1200PLC和HMI設計智能混凝土攪拌站控制系統(tǒng)[J].公路，2020（5）：11-15.

【7】孫曉明，沈燦鋼.溫室環(huán)境多參數(shù)PLC監(jiān)控系統(tǒng)設計與研究[J].自動化技術與應用，2020（3）：78-81.