西門子模塊6SL3055-0AA00-5CA2

1 引言

　　除鹽水站作為萊鋼銀山型鋼公司25MW發(fā)電工程的主要設施，擔負著供應三臺130t鍋爐和四臺150t除氧器用水的重要任務。從現(xiàn)場除鹽水生產來看，自動化監(jiān)控程度低，絕大部分的水泵是人工操作控制，在新的改造項目中需要在原先生產工藝上增加多介質、活性炭過濾器以及陰陽離子置換器等技術生產設備，所以更加需要對整個除鹽水站進行自動化控制的改造，從而可以節(jié)約能源，降低工人勞動強度，大大提高生產水平。

　　2除鹽水生產工藝簡介

　　除鹽水改造后的生產線主要設備有6個多介質和6個活性炭過濾器，超濾裝置，反滲透裝置，脫碳風機，陰離子和陽離子交換器，以及生水泵3臺（1臺變頻），高壓泵6臺，4臺除鹽水泵（1臺變頻），反滲透出水泵3臺（1臺變頻）等。生產工藝圖見圖1：

　　3 系統(tǒng)組成及軟件設計

　　根據工藝的要求，萊鋼銀山型鋼公司25MW發(fā)電工程除鹽水站PLC控制系統(tǒng)采用一套西門子的SIMATIC的S7-4007-400掛ET200結構，由一個主站、三個從站和兩個PC站（上位機）組成。用S7-400系列模塊做主站，S7-300系列模塊作從站，主站通過PROFIBUS總線電纜和接口模塊與從站通訊，這樣的構架既保證了PLC系統(tǒng)的*性又為用戶節(jié)省了成本。主站是由一個支持冗余的底板和S7-400系列電源模塊、CPU模塊、CP模塊組成，模塊支持熱插拔。從站是ET200M分布式系統(tǒng)，是在工業(yè)現(xiàn)場經常使用的PROFIBUS DP現(xiàn)場總線上的從站，用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置。

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　　3.1 硬件配置

　　本系統(tǒng)是建立在S7-400控制器、DELL 的Pentium工控機平臺之上的分布式系統(tǒng)。S7-400是模塊化PLC系統(tǒng)，采用標準的以太網通訊，每個控制器可以控制64個回路，最大的可處理131072個I/O點，其中模擬量I/O點數(shù)為168個，邏輯掃描率為1.25MB/S。S7-400與上位機采用工業(yè)以太網，通訊速率為100Mbps。系統(tǒng)主要硬件配置和I/O點數(shù)統(tǒng)計見表1和表2，系統(tǒng)配置結構見圖2：

　　除鹽水生產線自動化控制系統(tǒng)設計由兩級網絡組成，一級是過程控制級，二級是基礎控制級。

　　第一級——過程控制。以S7-400PLC系統(tǒng)作為主要控制核心,由兩臺上位機、PLC控制單元加以太網卡等組成工業(yè)以太網，監(jiān)控站利用組態(tài)軟件WinCC實現(xiàn)對工作現(xiàn)場進行監(jiān)督控制，中央處理器采用CPU416，I/O系統(tǒng)采用ET200M，通過ET200分布I/O通訊對流量、液位、pH值、出口壓力等參數(shù)進行采集，上位機將實時數(shù)據庫的數(shù)據送到服務器的關系數(shù)據庫中，進行保存和數(shù)據處理。過程控制級通過工業(yè)以太網將上位機系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測與控制點緊密的結合為一個整體，從而實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的計算機在線遠程診斷功能。

　　第二級——基礎自動化。PROFIBUS-DP網絡是網絡集成的最底層，主要是連接現(xiàn)場設備。主站S7-400 PLC通過PROFIBUS-DP網與從站通信，一方面主站將控制數(shù)據電機速度設定、溫度、壓力設定、接觸器吸合及斷開等發(fā)送到傳動裝置；另一方面?zhèn)鲃友b置的電機轉速、傳感器流量、溫度、壓力、接觸器觸點的通斷等數(shù)據通過通信傳送到主站PLC的寄存器地址。Profibus-DP主要用于工業(yè)自動化系統(tǒng)的高速數(shù)據傳送，實現(xiàn)調節(jié)和控制功能，是一種高速低成本通訊，用于設備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通訊，是計算機網絡通訊向現(xiàn)場級的延伸。


　　3.2 軟件設計

　　計算機操作系統(tǒng)采用Windows 2000 Professional 中文版本，上位機監(jiān)控軟件采用Wincc 6.0組態(tài)軟件來實現(xiàn)。

　　3.2.1 操作系統(tǒng)軟件Windows 2000 Professional中文版提供了一個快速、高效的多用戶、多任務操作系統(tǒng)環(huán)境，是目前使用廣泛的工控系統(tǒng)。

　　3.2.2 Wincc 6.0監(jiān)控軟件實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的開關量、模擬量的采集和處理，并顯示在監(jiān)控畫面上，在對多臺重要水泵的控制中的物理量如電流、主回路運行、頻率設定，有等都實時顯示在系統(tǒng)畫面上，方便操作人員及時掌握系統(tǒng)的運行情況。

　　3.2.3 采用Step7 對西門子可編程序控制器進行配置、編程，它可以利用IEC-1131標準中八種編程語言中的六種（STL、LAD、FBD、CFC、SFC、SCL）進行編程。


　　4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

　　根據除鹽水生產工藝，監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要是實現(xiàn)對工業(yè)新水的加藥、過濾、超濾、反滲透技術、陰陽離子置換、酸堿作用等控制工序，大致可分為過濾系統(tǒng)、超濾系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)、陰陽離子置換系統(tǒng)、與酸或堿結合系統(tǒng)5個子系統(tǒng)，系統(tǒng)監(jiān)控主畫面及分系統(tǒng)畫面見圖3、圖4、圖5：

