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摘要主要以西门子S7-300PLC对工业水处理系统进行控制(完成硬件设计与软件实现),最后对系统进行调试。实现生产过程集中监视、控制管理和分散控制。因此解决了生产过程中减轻劳动强度,保障生产的可靠性、安全性、降低生产成本,减少环境污染、提高产品的质量及经济效益。
关键词PLC 水处理 自动控制 程序设计
中图分类号:TP27文献标识码:A
0 引言
大型火力发电厂通过水汽介质在锅炉、汽机之间进行热量传递,化学水处理系统提供满足火电厂运行要求的补给水,是火电厂的主要辅助系统之一。水处理系统设备数量多、操作步骤多、工艺复杂,为了提高水处理系统的自动化程度,保证控制精度和制水质量,实现化学水处理系统的计算机自动控制是很有必要的。目前,大型火电厂水处理系统大多采用以PLC和计算机为核心组成的一套监控系统进行控制。
1 水处理系统概况
化学水处理系统的处理过程是将水源地来的清水经澄清池、过滤器以及反渗透装置等设备预处理,除去大颗粒悬浮物等杂质,然后经过阳床(阳离子交换器)除去Ca2+,Me2+,Na+等阳离子,经除碳风机和中间水箱除去CO2,然后经过阴床(阴离子交换器)除去C1-者S042-,HC03-,HSi03-等阴离子,再通过混床二级精除盐处理,变为适合主厂房锅炉用的高品质的除盐水,供主厂房锅炉与汽机发电使用。
2 自控系统配置和控制
2.1 自控系统配置
水处理控制系统由下位PLC和上位计算机构成两级集散控制系统。下位机系统采用了SIEMENS公司的S7-300PLC, Step7软件为下位机编程组态软件,上位监控机为DELL公司台式机,以支持实时多任务多用户网络操作系统的公司SIEMENS的Wincc6.0为上位机监控组态软件。在化学水处理控制室设2台操作员站,其中1台兼做工程师站。操作员站通过工业以太网交换机与PLC联接。
2.2 控制方式及功能
控制系统要求有四种运行方式供用户选择,用户选择运行方式可通过现场控制柜或中央控制室控制柜上的按钮开关或上位机控制系统上的模拟转换开关进行。系统设定现场控制柜上操作按钮的优先级最高,上位机控制系统的优先级高于中央控制柜上的按钮开关的优先级。当系统处于全自动控制方式时,控制系统将按照工艺的要求,自动完成各工艺设备的运行,无需要人工的干预。在自动状态下能自动完成除盐水处理的全部流程。
当系统处于半自动控制方式时,可以要求某个工艺设备进行全自动方式而别的处于手动控制方式,且二者之间不会相互影响。这样当某个工艺设备有故障时,我们可以将其设定为手动控制,而别的仍处于自动控制。
手动控制是就地手动,只要将系统设为手动方式,我们只要按就地控制柜上的“启动”“停止”按钮,就可以对该工艺设备进行单步的手动控制。手动控制主要用于设备的调试和检修。系统对每一个工艺泵设一组自动和手动控制的转换按钮和现场操作控制柜。软手动是指通过上位机进行手动控制的一种工作方式,当系统处于软手动工作方式时,可直接通过上位机的键盘或鼠标直接对某个工艺的开关状态进行控制。无论系统处于何种工作方式,上位机监控系统均能及时记录和实时检测系统的运行情况,如系统的水质、水量、设备的运行情况、水的电导和进出水流量值等重要参数。
无论系统处于何种工作方式,电气系统均保证有可靠的性能,有足够的安全防护,保证设备和人身的安全。在主控系统上设有急停开关。无论系统处于何种工作方式,控制时序可任意调节,控制系统有过流、缺相、过压、欠压等故障自动保护和声光报警等功能。
3 PLC程序设计结和设计方法
3.1 程序设计结构
根据本工程工艺流程,PLC程序采用模块化结构,在PLC编程中采用子程序调用的形式,这样不仅程序可读性强,而且缩短PLC程序扫描周期,便于现场调试和程序扩展。将工艺控制流程分为过滤器控制程序、阴床控制程序、阳床控制程序、模拟量处理程、报警程序、液位联锁程序、泵控制程序。这些工作状态在同一时刻是唯一的,我们将其做成子程序的方式,被主程序调用。如过滤器控制为例,过滤器的控制分为运行、松滤料、排水、空气擦洗、水反洗、静置、正洗几个状态。通过子程序的调用,可以控制不同的过滤器。系统共有3个过滤器系统,每个过滤器有反洗排水阀、进水阀、出水阀、正洗排水阀、进压缩空气阀、反洗进水阀、排气阀共7气动阀门。将这些阀门的软手动控制程序设计封装在FB1功能块中,在以1#过滤器(DB1)、2#过滤器(DB2)、3#过滤器(DB3)来表示不同的过滤器。通过调用不同的背景数据块来实现控制不同的系统并且控制方法一致的系统。图1为程序调用背景数据分层结构图。
