某型鋼廠水處理自動化系統(tǒng)控制設(shè)計

汪鋼

摘要：循環(huán)水處理基本貫穿了軋線生產(chǎn)系統(tǒng)的主工藝流程，本文結(jié)合具體工程實(shí)例，介紹了某型鋼廠水處理系統(tǒng)的基本情況，設(shè)計了自動化PLC控制系統(tǒng)，編寫了相對應(yīng)的控制程序和組態(tài)畫面，取得了較好的控制效果，能滿足現(xiàn)場的生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：水處理;PLC控制程序;組態(tài)畫面。

一、該工程水處理工藝流程

1.1工藝流程

該型鋼廠循環(huán)水處理系統(tǒng)主要分為凈環(huán)水系統(tǒng)、濁環(huán)水系統(tǒng)及安全供水系統(tǒng)，生產(chǎn)總用量約為5400m3/h。

凈環(huán)水系統(tǒng)包括：加熱爐凈環(huán)水系統(tǒng)、軋線凈環(huán)水系統(tǒng)和凈環(huán)水旁濾系統(tǒng)。加熱爐凈環(huán)水系統(tǒng)的用戶為加熱爐水梁、懸臂等冷卻用水，水量為500 m3/h。軋線凈環(huán)水系統(tǒng)的用戶為主、輔傳動電機(jī)、液壓潤滑、輥道等設(shè)備等冷卻用水，水量為1800 m3/h，用戶點(diǎn)壓力為0.4 MPa。這些冷卻用水有溫升但并未受到污染，只需要經(jīng)過冷塔冷卻再回到凈環(huán)水冷水池，由供水泵加壓送到各用戶循環(huán)使用。為了保證凈環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)，本系統(tǒng)設(shè)有旁濾設(shè)施，設(shè)淺層砂過濾器，旁濾水量為200 m3/h。

濁環(huán)水系統(tǒng)包括：軋線濁環(huán)水系統(tǒng)、沖渣水系統(tǒng)。軋線濁環(huán)水系統(tǒng)用水量為1400 m3/h。其用戶為高壓水除鱗、開坯軋機(jī)、串列軋機(jī)組、熱鋸冷卻、冷床噴霧、軋輥等用戶冷卻用水。沖渣水系統(tǒng)用水量為1000 m3/h。上述系統(tǒng)均為直接冷卻，其水質(zhì)受到污染。該部分污水通過5米平臺下氧化鐵皮溝匯集至旋流沉淀池，經(jīng)沉淀去除大顆粒氧化鐵皮后，一部分水直接用泵加壓供氧化鐵皮溝沖洗使用;另一部分水用泵提升至一體化濁水凈化裝置。經(jīng)過該裝置加藥及進(jìn)一步沉淀處理后，送至雙旋流高效自動過濾器進(jìn)行過濾，再入濁環(huán)水冷卻塔，冷卻后的出水進(jìn)入濁環(huán)水冷水池，再通過濁環(huán)水供水泵組加壓送至各用戶循環(huán)使用[1]。為了保證事故狀態(tài)下加熱爐的安全，加熱爐凈環(huán)水設(shè)有安全供水系統(tǒng)，供水水量為500 m3/h。

1.2主要電機(jī)設(shè)備

根據(jù)工藝專業(yè)要求，分別布置循環(huán)水泵房、旋流池及濁水處理設(shè)施、加藥間于主廠房外。各區(qū)域主要水泵電機(jī)具體參數(shù)如下：3臺軋線凈環(huán)供水泵，電機(jī)功率為200kW;2臺加熱爐凈環(huán)供水泵，電機(jī)功率為132kW;4臺濁環(huán)水供水泵，220kW;2臺過濾器反洗供水泵，75kW;2臺反洗水提升供水泵，75kW;5臺冷卻塔風(fēng)機(jī)，55kW;4臺濁環(huán)凈環(huán)裝置供水泵，220kW;4臺沖氧鐵皮供水泵，132kW。

二、自動控制系統(tǒng)組成

2.1系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)的處理器選用西門子公司的CPU416模塊，其處理速度快，能高效地完成各種過程控制任務(wù)，內(nèi)部集成了SIMATIC NET PROFINET接口，可以通過工業(yè)以太網(wǎng)，下設(shè)多個ET200遠(yuǎn)程I/O站，來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)控制[2]。本工程分別在循環(huán)水泵房控制室和旋流池電氣室各設(shè)置一個ET200遠(yuǎn)程站，采用PROFINET網(wǎng)絡(luò)與主站進(jìn)行通訊。另外，還在循環(huán)水泵房設(shè)置兩臺操作員站，在軋線主操作室設(shè)置一臺操作員站。

