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基于西门子S7-400 PLC的水处理控制系统在钢铁厂的应用

2019/12/16    来源:《自动化应用》2018年第8期    作者:程兴      
关键字:自动化系统  西门子  S7-400  WinCC  水处理  
本文基于西门子自动化控制系统,对某钢铁厂高速车轮用钢项目水处理系统工艺、安全生产条件、车间各设备按划分区域配置PLC的设计思路及其通信技术应用进行了介绍。
1 概述
 
    某钢铁厂高速车轮用钢项目110t超高功率交流电炉配套水处理系统主要由净环水处理、浊环水处理、污泥处理三部分组成。净环水部分主要用于铁水预处理、废钢加工、EAF电炉、LF炉、RH精炼、VC/VD、连铸、开坯等设备的闭路冷却以及板式换热器冷媒水,冷媒水采用间接冷却开式循环水系统。浊环水系统主要用于RH精炼炉、VC/VD、连铸机、开坯连轧生产线等系统设备用水。污泥处理系统主要处理净环水过滤器的排污、浊环水高速过滤器的排污。
 
2 工艺流程介绍
 
    净环水处理流程为:各用户→冷却塔→冷水池→供水泵→管道过滤器→各用户;另包括除盐水循环系统,除盐水系统用于为连铸机结晶器的闭路冷却,采用间接冷却闭式循环水系统,除盐水处理流程为:用户→板式换热器→供水泵→管道过滤器→用户。
 
    浊环水系统根据不同生产单元的生产特性,浊环水流程如下:
 
    RH炉、VC/VD:热水泵→过滤器→冷却塔→供水泵→RH炉、VC/VD。
 
    连铸机:二次冷却水、设备冷却水→氧化铁皮沟→连铸旋流池→提升泵→平流沉淀池→提升泵→过滤器→冷却塔→供水泵→管道过滤器→连铸机。
 
    开坯:设备冷却水→氧化铁皮沟→轧钢旋流池→提升泵→平流沉淀池→提升泵→过滤器→冷却塔→供水泵→管道过滤器→开坯。
 
    污泥处理系统流程是将净环水过滤器的排污、浊环水高速过滤器的排污按流程进入污水调节池、污泥浓缩池、板框压滤机等处理,最后制成泥饼装车外运。
 
3 系统配置
 
    根据全厂水处理系统的系统功能、设备分布、系统容量划分,在净循环水区域电气室、浊循环水区域电气室分别设置一套西门子S7-400 PLC,在轧钢旋流池区域电气室设置一套西门子S7-400 PLC,图1为主控制系统网络图。
水处理、检化验通信服务器网络图
图1 水处理、检化验通信服务器网络图
 
    由图1可看出,整厂水处理的PLC自动化系统网络由两级网络组成:
 
    (1)工业以太网层:由多模6芯光纤组成光纤环网,组成环网的两根光纤不敷设在同一段路由中,此区域工控机、服务器、检化验服务器、操作员客户端、各系统自动化PLC主站均连接此网络。
 
    (2)现场总线控制层:使用西门子的RROFIBUS-DP总线网络,DP主站由各系统PLC主机架承担,净环水系统主站下挂8个ET-200M远程站,共有2个PLC柜,4个远程PLC箱(站),分别为:净环泵房远程站ROM1、净环泵房远程站ROM2、远程仪表站J-YPC1、远程仪表站J-YPC2、远程仪表站J-YPC3。浊环水系统由主站下挂10个ET-200M远程站组成,共有3个PLC柜,4个远程PLC箱(站),分别为浊环泵房远程站ROM1、高速过滤器远程站ROM2、旋流池远程站ROM3和污泥间远程站ROM4。
 
4 控制功能
 
    各设备工作方式设有3种操作方式,即HMI集中自动操作方式、HMI集中手动操作方式、机旁手动操作方式。
 
    (1)HMI自动操作方式:此种操作方式是当操作控制条件和工艺及设备联锁条件成立时,系统自动地完成一个工艺过程的控制。
 
    (2)HMI手动操作方式:此种操作方式是当操作控制条件和设备联锁条件成立时,人工依照工艺顺序分别对设备进行各种操作(如启动水泵、打开阀门等)的单机控制操作。
 
    (3)机旁手动操作方式:此种操作方式是仅有单机设备自身最基本的安全联锁而无其他联锁,由人工在机旁进行单机设备检修和调试时使用的控制操作方式。所有机旁手动控制不经过PLC,均为电气回路控制。
 
5 程序设计
 
    钢厂水处理系统尤其重要,在生产活动中现场设备用水不能停止,否则将导致重大生产安全事故,这就对控制系统提出了较高的要求。水系统泵组均设计了备用泵组。在正常生产过程中,当在用泵非正常停机后,备用泵必须第一时间投入,保证正常生产用水。此功能在程序中设定为停泵自投入功能,通过西门子S7系列PLC中提供的下降沿检测功能,对在用泵的运行反馈信号下降沿进行检测,当备用泵设定为停泵自投入时作为其启泵信号启动备用泵。此外,由于净环水大部分为高压泵组,高压泵组运行中高压柜控制回路出现突然断电后运行反馈信号不丢失现象,这会导致备用泵组不能正常投入,造成安全隐患。鉴于此种情况,我们增加了压力自投方式:利用泵组出口总管压力检测信号作为判断泵组运行情况的标准。当正常生产过程中,出口压力波动应稳定在一定范围内。当在用泵突然断电或其他原因导致不能正常出水时,出口压力低于HMI设定值达到一定时间时,将自动启动备用泵,保证管网供水。为保证泵组的合理运行,在程序启动时还做了各台泵的运行时间累积,启泵前程序自动判断启动运行时间较短的泵作为在用泵,运行时间较长的作为备用泵。下面以结晶器冷却水供水泵为例,程序逻辑框图及节选程序如图2、图3所示。
 
结晶器冷却水供水泵程序
图2 结晶器冷却水供水泵程序 

水泵自动控制系统逻辑框图
图3 水泵自动控制系统逻辑框图
 
6 操作画面介绍
 
    高速车轮用钢项目110t超高功率交流电炉配套水处理系统中控画面组态软件选用西门子公司画面组态软件WINCC V7亚洲版。V7版本是西门子最新推出的监控软件,软件集过程监控、PLC通信、标准接口、编程接口、报表设计、变量记录、实时趋势、历史趋势、报警归档、全局脚本等功能于一身,系统强大稳定且系统开放人机交互。此项目主要设备运行画面有三幅:净循环水操作画面、浊循环水操作画面、污泥处理操作画面,与PLC设置相对应。组态画面操作设置紧凑、简洁、信息量显示全面、直观,并对相关设备的运行信号、故障信号、操作信号等进行了全面的分类汇总显示。此外,还为用户设计了生产报表功能,每天自动生成日报表和班报表,极大地减轻了操作人员的负担,提高了工作效率。
 
7 结论
 
    钢铁厂的产品中没有一滴水,但是钢铁以及钢铁制品的生产却分分钟离不开水,钢铁生产中对供水的安全要求是非常高的,有些水泵甚至是三保险。在自动化技术进步的当今,实现稳定供水和安全供水不再是难事,只要我们工艺设计及设备布局合理、自动化选型配置先进、程序逻辑控制安全可靠、生产管理人员尽心尽责,钢铁厂水处理系统可以将对生产的影响降至最低。
责任编辑:杨培
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