摘要：本文對(duì)某軋鋼廠的高速過濾器的工藝流程、控制系統(tǒng)硬件、控制系統(tǒng)編程軟件及組態(tài)軟件、相關(guān)控制邏輯及畫面操作功能等進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹，該基于西門子S7300PLC的某軋鋼水處理高速過濾器控制系統(tǒng)多年的成功運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，其控制模式在對(duì)高速過濾器控制中具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高速過濾器；控制；PLC

某軋鋼廠循環(huán)水處理設(shè)施按照水處理工藝分為A、B、C三個(gè)子系統(tǒng)，主要為軋線加熱爐、空壓站、軋輥和機(jī)架等設(shè)備提供循環(huán)冷卻水。為了節(jié)約水資源，保護(hù)環(huán)境，需要對(duì)水進(jìn)行相應(yīng)處理以使水質(zhì)達(dá)到循環(huán)利用條件，該區(qū)域設(shè)置了旋流池、平流池、高速過濾器、水泵、濃縮池和脫水機(jī)等水處理設(shè)施。在過濾工藝環(huán)節(jié)，共配置了29臺(tái)高速過濾器，以濾除水中雜質(zhì)。過濾清水循環(huán)利用，污水則經(jīng)后續(xù)水處理工藝進(jìn)一步處理，最終壓成泥餅環(huán)保利用。其中，A系統(tǒng)2臺(tái)，B系統(tǒng)5臺(tái)，C系統(tǒng)22臺(tái)，另設(shè)置了若干數(shù)量的過濾泵、反洗泵及反洗風(fēng)機(jī)等水處理工藝設(shè)備，組成一套完成的循環(huán)水處理工藝流程。

1 高速過濾器工作流程

每臺(tái)高速過濾器均設(shè)置有7只電動(dòng)閥，以控制過濾器進(jìn)水和排水，實(shí)現(xiàn)過濾器運(yùn)行狀態(tài)切換和過濾功能再生。7只電動(dòng)閥按工藝功能編號(hào)為：1#閥反洗水出水閥，2#閥過濾水進(jìn)水閥，3#閥過濾水出水閥，4#閥反洗水進(jìn)水閥，5#閥初濾水排水閥，6#閥風(fēng)洗排氣閥，7#閥風(fēng)洗進(jìn)氣閥等。并設(shè)置有若干流量計(jì)及壓力表等，以方便操作人員把控高速過濾器的運(yùn)行狀態(tài)。

高速過濾器有過濾和反洗兩種運(yùn)行方式，正常運(yùn)行模式下，處于過濾狀態(tài)，當(dāng)過濾器濾料中的雜質(zhì)累積到一定程度時(shí)其過濾效率和過濾能力會(huì)下降，此時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行反洗，以恢復(fù)其過濾能力。有根據(jù)差壓和定時(shí)兩種反洗模式，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，一般采用定時(shí)反洗模式，以便于協(xié)調(diào)規(guī)劃各只過濾器反洗時(shí)間，避免出現(xiàn)多只過濾器同時(shí)反洗從而對(duì)系統(tǒng)水量、壓力等參數(shù)造成較大波動(dòng)等情況。根據(jù)水處理工藝過程，在反洗過程中，單臺(tái)高速過濾器閥門動(dòng)作要求為：①過濾狀態(tài)轉(zhuǎn)為反洗狀態(tài)信號(hào)，過濾器所有閥門關(guān)閉。②檢測(cè)到所有閥門均關(guān)到位后，1#閥反洗水出水閥打開。③1#閥反洗水出水閥關(guān)到位后，5#閥初濾水排水閥打開。④經(jīng)延時(shí)5分鐘后，5#閥初濾水排水閥關(guān)閉。⑤5#閥初濾水排水閥關(guān)到位后，啟動(dòng)反洗空壓機(jī)。⑥檢測(cè)到反洗空壓機(jī)運(yùn)行信號(hào)后，延時(shí)2秒打開7#閥風(fēng)洗進(jìn)氣閥。⑦7#閥風(fēng)洗進(jìn)氣閥開到位后，延時(shí)5分鐘，關(guān)閉7#閥風(fēng)洗進(jìn)氣閥。⑧7#閥風(fēng)洗進(jìn)氣閥關(guān)到位后，停止反洗空壓機(jī)。⑨反洗空壓機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，開啟反洗泵。⑩反洗泵運(yùn)行5秒后，打開4#閥反洗水進(jìn)水閥。B114#閥反洗水進(jìn)水閥開到位后，延時(shí)8分鐘，打開6#閥風(fēng)洗排氣閥。B126#閥風(fēng)洗排氣閥開到位后，延時(shí)5分鐘，停止反洗泵，同時(shí)關(guān)閉1#閥反洗水出水閥及6#閥風(fēng)洗排氣閥。B13待上步完成后，延時(shí)5秒，關(guān)閉4#閥反洗水進(jìn)水閥。B14待4#閥反洗水進(jìn)水閥關(guān)到位后，打開2#閥過濾水進(jìn)水閥。B152#閥過濾水進(jìn)水閥關(guān)到位后，關(guān)閉5#閥初濾水排水閥，同時(shí)打開3#閥過濾水出水閥。B163#閥過濾水出水閥關(guān)到位后，結(jié)束過濾器反洗狀態(tài)，進(jìn)入正常過濾狀態(tài)，待下一個(gè)反洗周期，由時(shí)序控制循環(huán)運(yùn)行。