　

　　4.1 畫面顯示功能:該畫面通過wincc 6.0軟件組態(tài)編輯實現(xiàn)動態(tài)模擬顯示整個除鹽水制備的過程。利用數(shù)據鏈接技術使得畫面上的元件實現(xiàn)實時動態(tài)、閃爍、變色等功能,讓畫面上的工藝參數(shù)以數(shù)字、棒圖的形式實時顯示,并對故障進行實時診斷。

　　4.2 數(shù)據處理功能:對系統(tǒng)采集的各種類型信號,利用各種計算功能、數(shù)據變換功能等實現(xiàn),模擬量信號有流量、壓力、濃度及PH值,數(shù)字量信號有水泵的運行狀態(tài)、故障和啟/停信號.

　　4.3 系統(tǒng)操作功能:有自動和手動兩種工作方式，正常運行時采用自動方式，故障和調試時采用手動方式。它由PID控制回路實現(xiàn)對一些重要的模擬量數(shù)據的精確控制，以達到期望值。

　　4.4報表功能與歷史趨勢功能:生產中的一些參數(shù)，需要及時打印，可形成報表。報表分為班報、日報、月報，可定時打印，也可手動任意時間打印。一些重要參數(shù)，我們對其進行歷史數(shù)據存儲，形成歷史趨勢，可以隨時進行查看。

　　4.5報警記錄功能：實時地發(fā)出所有發(fā)生故障的參數(shù)的聲光報警，提醒值班人員采取相應的措施

　　5 主要生產設備的控制

　　生產設備的主要控制方式為自動/遠程手動/機旁手動三種方式。

　　自動控制： 自動完成水泵變頻啟動的所有相關過程，壓力傳感器將水泵出口壓力信號送至PLC，作為泵出口壓力單閉環(huán)控制的反饋值（給定值根據實際工況設定），通過PLC對水泵出口壓力信號變換和處理。為變頻器提供頻率給定，實現(xiàn)頻率的自動調整.

　　遠程手動：操作人員可根據現(xiàn)場設備運轉狀況，通過監(jiān)控站進行單機設備操作，實現(xiàn)除鹽水生產的控制工序，作為聯(lián)鎖調試用。

　　機旁手動：作為單機檢修或現(xiàn)場調試用。


　　5.1 水泵的控制與聯(lián)鎖

　　因為除鹽水的生產不是連續(xù)生產方式，并且其產水量經常根據鍋爐系統(tǒng)的負荷調整進行調整，所以生產設備（水泵）的控制方式應該能夠適應多種情況下的生產方式，如一用一備、兩用一杯等不同工況。水泵控制程序流程圖見圖6：

　　以生水泵控制為例，生水泵組由三臺泵及相應的出口閥門組成（其中的一個泵及閥作為備用），適合不同工況下的需要?？刂品绞椒譃闄C旁控制和遠程控制兩種。機旁控制是利用選擇機旁的啟動或停止按鈕，通過PLC發(fā)出啟動或停止信號運行或停止水泵；遠程控制是操作人員在監(jiān)控室根據畫面上的啟動或停止按鈕進行點擊操作，包括聯(lián)動、單機、備用三種控制狀態(tài)，三種狀態(tài)可以任意的切換，不影響泵的運行狀態(tài)。在聯(lián)鎖狀態(tài)下，當兩臺工作泵中的任意一臺停運時，備用泵自動啟動，停運的泵則作為備用泵。當生水泵出水管壓力低于5.6 MPa時，進行第一次報警；當運行軟水泵出口壓力低于5.4 MPa時，進行第二次報警，同時備用泵及出口電動閥自動投入；泵事故跳閘后，泵出口電動閥自動關閉，當每臺泵及泵出口電動閥均不能正常運行時，進行緊急報警。各控制及聯(lián)鎖可解列。


　　5.2 超濾裝置的控制

圖7超濾裝置運行簡圖

　　超濾裝置的運行主要是對5個電磁閥控制的閥門進行控制：進水閥、產水閥、反洗進水閥、正沖排水閥、反洗排水閥。這5個閥門的狀態(tài)決定了超濾裝置的工作狀態(tài)：運行、備用、反洗。

　　運行：超濾在運行狀態(tài)下，首*行正沖操作，正沖完成后超濾裝置的進口和出口電磁閥得電，進、出口閥門打開，超濾裝置投入運行；

　　備用：超濾裝置在備用狀態(tài)下，超濾裝置的進口和出口電磁閥失電，進、出口閥門關閉，超濾裝置投入備用；

　　反洗：超濾反洗有兩種方式，定時反洗和定壓反洗。定時反洗是根據超濾運行的時間進行固定時間間隔的反洗，定壓反洗是根據超濾裝置的進出口壓差進行反洗，當進出口壓差達到一定數(shù)值則超濾裝置也進行反洗?，F(xiàn)在的超濾反洗一般采用定時反洗。


　　5.3反滲透裝置的控制

　　反滲透工藝是一種在壓力驅動下，借助半透膜的選擇截留作用，將溶液中的溶質與溶劑分閃的分離方法。在水處理工藝運用中，將水中無機離子、細菌、病毒、有機物及膠質等雜質去除，以獲得高質量的水。系統(tǒng)對反滲透裝置的控制有三種工作狀態(tài)：運行、備用、沖洗。反滲透裝置有3個由電磁閥控制的閥門，反洗進口閥、產水排放閥、濃水排放自動閥。反滲透裝置運行簡圖見圖8：

圖8 一套反滲透裝置運行簡圖