论文部分内容阅读
摘要：循环水处理基本贯穿了轧线生产系统的主工艺流程，本文结合具体工程实例，介绍了某型钢厂水处理系统的基本情况，设计了自动化PLC控制系统，编写了相对应的控制程序和组态画面，取得了较好的控制效果，能满足现场的生产要求。
关键词：水处理;PLC控制程序;组态画面。
一、该工程水处理工艺流程
1.1工艺流程
该型钢厂循环水处理系统主要分为净环水系统、浊环水系统及安全供水系统，生产总用量约为5400m3/h。
净环水系统包括：加热炉净环水系统、轧线净环水系统和净环水旁滤系统。加热炉净环水系统的用户为加热炉水梁、悬臂等冷却用水，水量为500 m3/h。轧线净环水系统的用户为主、辅传动电机、液压润滑、辊道等设备等冷却用水，水量为1800 m3/h，用户点压力为0.4 MPa。这些冷却用水有温升但并未受到污染，只需要经过冷塔冷却再回到净环水冷水池，由供水泵加压送到各用户循环使用。为了保证净环水系统的水质，本系统设有旁滤设施，设浅层砂过滤器，旁滤水量为200 m3/h。
浊环水系统包括：轧线浊环水系统、冲渣水系统。轧线浊环水系统用水量为1400 m3/h。其用户为高压水除鳞、开坯轧机、串列轧机组、热锯冷却、冷床喷雾、轧辊等用户冷却用水。冲渣水系统用水量为1000 m3/h。上述系统均为直接冷却，其水质受到污染。该部分污水通过5米平台下氧化铁皮沟汇集至旋流沉淀池，经沉淀去除大颗粒氧化铁皮后，一部分水直接用泵加压供氧化铁皮沟冲洗使用;另一部分水用泵提升至一体化浊水净化装置。经过该装置加药及进一步沉淀处理后，送至双旋流高效自动过滤器进行过滤，再入浊环水冷却塔，冷却后的出水进入浊环水冷水池，再通过浊环水供水泵组加压送至各用户循环使用[1]。为了保证事故状态下加热炉的安全，加热炉净环水设有安全供水系统，供水水量为500 m3/h。
1.2主要电机设备
根据工艺专业要求，分别布置循环水泵房、旋流池及浊水处理设施、加药间于主厂房外。各区域主要水泵电机具体参数如下：3台轧线净环供水泵，电机功率为200kW;2台加热炉净环供水泵，电机功率为132kW;4台浊环水供水泵，220kW;2台过滤器反洗供水泵，75kW;2台反洗水提升供水泵，75kW;5台冷却塔风机，55kW;4台浊环净环装置供水泵，220kW;4台冲氧铁皮供水泵，132kW。
二、自动控制系统组成
2.1系统组成
本系统的处理器选用西门子公司的CPU416模块，其处理速度快，能高效地完成各种过程控制任务，内部集成了SIMATIC NET PROFINET接口，可以通过工业以太网，下设多个ET200远程I/O站，来实现现场环境复杂的工业控制[2]。本工程分别在循环水泵房控制室和旋流池电气室各设置一个ET200远程站，采用PROFINET网络与主站进行通讯。另外，还在循环水泵房设置两台操作员站，在轧线主操作室设置一台操作员站。
主站SPLC柜仅配置数字量输入输出模块，主要对加热炉供水泵组、浊环水供水泵组、轧线净环水供水泵组、冷却塔风机组、三个水池补水电动阀门等进行运行信号采集和启停控制信号输出。
水泵房从站2ACC柜配置了模拟量输入输出模块和RTD模块。对水泵组出水压力、流量及电机工作电压、电流、频率、电机温度等设备运行参数及设备监控数据进行采集。模拟量输出主要是加药装置内的变频器频率的给定信号。
旋流池ET200站3ACC柜主要对浊环水净环装置给水泵、冲氧化铁皮给水泵、给水泵出口阀等运行信号进行采集和启停信号的输出。
2.2自动控制方式
本工程水处理基础自动化系统用于完成循环水泵房、旋流沉淀池等水处理设备启停逻辑控制，包括水泵、阀门、风机控制以及流量、压力、温度、液位等检测信号的监控及报警，各水池液位的全自动控制。水泵电机控制回路的接触器合分闸、变频器启停信号及运行反馈信号、远程和就地信号均进PLC计算机系统，另外针对冷却塔的电机还配有震动自动检测装置和油温自动检测装置，具有振动、温度、油位监控的功能，与强电连锁，实现油温即时显示，自动报警与停机等功能。
