PLC在凈環(huán)水處理自動控制系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

凈環(huán)水處理自動化控制系統(tǒng)是連續(xù)熱鍍鋅及彩涂工程的供水系統(tǒng)。對水處理進(jìn)行自動化監(jiān)測和實(shí)時控制，是提高水處理效率、降低能耗的關(guān)鍵。采用以PLC為核心的工藝過程自動監(jiān)控系統(tǒng)，對所有泵、閥實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)控，對曝氣設(shè)備、排水設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行編程控制。根據(jù)工藝可以實(shí)時控制冷卻塔風(fēng)機(jī)、水泵、電動閥等設(shè)備。使水的流量、溫度滿足工業(yè)用水要求，以達(dá)到自動控制水處理過程的目的。

2 系統(tǒng)描述

本系統(tǒng)有4個控制站：凈環(huán)泵站、鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站、彩板冷卻回水提升泵站和雨污水泵站。其中凈環(huán)泵站是2#站，鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站是3#站，彩板冷卻回水提升泵站是4#站，雨污水泵站是5#站。其系統(tǒng)工藝流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工藝流程圖

3控制系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要部分及其功能分述如下。

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

(1)PLC控制系統(tǒng)

根據(jù)裝置工作需要，選用性價比較高的西門子公司的S7-300系列可編程控制器來構(gòu)建控制系統(tǒng)。凈環(huán)泵站PLC和雨污水泵站PLC中 CPU采用CPU 315-2DP，并且凈環(huán)泵站PLC帶有兩個擴(kuò)展機(jī)架，彩板冷卻回水提升泵站PLC和爐子冷卻回水提升泵站PLC中CPU采用CPU 313C-2DP。該四套系統(tǒng)之間的通訊方式采用Profibus-DP網(wǎng)連接。PLC系統(tǒng)硬件配置圖如圖3所示。

采用交流220V電源供電，主模塊有16點(diǎn)數(shù)字量輸入，用于檢測控制命令和開關(guān)狀態(tài)；16點(diǎn)數(shù)字量輸出，用于各操作開關(guān)的控制、指示燈的狀態(tài)顯示；模擬量輸入，將模擬測量信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量已被計算機(jī)所接收。凈環(huán)泵站帶有14個信號處理模塊（7個DI、4個DO、3個AI），擴(kuò)展模塊選用IM360 和IM361，彩板冷卻回水提升泵站有4個信號處理模塊（3個DI、1個DO），爐子冷卻回水提升泵站有4個信號處理模塊（3個DI、1個DO），雨污水泵站有7個信號處理模塊（3個DI、2個DO、2個AI）。

（2）監(jiān)控站

監(jiān)控站選用西門子工業(yè)控制計算機(jī)和高性能工業(yè)監(jiān)控軟件WinCC（視窗控制中心），完成整個系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示和監(jiān)控、實(shí)現(xiàn)曲線的顯示、歷史數(shù)據(jù)的保存、權(quán)限管理、操作查詢、報警、打印等功能。其中一個上位機(jī)用以監(jiān)控凈環(huán)水泵站、鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站和彩板冷卻回水提升泵站的生產(chǎn)工藝過程，另一個用來監(jiān)控雨污水泵站的生產(chǎn)，同時兩臺上位機(jī)互為備用，提高系統(tǒng)的可靠性。

(3)儀表系統(tǒng)

儀表系統(tǒng)由變送器、配電器、隔離器、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等構(gòu)成，主要完成流量、壓力信號的獲取和閥門的控制執(zhí)行，調(diào)節(jié)器作為計算機(jī)系統(tǒng)的備用控制手段，當(dāng)計算機(jī)出現(xiàn)故障時，可以變成手動方式控制。

