某型鋼廠水處理自動化系統控制設計

汪鋼

摘要：循環水處理基本貫穿了軋線生產系統的主工藝流程，本文結合具體工程實例，介紹了某型鋼廠水處理系統的基本情況，設計了自動化PLC控制系統，編寫了相對應的控制程序和組態畫面，取得了較好的控制效果，能滿足現場的生產要求。

關鍵詞：水處理;PLC控制程序;組態畫面。

一、該工程水處理工藝流程

1.1工藝流程

該型鋼廠循環水處理系統主要分為凈環水系統、濁環水系統及安全供水系統，生產總用量約為5400m3/h。

凈環水系統包括：加熱爐凈環水系統、軋線凈環水系統和凈環水旁濾系統。加熱爐凈環水系統的用戶為加熱爐水梁、懸臂等冷卻用水，水量為500 m3/h。軋線凈環水系統的用戶為主、輔傳動電機、液壓潤滑、輥道等設備等冷卻用水，水量為1800 m3/h，用戶點壓力為0.4 MPa。這些冷卻用水有溫升但并未受到污染，只需要經過冷塔冷卻再回到凈環水冷水池，由供水泵加壓送到各用戶循環使用。為了保證凈環水系統的水質，本系統設有旁濾設施，設淺層砂過濾器，旁濾水量為200 m3/h。

濁環水系統包括：軋線濁環水系統、沖渣水系統。軋線濁環水系統用水量為1400 m3/h。其用戶為高壓水除鱗、開坯軋機、串列軋機組、熱鋸冷卻、冷床噴霧、軋輥等用戶冷卻用水。沖渣水系統用水量為1000 m3/h。上述系統均為直接冷卻，其水質受到污染。該部分污水通過5米平臺下氧化鐵皮溝匯集至旋流沉淀池，經沉淀去除大顆粒氧化鐵皮后，一部分水直接用泵加壓供氧化鐵皮溝沖洗使用;另一部分水用泵提升至一體化濁水凈化裝置。經過該裝置加藥及進一步沉淀處理后，送至雙旋流高效自動過濾器進行過濾，再入濁環水冷卻塔，冷卻后的出水進入濁環水冷水池，再通過濁環水供水泵組加壓送至各用戶循環使用[1]。為了保證事故狀態下加熱爐的安全，加熱爐凈環水設有安全供水系統，供水水量為500 m3/h。

1.2主要電機設備

根據工藝專業要求，分別布置循環水泵房、旋流池及濁水處理設施、加藥間于主廠房外。各區域主要水泵電機具體參數如下：3臺軋線凈環供水泵，電機功率為200kW;2臺加熱爐凈環供水泵，電機功率為132kW;4臺濁環水供水泵，220kW;2臺過濾器反洗供水泵，75kW;2臺反洗水提升供水泵，75kW;5臺冷卻塔風機，55kW;4臺濁環凈環裝置供水泵，220kW;4臺沖氧鐵皮供水泵，132kW。

二、自動控制系統組成

2.1系統組成

本系統的處理器選用西門子公司的CPU416模塊，其處理速度快，能高效地完成各種過程控制任務，內部集成了SIMATIC NET PROFINET接口，可以通過工業以太網，下設多個ET200遠程I/O站，來實現現場環境復雜的工業控制[2]。本工程分別在循環水泵房控制室和旋流池電氣室各設置一個ET200遠程站，采用PROFINET網絡與主站進行通訊。另外，還在循環水泵房設置兩臺操作員站，在軋線主操作室設置一臺操作員站。

主站SPLC柜僅配置數字量輸入輸出模塊，主要對加熱爐供水泵組、濁環水供水泵組、軋線凈環水供水泵組、冷卻塔風機組、三個水池補水電動閥門等進行運行信號采集和啟停控制信號輸出。

水泵房從站2ACC柜配置了模擬量輸入輸出模塊和RTD模塊。對水泵組出水壓力、流量及電機工作電壓、電流、頻率、電機溫度等設備運行參數及設備監控數據進行采集。模擬量輸出主要是加藥裝置內的變頻器頻率的給定信號。

旋流池ET200站3ACC柜主要對濁環水凈環裝置給水泵、沖氧化鐵皮給水泵、給水泵出口閥等運行信號進行采集和啟停信號的輸出。

2.2自動控制方式

本工程水處理基礎自動化系統用于完成循環水泵房、旋流沉淀池等水處理設備啟停邏輯控制，包括水泵、閥門、風機控制以及流量、壓力、溫度、液位等檢測信號的監控及報警，各水池液位的全自動控制。水泵電機控制回路的接觸器合分閘、變頻器啟停信號及運行反饋信號、遠程和就地信號均進PLC計算機系統，另外針對冷卻塔的電機還配有震動自動檢測裝置和油溫自動檢測裝置，具有振動、溫度、油位監控的功能，與強電連鎖，實現油溫即時顯示，自動報警與停機等功能。

2.3液位反饋控制

以旋流池內提升泵為例，將井內的雷達液位計的水位信號接入PLC系統，測量范圍-11.3米至-7.8米，當水位超過-7.8米時，開啟一臺備用泵，當水位下降至-9.8米時，備用泵停，當水位到最低點時，兩臺泵全停。該泵組出水旁通管上的電動蝶閥也需要根據水位控制開停，當水位超過-9.3米時關閥，當水位低于-10米時開閥。

2.4壓力反饋恒壓控制

以凈環水泵組電機控制為例，將該出水總管的供水壓力值作為PID控制的外環反饋值，給定值為0.45MPa。當操作員設置為連鎖控制時，這四臺泵組可以根據需要，來調節變頻器的頻率和備用泵的啟停來實現恒壓供水控制。

三、上位機畫面監控

本工程PLC編程軟件采用西門子的STEP7，人機接口監控軟件采用西門子的WINCC。PLC控制系統主要配合水工藝完成流程精準控制，監控系統主要完成泵閥等設備信息顯示、具體控制參數的設定以及良好的人機交互。

本工程主畫面以冷水池、調節池、旋流沉淀池、污泥池為主線，按照循環水處理工藝流程以各供水泵、出口管電動閥為主要設備布局，整體較為緊湊。操作人員點擊泵閥的模塊，便會彈出子畫面，可以控制泵電機主回路接觸器的合分閘、變頻器的啟停及頻率給定、出水管口閥門的開關。為了減少操作人員工作量，各組供水泵電機均實現了自動控制及與閥門的連鎖控制，按照無人值守設計。考慮到在生產特殊情況下，需要手動設置頻率，程序中設置了手自動切換功能。

四、結語

本工程水處理自動化系統以生產水處理流程為主線設計，采用西門子高端中央處理器，網絡系統采用總線型拓撲結構，實現PLC控制系統與遠程I/O系統之間的數據交換，充分滿足現場要求的基礎上，節約了投資成本，保證了生產的穩定性，也方便后期系統的維護和擴容。操作員站畫面布局合理，編寫的程序自動化水平較高，可以快速響應生產需求、大大減輕了操作人員的工作量，為該廠實現降本增效提供了堅實的基礎。

參考文獻：

[1]鄭國權. 軋鋼濁環系統運行設計優化研究[D].沈陽建筑大學，2019.

[2]S7-300/400PLC 應用技術[M]. 機械工業出版社 ， 廖常初， 2005.