可编程控制器在换热站自控系统中的应用.doc

可编程控制器在水处理系统中的应用一、马钢CSP水处理自动化控制的概况：马钢热轧薄板CSP所配套的水处理系统，总装机容量17000kW；总供水能力56030m3/h；循环水量25650m3/h(净循环6487m3/h、连铸浊循环2700m3/h、连轧浊循环7833m3/h、层流浊循环8630m3/h)；电力变压器9台(1600kVA六台、800kVA一台)，整流变压器4台(2000kVA2、4000kVA2)。自动化控制采用两套GE90-30系统，双机热备，控制区域内循环泵房的37台机组、层流的14台机组、连铸旋流池的5台机组、轧钢旋流池的6台机组、平流池的10台机组、12座冷却塔、21座高速过滤器等水处理设备的自动化运行。设备的控制模式有：1.集中控制运行及备用机组的启动、停止；2.备用机组在运行机组故障时的自动投入；3.备用机组的不同状态下的不同投入；4.备用机组的水位控制状态；5.有变频器的恒压供水控制；6.有变频器的恒流量供水控制；7.设备的时间性控制；二、小型可编程逻辑控制器的优势：小型可编程控制器具有的有点有：1.结构紧凑；2.成本较低；3.简短的指令处理时间，缩短了循环周期；4.高速计数开创了其它应用范围；5.高速中断处理使单机对过程事件能进行快速响应；6.可通过增加专用性能的模块化扩充能力；7.丰富的指令集用于方便、快速地处理最复杂的问题；8.操作及软件界面简单，灵活；三、小型可编程逻辑控制器在CSP水处理系统中的实际应用S7-200在恒压供水中的应用SIMATICS7-200系列可编程序控制器(PLC)是德国西门子公司的产品。S7-200PLC是SIMATICS7家族中的小型可编程序控制器S7-200有着强大的组网能力、友好易用的编程软件、极高的性价比和不断的创新成为市场上众多小型可编程序控制器的领跑者。产品包括新PLC224XP，升级CPU221、CPU222、CPU224、CPU226以及用户可以自行定制的文本显示器TD200C。新一代S7-200PLC新增了数据归档、配方以及PID自整定等功能，能够更好的满足用户不断提高的控制需求。在排水泵中的应用即小型可编程序逻辑控制器。它诞生于1996年，的出现，填补了继电器与PLC之间的技术空间。为用户提供了简单灵活、得心应手的解决方案。用户可以随心所欲的设计程序，轻松完成各种控制任务。不是PLC，不具备数学运算功能。但它在很多方面优于PLC。本身集成了编程能力，用户只需使用面板上的键盘与屏幕，就可轻松编写控制程序并可随时修改程序以及调整参数设置。继电器输出的的承载电流高达10A，无需中间继电器与接触器，可直接接入负载。提供了12V、24V和115240V三种工作电压等级，可适用于各种不同的应用场合。也不是继电器，而更加优于传统的继电器。它的外部接线极其简单，只需要连接输入和输出，由于内部集成了多种继电器功能，通过小小的一块就可实现复杂的继电器控制任务。编程软件不仅提供了功能块的编程方式，还提供了梯形图的编程模式，两种模式之间可随意切换，无需担心，它的离线模拟功能可检测程序执行结果或模拟现场控制。在楼梯照明、门控系统、包装控制系统、水泵控制系统以及特殊车辆控制系统等众多行业中大显身手！CSP水处理的污泥系统中浓缩池上清液溢流池原先设计两台自吸泵进行水位控制，由于设计及选型问题，造成两台自吸泵频繁开启，设备故障率居高不下，后决定用一台17.5KW的潜污泵替代现有两台自吸泵，控制不进入现有PLC控制体系，完全由进行控制，要求达到的控制结果是：1.在达到高水位时，潜污泵开启；2.潜污泵开启5秒后打开出水电动阀；3.出水电动阀40秒未开到位潜污泵自动停机，避免闭阀运行，保护潜污泵；4.在水位下降至低水位时阀门关闭；5.