图1程序调用背景数据分层结构
3.2 顺序功能图设计
现行的设计方法有经验法、功能图法、流程图法、解析法和顺序功能图法及状态图法。顺序功能图法(下转第123页)(上接第119页)具有更加直观的特点,便于合作者之间的交流,便于系统的再次开发。顺序功能图法的基本思想是将系统的一个周期划分为若干个顺序相连的阶段,根据输出量的状态变化来划分的,在任何一步内,各输出量的状态不变,但是相邻两步输出量总的状态是不同的。 这样编程的思路变的简单。直接可以转换成梯形图。以过滤器编程为例,过滤器的工艺流程分为正洗、运行、松滤料、排水、空气擦洗、水反洗、静置。表1为过滤器控制步序。根据每一步阀门控制流程及相水关泵启动和工艺控制要求条件画出顺序功能图。图2是过滤器工艺顺序功能图。
表1 过滤器控制步序
注:○表示阀门为开启状态,没有符号表示关闭状态;I21.2为自动信号;I26.7为压力开关信号;M0.8为全自动/半自动切换;Q8.6为反洗泵;Q6.6为罗茨风机。
图2过滤器工艺顺序功能图
4 结束语
通过了解水处理系统控制流程的特点,合理选择PLC硬件系统及程序编程方法,则可以实现水处理工艺的自动控制。解决了生产过程中减轻劳动强度,保障生产的可靠性、安全性、降低生产成本,减少环境污染、提高产品的质量及经济效益。同时,利用顺序功能图,可以直接转换成程序,具有编程定式,更加严谨,更加直观特点。同时程序的模块化设计,也使程序的可移植性增强。
参考文献
[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2]刘锴,周海.深入浅出西门子S7-300 PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[3]柴瑞娟,陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京:机械工业出版社,2006.
关键词PLC 水处理 自动控制 程序设计
中图分类号:TP27文献标识码:A
0 引言
大型火力发电厂通过水汽介质在锅炉、汽机之间进行热量传递,化学水处理系统提供满足火电厂运行要求的补给水,是火电厂的主要辅助系统之一。水处理系统设备数量多、操作步骤多、工艺复杂,为了提高水处理系统的自动化程度,保证控制精度和制水质量,实现化学水处理系统的计算机自动控制是很有必要的。目前,大型火电厂水处理系统大多采用以PLC和计算机为核心组成的一套监控系统进行控制。
1 水处理系统概况
化学水处理系统的处理过程是将水源地来的清水经澄清池、过滤器以及反渗透装置等设备预处理,除去大颗粒悬浮物等杂质,然后经过阳床(阳离子交换器)除去Ca2+,Me2+,Na+等阳离子,经除碳风机和中间水箱除去CO2,然后经过阴床(阴离子交换器)除去C1-者S042-,HC03-,HSi03-等阴离子,再通过混床二级精除盐处理,变为适合主厂房锅炉用的高品质的除盐水,供主厂房锅炉与汽机发电使用。
2 自控系统配置和控制
2.1 自控系统配置
水处理控制系统由下位PLC和上位计算机构成两级集散控制系统。下位机系统采用了SIEMENS公司的S7-300PLC, Step7软件为下位机编程组态软件,上位监控机为DELL公司台式机,以支持实时多任务多用户网络操作系统的公司SIEMENS的Wincc6.0为上位机监控组态软件。在化学水处理控制室设2台操作员站,其中1台兼做工程师站。操作员站通过工业以太网交换机与PLC联接。
2.2 控制方式及功能
控制系统要求有四种运行方式供用户选择,用户选择运行方式可通过现场控制柜或中央控制室控制柜上的按钮开关或上位机控制系统上的模拟转换开关进行。系统设定现场控制柜上操作按钮的优先级最高,上位机控制系统的优先级高于中央控制柜上的按钮开关的优先级。当系统处于全自动控制方式时,控制系统将按照工艺的要求,自动完成各工艺设备的运行,无需要人工的干预。在自动状态下能自动完成除盐水处理的全部流程。
