基于S7-300的層流過濾器反沖洗控制系統

[關鍵詞] PLC;循環水處理;層流過濾器;反沖洗

Abstract: This paper has introduced a control system with the mastercontroller of S7-300 PLC to back wash six high-speed laminar flow filters, particular discussed the soft hardware structure of the electric control system and provided a new control method for laminar flow filter of industrial water conditioning system.

Keyword: programmable logic control（PLC）,treatment of circulating water，laminar flow filter，back washing

前言

我國目前嚴重缺水，節約用水成為最熱門的話題。于是一些用水量大的企業面臨著嚴重的考驗，例如，鋼鐵廠，洗煤廠等企業，采用循環供水系統就顯得尤為重要。高速層流過濾器是現代工業水處理的主要裝置之一，非常適應于鋼鐵企業中凈化處理軋鋼、連鑄等設備的濁水（含有氧化鐵皮及油質）以及洗煤行業的循環水系統中的旁濾處理。為此，我們與唐山鋼鐵集團公司–熱軋薄板廠共同開發研制了一套針對熱軋薄板循環水處理系統的6臺層流過濾器的反洗控制。

1.系統的構成

層流過濾器是對熱軋薄板或洗煤廠循環水的整個工作流程中進行過濾處理的主要部件，在過濾器內部填裝各種濾料，例如：白煤、黃沙、活性炭等組成粗濾、細濾等的物理和化學濾層，從而達到使出水潔凈的目的。由于在熱軋薄板或洗煤廠的循環水中會含有大量的氧化鐵皮、油質、煤粉等各種雜質，在其循環水的處理系統中的層流過濾器就極易發生堵塞，因此，在使用一段時間后就要對層流各過濾器進行反沖洗（水、氣混合），將水中的雜質去除以保證循環水出水的潔凈流暢和過濾器的正常工作，提高過濾器使用壽命。

1.1 層流過濾器的設備組成及其功能

我們所研發的該套層流過濾器反洗控制系統，控制6臺層流過濾器，每臺層流過濾器配置有6個電動閥門，分別控制原水進水、凈水出水、反洗排水、反洗進水、反洗進氣、反洗出氣等管路的開閉，以滿足工藝流程的要求;為充分提高設備的利用率，6臺層流過濾器共用2臺鼓風機和2臺水泵，作為反洗的進氣源和進水源，為保證整個反洗系統的正常運行，2臺鼓風機和2臺水泵互為備份，即2臺鼓風機和2臺水泵分別開1備1。正常時反洗系統啟動1臺鼓風機和1臺水泵作為系統的氣源和水源，當1臺鼓風機或水泵發生故障時，另一臺自動投入運行，以保證反洗系統的可靠運行。每臺鼓風機、水泵各配置1個電動出口閥門作其管路出口的控制。

1.2 層流反洗電氣系統的工作原理及其工藝流程

鼓風機的電機容量為380v/132Kw，因其功率較大，為減小其啟動電流對電網造成的沖擊，故采用軟啟動器啟動。軟啟動器的控制信號為：輸入——- 手/自動，急停，啟動/停止;輸出——-旁路，故障。鼓風機的出口閥門電機功率為380v/1.1 Kw，開閉限位各1個（無源接點）;反洗水泵的電機容量為380v/75Kw，考慮其功率不大，采用直接啟動方式啟動，其控制信號為：輸入——-手/自動，急停，啟動/停止;輸出——-故障。水泵的出口閥門電機功率為380v/1.1 Kw，開閉限位各1個（無源接點）。

圖1為單臺層流過濾器示意圖，其控制內容如下：

1）原水進水閥門V1：閥門電機1臺（380v/1.1 Kw），開閉限位各1個。

2）凈水出水閥門V2：閥門電機1臺（380v/1.1 Kw），開閉限位各1個。

3）反洗排水閥門V3：閥門電機1臺（380v/1.1 Kw），開閉限位各1個。

4）反洗進水閥門V4：閥門電機1臺（380v/1.1 Kw），開閉限位各1個。

5）反洗進氣閥門V5：閥門電機1臺（380v/1.1 Kw），開閉限位各1個。

6）反洗出氣閥門V6：閥門電機1臺（380v/1.1 Kw），開閉限位各1個。

圖1 層流過濾器設備示意圖

　　上位機由組態軟件（WINCC）控制管理，下位控制由SIEMENS-PLC，S7-300-314控制操作。

2.控制系統的說明

2.1 系統的控制方式

根據用戶和現場的控制要求，系統操作方式有3種：

1）自動方式，在組態畫面上進行監控;