2 基于西門子S7300的控制系統(tǒng)介紹

為了實(shí)現(xiàn)以上工藝要求，使用西門子S7300PLC控制系統(tǒng)，分別對(duì)三個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。SIMATIC S7300是西門子公司通用型PLC，能夠滿足一般設(shè)備的中、小規(guī)模的控制要求，在各種自動(dòng)化工廠應(yīng)用范圍廣泛。S7300系列PLC有多種不同型號(hào)的CPU，不同型號(hào)的CPU具有不同的技術(shù)規(guī)范和性能參數(shù)。其主要技術(shù)指標(biāo)主要包含CPU的內(nèi)存大小、工作頻率、通訊種類和編程資源等。為了提高CPU工作可靠性，一般在CPU模塊上配置有后備電池。在CPU模塊上，還有一些CPU狀態(tài)指示燈，能夠反映CPU的運(yùn)行情況，維護(hù)人員能很方便根據(jù)指示燈信息及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常并及時(shí)處理。S7300系列CPU按照功能，主要分為4種類型：標(biāo)準(zhǔn)型、緊湊型、技術(shù)功能型和故障安全型等?，F(xiàn)場(chǎng)使用較多的為標(biāo)準(zhǔn)型，通過標(biāo)準(zhǔn)型CPU和ET200組合使用，能達(dá)到較高的性價(jià)比，同時(shí)提高運(yùn)行可靠性和可維護(hù)性。

為了提供人機(jī)操作接口畫面HMI，需采用西門子公司W(wǎng)INCC組態(tài)軟件，該軟件能為操作員提供友好監(jiān)視及控制功能界面。該組態(tài)軟件主要提供了人機(jī)交互（操作員通過畫面點(diǎn)擊鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作）、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控（在操作畫面上，很直觀的展示了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及采集到的實(shí)時(shí)工藝參數(shù)）、通訊（與S7300PLC及網(wǎng)絡(luò)上其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換）等功能，是西門子公司全集成自動(dòng)化的重要組成部分，它為工業(yè)自動(dòng)化過程的運(yùn)行及維護(hù)提供了良好的支持并為操作人員提供了友好的人機(jī)交互與數(shù)據(jù)采集監(jiān)控，也為管理級(jí)和控制級(jí)間的信息交互提供了信息交換通道，在全集成自動(dòng)化體系結(jié)構(gòu)中起著銜接的重要作用。

為了使設(shè)備按照規(guī)定的工藝過程動(dòng)作，需要使用STEP7編程軟件。通過該軟件，組態(tài)S7300PLC硬件系統(tǒng)及通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)工藝系統(tǒng)要求，編制相關(guān)設(shè)備的控制邏輯，將編譯成功的邏輯程序下載到S7300PLC中CPU中，通過CPU循環(huán)掃描和執(zhí)行相關(guān)邏輯程序，控制相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行，并采集相關(guān)儀表等過程數(shù)據(jù)，參與邏輯運(yùn)算或者供人機(jī)界面HMI顯示。

3 基于西門子S7300的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在本控制系統(tǒng)中，根據(jù)工藝系統(tǒng)A/B/C的劃分，控制系統(tǒng)硬件選用了三套S7300系列3152DP型號(hào)CPU，通過接口模塊IM153擴(kuò)展ET200分布式I/O遠(yuǎn)程站，CPU與ET200站之間均采用PROFIBUSDP通訊協(xié)議，各閥門、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)儀表信號(hào)分別接入到各遠(yuǎn)程I/O站。各S7300CPU之間通過CP343通訊模塊與其他PLC及操作站組成工業(yè)以太網(wǎng)，通過以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)交換。操作站HMI操作系統(tǒng)為WIN7 professional，PLC邏輯編程及硬件組態(tài)軟件選用了STEP7 V5.5，HMI操作站組態(tài)軟件采用了WINCC V7.3，基于WIN7平臺(tái)的各軟件，有著良好的兼容性和可維護(hù)性。

