基于西门子PLC系统的除盐水站自控系统的应用

苏然

摘 要：除盐水站是钢铁厂常用的一个水处理工艺环节。根据工艺要求，设计一套基于西门子PL的S7-400H的自控系统。本文介绍实现该控制的主要硬件选型、监控画面和简单的控制方案。

1、概述

某钢铁厂330吨除盐水站采用无锡容大环境科技有限公司提供的现场工艺设备。整个控制工艺包括多介质过滤器、超滤、反渗透、阳床、阴床和混床等。针对该工艺环节提出的顺序控制要求，设计选用西门子S7-400H系列PLC、WINCC上位机监控软件、现场自动化仪表，实现对除盐水自动化系统设备的状态监视和集中控制各个床的气动阀顺序的开、关动作和泵的连锁启停。

2、PLC控制系统简介

PLC系统负责具体执行所有自动化控制程序，实现从电气回路和现场仪表采集数据和给出控制信号。上位机通过和PLC系统通讯实现整个系统进行实时监测与控制，直观显示整个工艺流程。PLC系统通过到各设备的电气控制柜和现场仪表、执行器的硬线连接或者到变频器的通讯网络连接，来实现现场设备的数据采集。接收上位机监控系统发来的各种操作信号，通过PLC内编写的自动控制程序生成各种控制信号，通过继电器等电气硬线控制回路和4-20mA信号、变频通讯网络发出控制指令，实现对现场设备的启停和位置调节、速度调节等控制。

针对该除盐水工艺选用设备如下：

本系统采用西门子系列PLC，为S7-400H挂ET200结构。具体系统网络图如下图所示：

3、主要控制功能

自動控制系统所涉及的现场设备的控制方式分为三种：第一层，现场就地操作：一般在各处现场设备附近有操作箱，通过对操作箱上的启停按钮、状态指示灯、、操作器等进行操作来实现各个工艺环节的阀门的开、关。第二层，中控室集中控制：由中控室在监控系统的操作界面上对设备进行单体启停等操作，实现集中控制。 第三层，程序自动控制：由中控室在监控系统的操作界面上选择自动操作，PLC按照预定的程序依次对多个设备进行联锁操作，实现某一条工艺环节联锁自动运行、反洗、备用等。

控制设备主要包括多介质系统、超滤和反渗透等的自动运行、反洗和自动备用。下面以超滤为例介绍该同系统的控制模式。

4、超滤工艺画面

设置4套出力为110m3/h的超滤装置，回收率90-95%，每套都能单独运行，也可同时运行。配套反洗系统一套，化学清洗系统一套。本次招标采用采用内压式中空纤维超滤膜，采用膜抗污染能力强、化学稳定性好、机械强度高，膜生产厂商选用德国滢格尔产品。

工艺画面如下：

该页用于显示超滤水箱液位。控制设备除4台超滤装置外，包括四台RO增压泵泵、两台超滤反洗泵（变频控制）的单机/连锁控制。

5、超滤控制方式

5.1超滤操作

每套包含进水阀、出水阀、反洗进水阀、反洗排水阀、正洗排水阀、进气阀等6个气动阀门。

操作按钮的控制方式分为“远程”、“就地”两种操作。其中远程操作是由电脑上进行，又可分为手动、自动。

手动模式操作的步序包含

（1）运行：运行前清洗（2～3min）、运行（30min）步序;

（2）反洗：反冲1（45s）、反冲2（15s）、正冲（30s）、进药浸泡（2min）、冲洗（5min）步序;

（3）备用

就地操作是由现场的操作箱按钮、指示灯等操作。

操作小画面如下：

其中，“单体操作按钮”会复位任何一个状态的操作步序，同时可单独操作每台气动阀。“故障屏蔽按钮”可以在进行过程中，屏蔽掉气动阀开关到位的故障信号，并可以由程序模拟发出开关到位信号，保证步序的顺序进行。但必须由操作人员确定现场阀门的具体位置。

5.2泵的连锁操作

每套泵组可分为“单机”/“连锁”两个操作模式。

其中，单机——可以任意的手动启停泵。

连锁模式下又分为“主泵”“备泵”的选择切换。

主泵——连锁启动条件满足时，自动启泵;连锁停止条件满足时，自动停泵;

备泵——当主泵故障时，备泵启动。备泵会受到连锁停止条件限制。

超滤反洗泵是变频控制，可在操作时选择“变频启动”或是“工频启动”。在执行“反冲1、反冲2”步序时自动启泵。

6、小结

除盐水其余的工艺环节与超滤设备一样，这里就不再多做介绍。随着PLC越来越广泛的应用，性能越来越稳定。设计出一套有好的人界界面，可以提高工艺操作的整体的可靠性，降低人工成本，保证安全生产。