2.3液位反馈控制
以旋流池内提升泵为例，将井内的雷达液位计的水位信号接入PLC系统，测量范围-11.3米至-7.8米，当水位超过-7.8米时，开启一台备用泵，当水位下降至-9.8米时，备用泵停，当水位到最低点时，两台泵全停。该泵组出水旁通管上的电动蝶阀也需要根据水位控制开停，当水位超过-9.3米时关阀，当水位低于-10米时开阀。
2.4压力反馈恒压控制
以净环水泵组电机控制为例，将该出水总管的供水压力值作为PID控制的外环反馈值，给定值为0.45MPa。当操作员设置为连锁控制时，这四台泵组可以根据需要，来调节变频器的频率和备用泵的启停来实现恒压供水控制。
三、上位机画面监控
本工程PLC编程软件采用西门子的STEP7，人机接口监控软件采用西门子的WINCC。PLC控制系统主要配合水工艺完成流程精准控制，监控系统主要完成泵阀等设备信息显示、具体控制参数的设定以及良好的人机交互。
本工程主画面以冷水池、调节池、旋流沉淀池、污泥池为主线，按照循环水处理工艺流程以各供水泵、出口管电动阀为主要设备布局，整体较为紧凑。操作人员点击泵阀的模块，便会弹出子画面，可以控制泵电机主回路接触器的合分闸、变频器的启停及频率给定、出水管口阀门的开关。为了减少操作人员工作量，各组供水泵电机均实现了自动控制及与阀门的连锁控制，按照无人值守设计。考虑到在生产特殊情况下，需要手动设置频率，程序中设置了手自动切换功能。
四、结语
本工程水处理自动化系统以生产水处理流程为主线设计，采用西门子高端中央处理器，网络系统采用总线型拓扑结构，实现PLC控制系统与远程I/O系统之间的数据交换，充分满足现场要求的基础上，节约了投资成本，保证了生产的稳定性，也方便后期系统的维护和扩容。操作员站画面布局合理，编写的程序自动化水平较高，可以快速响应生产需求、大大减轻了操作人员的工作量，为该厂实现降本增效提供了坚实的基础。
参考文献：
[1]郑国权. 轧钢浊环系统运行设计优化研究[D].沈阳建筑大学，2019.
[2]S7-300/400PLC 應用技术[M]. 机械工业出版社 ， 廖常初， 2005.
关键词：水处理;PLC控制程序;组态画面。
一、该工程水处理工艺流程
1.1工艺流程
该型钢厂循环水处理系统主要分为净环水系统、浊环水系统及安全供水系统，生产总用量约为5400m3/h。
净环水系统包括：加热炉净环水系统、轧线净环水系统和净环水旁滤系统。加热炉净环水系统的用户为加热炉水梁、悬臂等冷却用水，水量为500 m3/h。轧线净环水系统的用户为主、辅传动电机、液压润滑、辊道等设备等冷却用水，水量为1800 m3/h，用户点压力为0.4 MPa。这些冷却用水有温升但并未受到污染，只需要经过冷塔冷却再回到净环水冷水池，由供水泵加压送到各用户循环使用。为了保证净环水系统的水质，本系统设有旁滤设施，设浅层砂过滤器，旁滤水量为200 m3/h。
浊环水系统包括：轧线浊环水系统、冲渣水系统。轧线浊环水系统用水量为1400 m3/h。其用户为高压水除鳞、开坯轧机、串列轧机组、热锯冷却、冷床喷雾、轧辊等用户冷却用水。冲渣水系统用水量为1000 m3/h。上述系统均为直接冷却，其水质受到污染。该部分污水通过5米平台下氧化铁皮沟汇集至旋流沉淀池，经沉淀去除大颗粒氧化铁皮后，一部分水直接用泵加压供氧化铁皮沟冲洗使用;另一部分水用泵提升至一体化浊水净化装置。经过该装置加药及进一步沉淀处理后，送至双旋流高效自动过滤器进行过滤，再入浊环水冷却塔，冷却后的出水进入浊环水冷水池，再通过浊环水供水泵组加压送至各用户循环使用[1]。为了保证事故状态下加热炉的安全，加热炉净环水设有安全供水系统，供水水量为500 m3/h。
1.2主要电机设备
根据工艺专业要求，分别布置循环水泵房、旋流池及浊水处理设施、加药间于主厂房外。各区域主要水泵电机具体参数如下：3台轧线净环供水泵，电机功率为200kW;2台加热炉净环供水泵，电机功率为132kW;4台浊环水供水泵，220kW;2台过滤器反洗供水泵，75kW;2台反洗水提升供水泵，75kW;5台冷却塔风机，55kW;4台浊环净环装置供水泵，220kW;4台冲氧铁皮供水泵，132kW。
