摘 要：文章介紹了循環(huán)水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計方案。本循環(huán)水系統(tǒng)包括了十臺冷卻風(fēng)機(jī)，十臺循環(huán)水泵的控制和故障狀態(tài)顯示等。為保證系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，采用了上位機(jī)（DCS）和可編程控制器PLC組成控制系統(tǒng)。上位機(jī)DCS完成主要參數(shù)的監(jiān)控任務(wù)，可編程控制器PLC完成實時數(shù)據(jù)的采集和控制。系統(tǒng)具有安全可靠，可擴(kuò)展性好，性價比高等優(yōu)點(diǎn)，比起以往的模擬儀表控制大大提高了系統(tǒng)的可靠性，自動化水平也得到了提升。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水處理；控制系統(tǒng)；上位機(jī)；PLC

引言

工業(yè)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)一般為敞開式循環(huán)系統(tǒng)，敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的主要設(shè)備之一就是冷卻塔。冷卻塔的種類很多，按照塔內(nèi)空氣流動的動力可分為自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)式。自然通風(fēng)最常見的是風(fēng)筒式冷卻塔，機(jī)械通風(fēng)式又分為抽風(fēng)式和鼓風(fēng)式兩種。在工業(yè)冷卻水循環(huán)處理中抽風(fēng)式冷卻塔的應(yīng)用最為普遍，風(fēng)機(jī)安裝在冷卻塔頂部，抽風(fēng)時塔內(nèi)空氣處于負(fù)壓，有利于水的蒸發(fā)散熱，傳熱效果好，但缺點(diǎn)是風(fēng)機(jī)的電能消耗很大。工作時：循環(huán)水由水泵輸送到供水總管，再分別進(jìn)入各臺生產(chǎn)設(shè)備，流過需冷卻的部位后匯集到回水總管，再經(jīng)過冷卻水塔上方的布水管向下噴淋。冷卻水塔頂部的風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，回水在填料層中與空氣流進(jìn)行充分的熱交換后流回到塔下吸水池中。

按照以前的常規(guī)做法，循環(huán)水處理系統(tǒng)的監(jiān)視控制都采用了常規(guī)模擬儀表，由于常規(guī)模擬儀表受到傳輸信號傳輸距離短，不便于全廠集中管理，分散控制，自動化水平低等原因的限制，在瑞星項目中，循環(huán)水系統(tǒng)的控制采用了可編程邏輯控制器（PLC）來完成實時數(shù)據(jù)的采集和自動控制功能，重要監(jiān)控參數(shù)通過光纖通訊至DCS進(jìn)行監(jiān)控?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒LC）以其可靠性高、接線方便，編程簡單，性價比高等優(yōu)點(diǎn)大大提高了裝置整體自動化水平，實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，并大大降低了維修費(fèi)用。

1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 概述

循環(huán)水處理系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)要求配置為：十臺離心式水泵（八用兩備），在正常負(fù)荷運(yùn)行條件下八臺水泵就可滿足生產(chǎn)需要，另外兩臺水泵備用，以便在有水泵處于檢修狀態(tài)時仍能滿負(fù)荷生產(chǎn)。另外配置十臺冷卻風(fēng)機(jī)。

十臺循環(huán)水泵電機(jī)和十臺冷卻塔風(fēng)機(jī)電機(jī)軸承和定子測溫以及裝置內(nèi)水管上測溫共計熱電阻輸入信號104個，裝置內(nèi)水管壓力、流量及塔下吸水池液位測量共計模擬量輸入信號14個，循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號及塔下吸水池液位調(diào)節(jié)閥限位開關(guān)信號共計開關(guān)量輸入信號24個，循環(huán)水泵和冷卻塔風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)信號及塔下吸水池液位調(diào)節(jié)閥開關(guān)信號共計開關(guān)量輸出信號25個。

為了便于全廠集中管理，分散控制，本循環(huán)水控制系統(tǒng)可分為兩部分：上位機(jī)監(jiān)控部分和控制部分。其中，控制部分包括了三套PLC系統(tǒng)，分別用于加藥系統(tǒng)，監(jiān)測換熱器系統(tǒng)和除此之外裝置內(nèi)所有循環(huán)水系統(tǒng)的監(jiān)視控制（加藥控制系統(tǒng)和監(jiān)測換熱器控制系統(tǒng)由設(shè)備廠家成套供貨）。本項目通過采用可靠性高、技術(shù)成熟、先進(jìn)實用且具有最優(yōu)性價比的PLC控制系統(tǒng)，將提高裝置整體自動化水平，實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)轉(zhuǎn)，并大大降低維修費(fèi)用。

由于上位機(jī)監(jiān)控部分和控制部分相距較遠(yuǎn)，為了保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行及未來擴(kuò)展的方便性，這兩部分之間采用光纖通訊。此系統(tǒng)可通過增加I/O單元來縱向擴(kuò)展，橫向可通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加。當(dāng)設(shè)備增加時無需更換先前的系統(tǒng)，就可以使新系統(tǒng)加入到網(wǎng)絡(luò)中來，可擴(kuò)展性好。另外，系統(tǒng)采用光纖通訊，減少了信息傳輸過程中信號的干擾和丟失，增加了上位機(jī)監(jiān)控部分和控制部分的傳輸距離，同時采用光纖通訊也有利于施工。