主站SPLC柜僅配置數(shù)字量輸入輸出模塊，主要對加熱爐供水泵組、濁環(huán)水供水泵組、軋線凈環(huán)水供水泵組、冷卻塔風(fēng)機(jī)組、三個水池補(bǔ)水電動閥門等進(jìn)行運(yùn)行信號采集和啟?？刂菩盘栞敵?。

水泵房從站2ACC柜配置了模擬量輸入輸出模塊和RTD模塊。對水泵組出水壓力、流量及電機(jī)工作電壓、電流、頻率、電機(jī)溫度等設(shè)備運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。模擬量輸出主要是加藥裝置內(nèi)的變頻器頻率的給定信號。

旋流池ET200站3ACC柜主要對濁環(huán)水凈環(huán)裝置給水泵、沖氧化鐵皮給水泵、給水泵出口閥等運(yùn)行信號進(jìn)行采集和啟停信號的輸出。

2.2自動控制方式

本工程水處理基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)用于完成循環(huán)水泵房、旋流沉淀池等水處理設(shè)備啟停邏輯控制，包括水泵、閥門、風(fēng)機(jī)控制以及流量、壓力、溫度、液位等檢測信號的監(jiān)控及報警，各水池液位的全自動控制。水泵電機(jī)控制回路的接觸器合分閘、變頻器啟停信號及運(yùn)行反饋信號、遠(yuǎn)程和就地信號均進(jìn)PLC計算機(jī)系統(tǒng)，另外針對冷卻塔的電機(jī)還配有震動自動檢測裝置和油溫自動檢測裝置，具有振動、溫度、油位監(jiān)控的功能，與強(qiáng)電連鎖，實(shí)現(xiàn)油溫即時顯示，自動報警與停機(jī)等功能。

2.3液位反饋控制

以旋流池內(nèi)提升泵為例，將井內(nèi)的雷達(dá)液位計的水位信號接入PLC系統(tǒng)，測量范圍-11.3米至-7.8米，當(dāng)水位超過-7.8米時，開啟一臺備用泵，當(dāng)水位下降至-9.8米時，備用泵停，當(dāng)水位到最低點(diǎn)時，兩臺泵全停。該泵組出水旁通管上的電動蝶閥也需要根據(jù)水位控制開停，當(dāng)水位超過-9.3米時關(guān)閥，當(dāng)水位低于-10米時開閥。

2.4壓力反饋恒壓控制

以凈環(huán)水泵組電機(jī)控制為例，將該出水總管的供水壓力值作為PID控制的外環(huán)反饋值，給定值為0.45MPa。當(dāng)操作員設(shè)置為連鎖控制時，這四臺泵組可以根據(jù)需要，來調(diào)節(jié)變頻器的頻率和備用泵的啟停來實(shí)現(xiàn)恒壓供水控制。

三、上位機(jī)畫面監(jiān)控

本工程PLC編程軟件采用西門子的STEP7，人機(jī)接口監(jiān)控軟件采用西門子的WINCC。PLC控制系統(tǒng)主要配合水工藝完成流程精準(zhǔn)控制，監(jiān)控系統(tǒng)主要完成泵閥等設(shè)備信息顯示、具體控制參數(shù)的設(shè)定以及良好的人機(jī)交互。

本工程主畫面以冷水池、調(diào)節(jié)池、旋流沉淀池、污泥池為主線，按照循環(huán)水處理工藝流程以各供水泵、出口管電動閥為主要設(shè)備布局，整體較為緊湊。操作人員點(diǎn)擊泵閥的模塊，便會彈出子畫面，可以控制泵電機(jī)主回路接觸器的合分閘、變頻器的啟停及頻率給定、出水管口閥門的開關(guān)。為了減少操作人員工作量，各組供水泵電機(jī)均實(shí)現(xiàn)了自動控制及與閥門的連鎖控制，按照無人值守設(shè)計?？紤]到在生產(chǎn)特殊情況下，需要手動設(shè)置頻率，程序中設(shè)置了手自動切換功能。

四、結(jié)語

本工程水處理自動化系統(tǒng)以生產(chǎn)水處理流程為主線設(shè)計，采用西門子高端中央處理器，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)PLC控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，充分滿足現(xiàn)場要求的基礎(chǔ)上，節(jié)約了投資成本，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，也方便后期系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)容。操作員站畫面布局合理，編寫的程序自動化水平較高，可以快速響應(yīng)生產(chǎn)需求、大大減輕了操作人員的工作量，為該廠實(shí)現(xiàn)降本增效提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭國權(quán). 軋鋼濁環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計優(yōu)化研究[D].沈陽建筑大學(xué)，2019.

[2]S7-300/400PLC 應(yīng)用技術(shù)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 廖常初， 2005.