2）半自動方式，在組態畫面上對某個設備單獨進行操作;

3）手動方式，由設置在現場的手動機旁箱控制操作，其控制級別最高。（手動操作箱設置在現場利于觀察操作的地方）6臺層流過濾器每臺都可單獨手動操作，在某1臺處于手動狀態時，該臺設備被切除自動循環狀態，其它處于自動狀態的層流過濾器仍按自動方式運行。

各閥門電機因其功率較小，故其線路的控制形式為：空氣開關（帶熱脫扣和短路保護）、接觸器、閥門電機（其中空氣開關的熱脫扣作為閥門電機的過載保護）。

2.2 系統的硬件組成

本控制系統用1臺西門子PLC控制6臺層流過濾器，同時應用模擬輸入輸出模塊控制溫度和壓力，其型號采用：主控制器部分采用S7-300系列的 314CPU，外帶一定的輸入輸出模塊，包括24點AI、8點AO、64點DI和40點DO;PLC編程軟件采用SIEMATIC Step7;監控軟件采用WINCC可視化監控軟件組態生成;上位機和PLC之間通過Siemens編程通訊電纜連接。 所用西門子PLC的硬件組態為：

表1
 

2.3 控制系統的軟件設計

依據層流過濾器反洗工藝要求，設計為：6臺層流過濾器輪流反洗，反洗周期12小時。單臺反洗時間約為24分鐘。單臺過濾器的控制流程如下表所示：

表2
 

3.組態軟件的控制說明

本控制系統采用了WINCC組態軟件編制了上位機管理畫面，模擬了現場生產流程。WINCC經CP5611通訊卡與S7-300-PLC通訊，將 PLC的過程變量的數值范圍線性地影射到WINCC的變量定義范圍，WINCC通過發送一個請求信號向PLC請求數據;在此采用周期性讀取通訊數據方式，即WINCC在PLC上登記讀請求，PLC在相應的周期內對其進行通訊處理。控制畫面如圖2，3所示：

圖2 層流過濾器自控總圖（層流1#～6#）

圖3 層流過濾器自控總圖（風機/水泵）

主畫面中包括3個子畫面，子畫面可以互相覆蓋，可由操作者用鼠標點擊切換或者鍵盤控制切換。當鼠標點擊畫面按鈕時，該按鈕變色，作為組態系統已響應的指示。現場的限位開關、故障等信號的狀態，通過相應的畫面組件顏色閃爍來提示操作者。通過這些畫面，可以實時的監測現場設備的工作狀態，而且能方便的對現場設備進行控制。

總結：

本控制系統自投入運行已有半年時間，其運行狀態良好，充分滿足了該廠熱軋薄板生產線的循環水處理系統的工藝要求，相比該廠其它形式的層流過濾設備，本控制系統在反洗過程中不僅達到了節水、節電，還大大縮短了層流過濾器的反洗時間，為該廠帶來了可觀的經濟效益。

本文作者創新點：

本控制系統雖然控制6臺層流過濾器，但每臺層流過濾器工藝流程是一樣的，故可將其軟硬件做成模塊化，經組合后控制層流過濾器的臺數也就可以任意組合了。也可以通過對各個閥門、風機、水泵的開閉時間做相應的調整，就能滿足不同的反洗工藝要求，從而使本控制系統具有一定的通用性。在目前的相關行業設備中，我們設計的這套控制系統有一定的典型性和先進性，具有推廣的價值。

參考文獻：

　　[1] 西門子公司.S7-300可編程序控制器模板說明.2005

　　[2] 西門子公司.S7-300可編程序控制器硬件與安裝手冊.2005

　　[3] 西門子公司.NETPRO網絡配置手冊.2004

　　[4] 宋宏偉.甄然.加油站中央控制系統的設計與實現.微計算機信息.2006.6.1.106～107