当系统处于半自动控制方式时,可以要求某个工艺设备进行全自动方式而别的处于手动控制方式,且二者之间不会相互影响。这样当某个工艺设备有故障时,我们可以将其设定为手动控制,而别的仍处于自动控制。
手动控制是就地手动,只要将系统设为手动方式,我们只要按就地控制柜上的“启动”“停止”按钮,就可以对该工艺设备进行单步的手动控制。手动控制主要用于设备的调试和检修。系统对每一个工艺泵设一组自动和手动控制的转换按钮和现场操作控制柜。软手动是指通过上位机进行手动控制的一种工作方式,当系统处于软手动工作方式时,可直接通过上位机的键盘或鼠标直接对某个工艺的开关状态进行控制。无论系统处于何种工作方式,上位机监控系统均能及时记录和实时检测系统的运行情况,如系统的水质、水量、设备的运行情况、水的电导和进出水流量值等重要参数。
无论系统处于何种工作方式,电气系统均保证有可靠的性能,有足够的安全防护,保证设备和人身的安全。在主控系统上设有急停开关。无论系统处于何种工作方式,控制时序可任意调节,控制系统有过流、缺相、过压、欠压等故障自动保护和声光报警等功能。
3 PLC程序设计结和设计方法
3.1 程序设计结构
根据本工程工艺流程,PLC程序采用模块化结构,在PLC编程中采用子程序调用的形式,这样不仅程序可读性强,而且缩短PLC程序扫描周期,便于现场调试和程序扩展。将工艺控制流程分为过滤器控制程序、阴床控制程序、阳床控制程序、模拟量处理程、报警程序、液位联锁程序、泵控制程序。这些工作状态在同一时刻是唯一的,我们将其做成子程序的方式,被主程序调用。如过滤器控制为例,过滤器的控制分为运行、松滤料、排水、空气擦洗、水反洗、静置、正洗几个状态。通过子程序的调用,可以控制不同的过滤器。系统共有3个过滤器系统,每个过滤器有反洗排水阀、进水阀、出水阀、正洗排水阀、进压缩空气阀、反洗进水阀、排气阀共7气动阀门。将这些阀门的软手动控制程序设计封装在FB1功能块中,在以1#过滤器(DB1)、2#过滤器(DB2)、3#过滤器(DB3)来表示不同的过滤器。通过调用不同的背景数据块来实现控制不同的系统并且控制方法一致的系统。图1为程序调用背景数据分层结构图。
图1程序调用背景数据分层结构
3.2 顺序功能图设计
现行的设计方法有经验法、功能图法、流程图法、解析法和顺序功能图法及状态图法。顺序功能图法(下转第123页)(上接第119页)具有更加直观的特点,便于合作者之间的交流,便于系统的再次开发。顺序功能图法的基本思想是将系统的一个周期划分为若干个顺序相连的阶段,根据输出量的状态变化来划分的,在任何一步内,各输出量的状态不变,但是相邻两步输出量总的状态是不同的。 这样编程的思路变的简单。直接可以转换成梯形图。以过滤器编程为例,过滤器的工艺流程分为正洗、运行、松滤料、排水、空气擦洗、水反洗、静置。表1为过滤器控制步序。根据每一步阀门控制流程及相水关泵启动和工艺控制要求条件画出顺序功能图。图2是过滤器工艺顺序功能图。
表1 过滤器控制步序
注:○表示阀门为开启状态,没有符号表示关闭状态;I21.2为自动信号;I26.7为压力开关信号;M0.8为全自动/半自动切换;Q8.6为反洗泵;Q6.6为罗茨风机。
图2过滤器工艺顺序功能图
4 结束语
通过了解水处理系统控制流程的特点,合理选择PLC硬件系统及程序编程方法,则可以实现水处理工艺的自动控制。解决了生产过程中减轻劳动强度,保障生产的可靠性、安全性、降低生产成本,减少环境污染、提高产品的质量及经济效益。同时,利用顺序功能图,可以直接转换成程序,具有编程定式,更加严谨,更加直观特点。同时程序的模块化设计,也使程序的可移植性增强。
参考文献
[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005.
[2]刘锴,周海.深入浅出西门子S7-300 PLC[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.
[3]柴瑞娟,陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京:机械工业出版社,2006.