| 标题 | 基于西门子S7300PLC的某轧钢水处理高速过滤器控制系统 |
| 范文 | 摘要：本文对某轧钢厂的高速过滤器的工艺流程、控制系统硬件、控制系统编程软件及组态软件、相关控制逻辑及画面操作功能等进行了比较详细的介绍，该基于西门子S7300PLC的某轧钢水处理高速过滤器控制系统多年的成功运行经验表明，其控制模式在对高速过滤器控制中具有一定的推广价值。 关键词：高速过滤器；控制；PLC 某轧钢厂循环水处理设施按照水处理工艺分为A、B、C三个子系统，主要为轧线加热炉、空压站、轧辊和机架等设备提供循环冷却水。为了节约水资源，保护环境，需要对水进行相应处理以使水质达到循环利用条件，该区域设置了旋流池、平流池、高速过滤器、水泵、浓缩池和脱水机等水处理设施。在过滤工艺环节，共配置了29台高速过滤器，以滤除水中杂质。过滤清水循环利用，污水则经后续水处理工艺进一步处理，最终压成泥饼环保利用。其中，A系统2台，B系统5台，C系统22台，另设置了若干数量的过滤泵、反洗泵及反洗风机等水处理工艺设备，组成一套完成的循环水处理工艺流程。 1 高速过滤器工作流程 每台高速过滤器均设置有7只电动阀，以控制过滤器进水和排水，实现过滤器运行状态切换和过滤功能再生。7只电动阀按工艺功能编号为：1#阀反洗水出水阀，2#阀过滤水进水阀，3#阀过滤水出水阀，4#阀反洗水进水阀，5#阀初滤水排水阀，6#阀风洗排气阀，7#阀风洗进气阀等。并设置有若干流量计及压力表等，以方便操作人员把控高速过滤器的运行状态。 高速过滤器有过滤和反洗两种运行方式，正常运行模式下，处于过滤状态，当过滤器滤料中的杂质累积到一定程度时其过滤效率和过滤能力会下降，此时需要对其进行反洗，以恢复其过滤能力。有根据差压和定时两种反洗模式，现场实际应用时，一般采用定时反洗模式，以便于协调规划各只过滤器反洗时间，避免出现多只过滤器同时反洗从而对系统水量、压力等参数造成较大波动等情况。根据水处理工艺过程，在反洗过程中，单台高速过滤器阀门动作要求为：①过滤状态转为反洗状态信号，过滤器所有阀门关闭。②检测到所有阀门均关到位后，1#阀反洗水出水阀打开。③1#阀反洗水出水阀关到位后，5#阀初滤水排水阀打开。④经延时5分钟后，5#阀初滤水排水阀关闭。⑤5#阀初滤水排水阀关到位后，启动反洗空压机。⑥检测到反洗空压机运行信号后，延时2秒打开7#阀风洗进气阀。⑦7#阀风洗进气阀开到位后，延时5分钟，关闭7#阀风洗进气阀。⑧7#阀风洗进气阀关到位后，停止反洗空压机。⑨反洗空压机停止運转后，开启反洗泵。⑩反洗泵运行5秒后，打开4#阀反洗水进水阀。B114#阀反洗水进水阀开到位后，延时8分钟，打开6#阀风洗排气阀。B126#阀风洗排气阀开到位后，延时5分钟，停止反洗泵，同时关闭1#阀反洗水出水阀及6#阀风洗排气阀。B13待上步完成后，延时5秒，关闭4#阀反洗水进水阀。B14待4#阀反洗水进水阀关到位后，打开2#阀过滤水进水阀。B152#阀过滤水进水阀关到位后，关闭5#阀初滤水排水阀，同时打开3#阀过滤水出水阀。B163#阀过滤水出水阀关到位后，结束过滤器反洗状态，进入正常过滤状态，待下一个反洗周期，由时序控制循环运行。 2 基于西门子S7300的控制系统介绍 为了实现以上工艺要求，使用西门子S7300PLC控制系统，分别对三个系统的设备进行监视和控制。SIMATIC S7300是西门子公司通用型PLC，能够满足一般设备的中、小规模的控制要求，在各种自动化工厂应用范围广泛。S7300系列PLC有多种不同型号的CPU，不同型号的CPU具有不同的技术规范和性能参数。其主要技术指标主要包含CPU的内存大小、工作频率、通讯种类和编程资源等。为了提高CPU工作可靠性，一般在CPU模块上配置有后备电池。在CPU模块上，还有一些CPU状态指示灯，能够反映CPU的运行情况，维护人员能很方便根据指示灯信息及时发现系统异常并及时处理。S7300系列CPU按照功能，主要分为4种类型：标准型、紧凑型、技术功能型和故障安全型等。现场使用较多的为标准型，通过标准型CPU和ET200组合使用，能达到较高的性价比，同时提高运行可靠性和可维护性。 为了提供人机操作接口画面HMI，需采用西门子公司WINCC组态软件，该软件能为操作员提供友好监视及控制功能界面。