本高速過濾器邏輯編程采用了梯形圖編程語言，主要包含三個(gè)部分：各高速過濾器間的協(xié)調(diào)控制、單臺(tái)高速過濾器的控制及各PLC系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊。

在各高速過濾器協(xié)調(diào)控制程序塊中，利用CPU固有的時(shí)鐘脈沖，通過累加器的分頻功能，產(chǎn)生1分鐘的時(shí)鐘脈沖信號(hào)，然后通過累加器對(duì)該1分鐘時(shí)間脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，與設(shè)定的反洗周期進(jìn)行比較，當(dāng)該計(jì)數(shù)值與某系統(tǒng)周期相等時(shí)，即觸發(fā)該系統(tǒng)過濾器反洗信號(hào)。與此同時(shí)，通過累加器對(duì)反洗次數(shù)（反洗信號(hào)）進(jìn)行計(jì)數(shù)，以確定下一臺(tái)反洗的高速過濾器編號(hào)。通過時(shí)間觸發(fā)的反洗信號(hào)及反洗高速過濾器的編號(hào)，調(diào)用相應(yīng)的高速過濾器程序塊，執(zhí)行其反洗過程。當(dāng)反洗到達(dá)該系統(tǒng)最后一只時(shí)，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至第1臺(tái)，如此反復(fù)執(zhí)行。為了方便手動(dòng)干預(yù)某臺(tái)高速過濾器反洗過程，增加了手動(dòng)操作功能，當(dāng)某臺(tái)過濾器選擇手動(dòng)反洗后，其立即進(jìn)行反洗流程。為了避免手動(dòng)干預(yù)時(shí)可能造成的同一系統(tǒng)多臺(tái)高速過濾器同時(shí)反洗，增加了任何一臺(tái)過濾器過濾反洗時(shí)，閉鎖其他過濾器反洗的功能。

在單臺(tái)高速過濾器的控制程序功能塊中，通過前述產(chǎn)生的反洗信號(hào)及對(duì)反洗高速過濾器的編號(hào)進(jìn)行判斷，自動(dòng)執(zhí)行相關(guān)高速過濾器的反洗流程，實(shí)現(xiàn)了前述高速過濾器反洗時(shí)，相關(guān)閥門、反洗水泵、反洗風(fēng)機(jī)等設(shè)備按照規(guī)定的工藝流程的要求進(jìn)行動(dòng)作。在該程序塊中，還設(shè)計(jì)有對(duì)過濾器相關(guān)閥門及設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷的功能，當(dāng)某臺(tái)高速過濾器狀態(tài)不滿足反洗要求時(shí)（如有閥門故障），自動(dòng)終止反洗流程，并產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

在各PLC系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)通訊功能程序塊中，采用雙邊編程的方式，各PLC按照約定的數(shù)據(jù)格式，讀取需要的數(shù)據(jù)，并給通訊伙伴發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)，以協(xié)調(diào)各系統(tǒng)間設(shè)備的運(yùn)行，并給下一步工藝流程提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

在操作站HMI主畫面上，比較直觀的組態(tài)了整個(gè)工藝流程圖，通過該流程圖，操作人員能對(duì)整個(gè)工藝參數(shù)及主要工藝設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視（見下圖）。該畫面通過相關(guān)操作按鈕，實(shí)現(xiàn)了任何一臺(tái)高速過濾器的自動(dòng)反洗、手動(dòng)反洗及禁止反洗等功能。在可通過相關(guān)按鈕切換的分畫面中，分別組態(tài)了相關(guān)流量及壓力等儀表信號(hào)的趨勢(shì)功能，借助此功能，操作人員能對(duì)某臺(tái)過濾器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，從而比較方便的做出相應(yīng)操作或者檢修決策。通過組態(tài)報(bào)警功能，能夠及時(shí)記錄相關(guān)報(bào)警信息，并觸發(fā)報(bào)警條及相關(guān)聲光報(bào)警裝置，以提醒操作人員做出正確的響應(yīng)，并為故障原因分析提供了可靠的依據(jù)。

過濾器總覽監(jiān)視畫面圖

4 結(jié)語

通過多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該套高速過濾器控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，工藝功能實(shí)現(xiàn)合理，作為一套成熟的控制模式，具有一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜建芳.西門子S7300/400PLC工程應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.10.

[2]姜建芳.西門子WINCC組態(tài)軟件工程應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.6.

作者簡(jiǎn)介：袁顯能（1982），男，本科，工程師，主要從事鋼鐵企業(yè)電氣設(shè)備技術(shù)管理工作。