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)。對水處理進行自動化監(jiān)測和實時控制，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、閥實現(xiàn)自動監(jiān)控，對曝氣設(shè)備、排水設(shè)備的運行進行編程控制。根據(jù)工藝可以實時控制冷卻塔風(fēng)機、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帶有兩個擴展機架，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點數(shù)字量輸入，用于檢測控制命令和開關(guān)狀態(tài)；16點數(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)備運行狀態(tài)的顯示和監(jiān)控、實現(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)器作為計算機系統(tǒng)的備用控制手段，當(dāng)計算機出現(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、下位機設(shè)計兩部分。

4.1上位機軟件設(shè)計

為保證工業(yè)現(xiàn)場的穩(wěn)定，上位機采用Windows2000操作系統(tǒng)，編程平臺為Win CC5.1。上位機實現(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），方便地進行事故分析，通過報表編輯器，實現(xiàn)定期或隨機的相關(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下位機軟件設(shè)計

下位機采用SIEMENS 公司開發(fā)的STEP 7 5.2軟件對PLC進行編程和對PLC設(shè)備配置進行維護。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、與上位機通訊的DB塊的設(shè)計。

STEP提供了具有生成標準導(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。事實證明，F(xiàn)C功能塊的使用提高了程序的運行速度并且更加方便了軟件的移植性和可擴展性。

5 系統(tǒng)實現(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，電機啟動，把水抽走；當(dāng)水位h<2.20m時,電機堵轉(zhuǎn)時，熱繼電器動作，跳閘以保護電機。

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，三臺小泵同時運行。當(dāng)液位降至-5.20m時，B泵組、C泵組三臺電機，自動停止運行。

6結(jié)束語

經(jīng)該PLC控制系統(tǒng)的循環(huán)水滿足了工業(yè)用水的要求，實現(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，達到了生產(chǎn)自動化控制的目標，取得了良好的效益。