二、自动控制系统组成
2.1系统组成
本系统的处理器选用西门子公司的CPU416模块，其处理速度快，能高效地完成各种过程控制任务，内部集成了SIMATIC NET PROFINET接口，可以通过工业以太网，下设多个ET200远程I/O站，来实现现场环境复杂的工业控制[2]。本工程分别在循环水泵房控制室和旋流池电气室各设置一个ET200远程站，采用PROFINET网络与主站进行通讯。另外，还在循环水泵房设置两台操作员站，在轧线主操作室设置一台操作员站。
主站SPLC柜仅配置数字量输入输出模块，主要对加热炉供水泵组、浊环水供水泵组、轧线净环水供水泵组、冷却塔风机组、三个水池补水电动阀门等进行运行信号采集和启停控制信号输出。
水泵房从站2ACC柜配置了模拟量输入输出模块和RTD模块。对水泵组出水压力、流量及电机工作电压、电流、频率、电机温度等设备运行参数及设备监控数据进行采集。模拟量输出主要是加药装置内的变频器频率的给定信号。
旋流池ET200站3ACC柜主要对浊环水净环装置给水泵、冲氧化铁皮给水泵、给水泵出口阀等运行信号进行采集和启停信号的输出。
2.2自动控制方式
本工程水处理基础自动化系统用于完成循环水泵房、旋流沉淀池等水处理设备启停逻辑控制，包括水泵、阀门、风机控制以及流量、压力、温度、液位等检测信号的监控及报警，各水池液位的全自动控制。水泵电机控制回路的接触器合分闸、变频器启停信号及运行反馈信号、远程和就地信号均进PLC计算机系统，另外针对冷却塔的电机还配有震动自动检测装置和油温自动检测装置，具有振动、温度、油位监控的功能，与强电连锁，实现油温即时显示，自动报警与停机等功能。
2.3液位反馈控制
以旋流池内提升泵为例，将井内的雷达液位计的水位信号接入PLC系统，测量范围-11.3米至-7.8米，当水位超过-7.8米时，开启一台备用泵，当水位下降至-9.8米时，备用泵停，当水位到最低点时，两台泵全停。该泵组出水旁通管上的电动蝶阀也需要根据水位控制开停，当水位超过-9.3米时关阀，当水位低于-10米时开阀。
2.4压力反馈恒压控制
以净环水泵组电机控制为例，将该出水总管的供水压力值作为PID控制的外环反馈值，给定值为0.45MPa。当操作员设置为连锁控制时，这四台泵组可以根据需要，来调节变频器的频率和备用泵的启停来实现恒压供水控制。
三、上位机画面监控
本工程PLC编程软件采用西门子的STEP7，人机接口监控软件采用西门子的WINCC。PLC控制系统主要配合水工艺完成流程精准控制，监控系统主要完成泵阀等设备信息显示、具体控制参数的设定以及良好的人机交互。
本工程主画面以冷水池、调节池、旋流沉淀池、污泥池为主线，按照循环水处理工艺流程以各供水泵、出口管电动阀为主要设备布局，整体较为紧凑。操作人员点击泵阀的模块，便会弹出子画面，可以控制泵电机主回路接触器的合分闸、变频器的启停及频率给定、出水管口阀门的开关。为了减少操作人员工作量，各组供水泵电机均实现了自动控制及与阀门的连锁控制，按照无人值守设计。考虑到在生产特殊情况下，需要手动设置频率，程序中设置了手自动切换功能。
四、结语
本工程水处理自动化系统以生产水处理流程为主线设计，采用西门子高端中央处理器，网络系统采用总线型拓扑结构，实现PLC控制系统与远程I/O系统之间的数据交换，充分满足现场要求的基础上，节约了投资成本，保证了生产的稳定性，也方便后期系统的维护和扩容。操作员站画面布局合理，编写的程序自动化水平较高，可以快速响应生产需求、大大减轻了操作人员的工作量，为该厂实现降本增效提供了坚实的基础。
参考文献：
[1]郑国权. 轧钢浊环系统运行设计优化研究[D].沈阳建筑大学，2019.
[2]S7-300/400PLC 應用技术[M]. 机械工业出版社 ， 廖常初， 2005.