4 自動化軟件設(shè)計

凈環(huán)水處理自動化控制系統(tǒng)的軟件包括上位機(jī)、下位機(jī)設(shè)計兩部分。

4.1上位機(jī)軟件設(shè)計

為保證工業(yè)現(xiàn)場的穩(wěn)定，上位機(jī)采用Windows2000操作系統(tǒng)，編程平臺為Win CC5.1。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能如下：數(shù)字顯示流量、壓力、溫度、液位，顯示各設(shè)備的啟動、停止、運(yùn)行、故障等狀態(tài)；啟動時，設(shè)備按鈕為綠色，正常時為紅色，故障時畫面顏色閃爍，同時并用文本方式顯示故障類型，方便故障的排除；能記錄250條故障情況（故障時刻、故障類型等），方便地進(jìn)行事故分析，通過報表編輯器，實(shí)現(xiàn)定期或隨機(jī)的相關(guān)信息打印輸出。HMI監(jiān)控畫面如圖4所示。

圖3 PLC系統(tǒng)硬件配置圖

圖4 HMI監(jiān)控畫面

4.2下位機(jī)軟件設(shè)計

下位機(jī)采用SIEMENS 公司開發(fā)的STEP 7 5.2軟件對PLC進(jìn)行編程和對PLC設(shè)備配置進(jìn)行維護(hù)。編制的軟件主要包括信號獲取處理、信號控制、故障模塊的設(shè)計、與上位機(jī)通訊的DB塊的設(shè)計。

STEP提供了具有生成標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出功能塊庫或FC庫能力的編程功能,能夠在應(yīng)用程序內(nèi)一再調(diào)用,在本系統(tǒng)中,由于檢測點(diǎn)多，這種功能得到了廣泛應(yīng)用。FC功能塊的使用節(jié)約了大量的程序空間和故障查詢時間。降低了程序編寫的復(fù)雜程度，使程序結(jié)構(gòu)更條理清晰。事實(shí)證明，F(xiàn)C功能塊的使用提高了程序的運(yùn)行速度并且更加方便了軟件的移植性和可擴(kuò)展性。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

4個泵站分別采用現(xiàn)場、集中兩種操作方式。在集中操作中，又分為手動和自動兩種操作方式。

鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站和彩板冷卻回水提升泵站凈環(huán)泵站有3臺水泵和2臺冷卻塔。其中3臺泵2用1備，系統(tǒng)需要供水量少時，開1臺泵向管網(wǎng)充壓，供水量大時，開2臺泵同時向管網(wǎng)充壓。

彩板冷卻回水提升泵站和鍍鋅爐子冷卻回水提升泵站各有2臺水泵。這兩個泵站采用相同的控制方式。其中1#泵和2# 泵互為備用。工作泵與備用泵自動投入。彩板冷卻集水池和爐子冷卻集水池內(nèi)分別設(shè)有液位監(jiān)測裝置，用來監(jiān)測吸水池內(nèi)水位高度。1#和2#泵控制方式：當(dāng)水位h>2.20m時，電機(jī)啟動，把水抽走；當(dāng)水位h<2.20m時,電機(jī)堵轉(zhuǎn)時，熱繼電器動作，跳閘以保護(hù)電機(jī)。

雨污水泵站是用來排放雨水、工業(yè)污水。它的水泵分為A組、B組、C組。其中A泵組有2臺水泵，僅在雨季運(yùn)行。B泵組有2臺水泵，平時一臺為工作泵，另一臺為備用泵，當(dāng)水位升至-2.15m時，自動打開另一臺泵，兩臺泵同時工作。C泵組有1臺水泵，平時不工作，當(dāng)B泵組兩臺水泵同時工作，10分鐘內(nèi)水位降小于0.5m時，手動投入C泵組水泵，三臺小泵同時運(yùn)行。當(dāng)液位降至-5.20m時，B泵組、C泵組三臺電機(jī)，自動停止運(yùn)行。

6結(jié)束語

經(jīng)該P(yáng)LC控制系統(tǒng)的循環(huán)水滿足了工業(yè)用水的要求，實(shí)現(xiàn)了安全可靠的不間斷供水，確保了優(yōu)質(zhì)的出水水質(zhì)，提高了管理人員的勞動生產(chǎn)率、降低能源與物料消耗，達(dá)到了生產(chǎn)自動化控制的目標(biāo)，取得了良好的效益。