1.2 控制系統(tǒng)組成及體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)整個裝置內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)規(guī)模，設(shè)置3個PLC過程控制站（加藥控制系統(tǒng)過程控制站、監(jiān)測換熱器控制系統(tǒng)過程控制站、循環(huán)水控制系統(tǒng)過程控制站），一個操作站，用于完成對整個循環(huán)水系統(tǒng)工藝參數(shù)檢測顯示、設(shè)備狀態(tài)檢測顯示、控制和信息存儲、報表、打印等?？刂葡到y(tǒng)基本原理如下：現(xiàn)場工藝參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位等經(jīng)傳感變送器測量變送后由PLC模擬量輸入卡送至PLC CPU卡進(jìn)行數(shù)據(jù)計算處理；現(xiàn)場開關(guān)量如循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號和閥門限位開關(guān)信號等由PLC數(shù)字量輸入卡送至PLC CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；PLC CPU將現(xiàn)場傳來的模擬量信號和數(shù)字量信號進(jìn)行運(yùn)算處理后送至操作站進(jìn)行現(xiàn)場參數(shù)的監(jiān)控顯示，現(xiàn)場輸出信號經(jīng)PLC判斷處理后由數(shù)字量輸出卡送至現(xiàn)場并改變現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)（如閥門開關(guān)信號，電機(jī)啟停信號）和燈的指示狀態(tài)（燈的亮和滅）等。

圖1 自動化控制系統(tǒng)示意圖

控制系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)：如圖2所示，系統(tǒng)硬件部分選用西門子S7-300PLC一臺，CPU采用標(biāo)準(zhǔn)型的CPU314，適用于對程序量有中等要求的應(yīng)用，對二進(jìn)制和浮點(diǎn)數(shù)有較高的處理性能。另外，配備電源模塊3塊，接口模塊3塊，8通道熱電阻輸入卡13塊，8通道模擬量輸入卡8塊，16通道數(shù)字量輸入卡3塊，16通道數(shù)字量輸出卡2塊，形成了一個主機(jī)架，2個擴(kuò)展機(jī)架，所有的模塊用DIN35導(dǎo)軌安裝在主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架上。主機(jī)架和擴(kuò)展機(jī)架之間用接口模塊進(jìn)行通信。

圖2 系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)過程測控站

2.1 概要

過程控制站是循環(huán)水控制系統(tǒng)直接與現(xiàn)場打交道的I/O處理系統(tǒng)，它主要有控制柜，S7-300PLC，內(nèi)部供配電系統(tǒng)等組成。承擔(dān)并完成循環(huán)水現(xiàn)場儀表和測控裝置系統(tǒng)的供配電，現(xiàn)場工藝參數(shù)的檢測、處理和傳輸，現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的檢測、傳輸和控制等功能。

2.2 主要功能

2.2.1 變送檢測功能?，F(xiàn)場物理量如溫度、壓力、流量、液位等通過現(xiàn)場儀表轉(zhuǎn)換成過程站PLC可接受的信號，由PLC對其完成檢測處理和向上傳輸；現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)，如閥門的開與關(guān)，電機(jī)的開與停，工藝參數(shù)的正?；驁缶蓹z測裝置送至過程站PLC，由PLC對其完成檢測處理和向上傳輸。

2.2.2 控制功能。循環(huán)水控制系統(tǒng)過程控制站具備PLC可編程順序控制功能，可對各設(shè)備的啟停進(jìn)行順序條件控制，實現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)各工藝設(shè)備的自動控制。

2.2.3 供配電功能。循環(huán)水控制系統(tǒng)過程控制站除完成測控功能外，同時還具有供配電功能，完成對現(xiàn)場流量儀表、各類變送器的供配電功能。

3 系統(tǒng)監(jiān)控管理站

3.1 概要

系統(tǒng)監(jiān)控管理站安放于就地控制室內(nèi)，主要由一臺觸摸屏、打印機(jī)、編程軟件、通訊卡等組成，觸摸屏采用西門子的彩色觸摸屏，10.4寸，并帶編程軟件。系統(tǒng)監(jiān)控管理站承擔(dān)并完成對循環(huán)水控制系統(tǒng)的上位監(jiān)控和管理功能。

3.2 主要功能

3.2.1 信號檢測處理功能。對現(xiàn)場模擬量和開關(guān)量信號進(jìn)行實時檢測和處理，判斷是否有異常情況發(fā)生，對重要參數(shù)的超限發(fā)出聲光報警，提示操作人員注意并確認(rèn)。

3.2.2 畫面顯示功能。畫面顯示分檢測儀表顯示畫面、工藝流程顯示功能、設(shè)備狀態(tài)顯示畫面、報警信息匯總顯示畫面、趨勢曲線記錄顯示畫面等，要求畫面顯示直觀、色彩鮮艷、操作簡便。

3.2.3 趨勢曲線記錄功能。系統(tǒng)對模擬量有歷史趨勢曲線顯示記錄功能。

3.2.4 操作保護(hù)功能。為防止非授權(quán)人員操作測控系統(tǒng)，系統(tǒng)對重要的操作均設(shè)有密碼保護(hù)功能，以保證系統(tǒng)操作的安全性。

3.2.5 報表功能。根據(jù)生產(chǎn)要求制定各類報表格式和內(nèi)容，具備統(tǒng)計和計算功能，對報表進(jìn)行打印輸出。

3.2.6 在線參數(shù)調(diào)整功能。系統(tǒng)能簡單方便地的對檢測點(diǎn)的各種信息如量程、上下限報警、單位、遷移量等進(jìn)行授權(quán)在線修改。

4 結(jié)束語

在循環(huán)水控制系統(tǒng)中，采用中規(guī)模的S7-300 PLC控制器后，系統(tǒng)的可靠性，安全性，可擴(kuò)展性，全廠的自動化水平等都得到了很大的提升。同時采用光纖通訊，減少了信息傳輸過程中信號的干擾和丟失。在系統(tǒng)監(jiān)控管理站中，采用PLC控制器后，可以對現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)等進(jìn)行畫面監(jiān)控，清晰直觀，操作方便。

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作者簡介：任靜，女。