该组态软件主要提供了人机交互（操作员通过画面点击鼠标实现对设备的操作）、数据采集及监控（在操作画面上，很直观的展示了设备运行状态及采集到的实时工艺参数）、通讯（与S7300PLC及网络上其他设备进行数据交换）等功能，是西门子公司全集成自动化的重要组成部分，它为工业自动化过程的运行及维护提供了良好的支持并为操作人员提供了友好的人机交互与数据采集监控，也为管理级和控制级间的信息交互提供了信息交换通道，在全集成自动化体系结构中起着衔接的重要作用。 为了使设备按照规定的工艺过程动作，需要使用STEP7编程软件。通过该软件，组态S7300PLC硬件系统及通讯网络结构，根据工艺系统要求，编制相关设备的控制逻辑，将编译成功的逻辑程序下载到S7300PLC中CPU中，通过CPU循环扫描和执行相关逻辑程序，控制相关设备的运行，并采集相关仪表等过程数据，参与逻辑运算或者供人机界面HMI显示。 3 基于西门子S7300的控制系统的实现 在本控制系统中，根据工艺系统A/B/C的划分，控制系统硬件选用了三套S7300系列3152DP型号CPU，通过接口模块IM153扩展ET200分布式I/O远程站，CPU与ET200站之间均采用PROFIBUSDP通讯协议，各阀门、现场设备及现场仪表信号分别接入到各远程I/O站。各S7300CPU之间通过CP343通讯模块与其他PLC及操作站组成工业以太网，通过以太网TCP/IP协议，进行相关数据交换。操作站HMI操作系统为WIN7 professional，PLC逻辑编程及硬件组态软件选用了STEP7 V5.5，HMI操作站组态软件采用了WINCC V7.3，基于WIN7平台的各软件，有着良好的兼容性和可维护性。 本高速过滤器逻辑编程采用了梯形图编程语言，主要包含三个部分：各高速过滤器间的协调控制、单台高速过滤器的控制及各PLC系统间的数据通讯。 在各高速过滤器协调控制程序块中，利用CPU固有的时钟脉冲，通过累加器的分频功能，产生1分钟的时钟脉冲信号，然后通过累加器对该1分钟时间脉冲进行计数，与设定的反洗周期进行比较，当该计数值与某系统周期相等时，即触发该系统过滤器反洗信号。与此同时，通过累加器对反洗次数（反洗信号）进行计数，以确定下一台反洗的高速过滤器编号。通过时间触发的反洗信号及反洗高速过滤器的编号，调用相应的高速过滤器程序块，执行其反洗过程。当反洗到达该系统最后一只时，自动跳转至第1台，如此反复执行。为了方便手动干预某台高速过滤器反洗过程，增加了手动操作功能，当某台过滤器选择手动反洗后，其立即进行反洗流程。为了避免手动干预时可能造成的同一系统多台高速过滤器同时反洗，增加了任何一台过滤器过滤反洗时，闭锁其他过滤器反洗的功能。 在单台高速过滤器的控制程序功能块中，通过前述产生的反洗信号及对反洗高速过滤器的编号进行判断，自动执行相关高速过滤器的反洗流程，实现了前述高速过滤器反洗时，相关阀门、反洗水泵、反洗风机等设备按照规定的工艺流程的要求进行动作。在该程序块中，还设计有对过滤器相关阀门及设备的状态进行判断的功能，当某台高速过滤器状态不满足反洗要求时（如有阀门故障），自动终止反洗流程，并产生报警信号。 在各PLC系统间的数据通讯功能程序块中，采用双边编程的方式，各PLC按照约定的数据格式，读取需要的数据，并给通讯伙伴发送相关数据，以协调各系统间设备的运行，并给下一步工艺流程提供相关数据。 在操作站HMI主画面上，比较直观的组态了整个工艺流程图，通过该流程图，操作人员能对整个工艺参数及主要工艺设备的状态进行监视（见下图）。该画面通过相关操作按钮，实现了任何一台高速过滤器的自动反洗、手动反洗及禁止反洗等功能。在可通过相关按钮切换的分画面中，分别组态了相关流量及压力等仪表信号的趋势功能，借助此功能，操作人员能对某台过滤器的运行状态进行分析，从而比较方便的做出相应操作或者检修决策。通过组态报警功能，能够及时记录相关报警信息，并触发报警条及相关声光报警装置，以提醒操作人员做出正确的响应，并为故障原因分析提供了可靠的依據。 过滤器总览监视画面图 4 结语 通过多年运行经验表明，该套高速过滤器控制系统运行可靠，维护方便，工艺功能实现合理，作为一套成熟的控制模式，具有一定的推广价值。 参考文献： [1]姜建芳.西门子S7300/400PLC工程应用技术.北京：机械工业出版社，2012.10. [2]姜建芳.西门子WINCC组态软件工程应用技术.北京：机械工业出版社，2015.6. 作者简介：袁显能（1982），男，本科，工程师，主要从事钢铁企业电气设备技术管理工作。 |
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