阀门关闭后潜污泵停止运行；根据以上生产提出的要求采用230R作为控制核心，设定：开关量输入I1高水位；I2低水位；I3阀开到位；I4阀关到位。开关量输出0.0-水泵启动；0.1-阀门开启；0.2-阀门关闭。通过230R上的控制面板输入程序，投入运行达到很好效果。但是由于水位采用浮球采集高低水位开关量，性能上依然存在不稳定的因素并且由于蓄水池容积较小，潜污泵的开停还是较为频繁，下一步将通过水位的模拟量来参与控制，并且由水位的模拟量来控制阀门的开启度来降低潜污泵的启停次数，更加优化生产，降低设备故障水平。三菱FX1N-24M在刮油刮渣机上的应用三菱FX1N系列小型可编程控制器，是日本三菱公司开发的成熟产品，该产品拥有强大的网络通讯功能，运算功能，可拓展性等等优势，CSP水处理系统将该系列产品用于原有刮油刮渣机的改造上，原有控制器由于选型过老，产品已经不生产，在发生故障后无法更换，用三菱FX1N-24M小型可编程控制器进行了升级替换。现场刮油刮渣机要求达到如下的工作状态：1)行车起始位置在出水端，且刮泥板下降到位、刮油板下降到位。2)开机行车慢速前进前进到位停行车、刮泥板上升、刮油板上升刮泥板上升到位、刮油板上升到位停刮泥板、停刮油板、行车快速后退后退到位停行车、刮泥板下降、刮油板下降刮泥板下降到位停、刮油板下降到位停等待下次开机。3)半程运行：行车后退至池长1/3处(进水端向出水端方向)，停行车，重新刮泥一次。4)自动运行：行车后退到位且刮泥板下降到位、刮油板下降到位，开始计时，等到设定时间，自动开机运行。5)若不要刮油，将刮油开关旋至“关”位置，行车后退时不刮油。现场技术人员根据设备工艺要求，将FX1N-24M的I/O点进行了如下的配置，并将程序进行了优化。使故障设备很快恢复了生产，并根据现场的要求，设置了刮油刮渣机夜间无人职守下的自动运行模式，和自动故障检测报警功能，充分的发挥了设备的自动化优势，为生产和设备维护提供了极大的方便，有力的保证了主线的生产需要。四、小型可编程逻辑控制器在自动化系统中的发展空间现代化生产是快节奏，高效益，高自动化的一种生产模式，使得大型PLC系统成为工业自动化的主角，使生产中成千上万的的控制点被整合在一个自动化系统中。但是生产是不断变化的，设备不断增加更新，工艺也是被不断优化，但是在如水处理系统这种面大点多的系统中，往往有一些角落在这种大系统下变得比较尴尬，小型可编程控制器正好可以弥补这种缺陷，在水处理的单体净化设备上可以充分发挥小型可编程控制器的优势，并且可以达到无人值守，自动按要求运行，自动检测故障；在远离系统的个别点上，完全可以交给小型可编程控制器，由他替代人力去工作；另一个方面对于老系统的改造方面，小型可编程控制器的使用，可以使改造变的更简单，费用更小，时间更短，是自动化系统中的轻骑兵。 基于PLC的污水净化处理控制系统的设计摘要：本文介绍了利用西门子公司的S7-224型PLC，来实现含氧化铁杂质的污水净化处理系统的自动控制，本文详细介绍了系统的硬件配置以及软件设计流程图，并且介绍了编程中的关键问题。1、前言：在冶金企业中，有大量的工业用水用于冷却，为此每天要消耗大量的水资源，由于用过的冷却水中含有大量的氧化铁杂质，不宜多次循环使用。为了保护环境、节约用水，需要对含有氧化铁杂质的污水进行净化处理。2、系统介绍：污水净化处理系统组成示意图如下：图1、污水净化处理系统组成示意图2.1 工艺流程介绍：(1)滤水工序：打开进水阀和出水阀，污水流经磁滤器时，如果磁滤器的线圈一直通电，则污水中的氧化铁杂质会吸附在磁滤器的磁铁上，使水箱中流出的是净化水。(2)反洗工序：滤水一段时间后，必须清洗附着在磁铁上的氧化铁杂质。这时只要切断磁滤器线圈的电源，关闭进水阀和出水阀，打开排污阀和压缩空气阀，让压缩空气强行把水箱中的水打入磁滤器中，冲洗磁铁，去掉附着的氧化铁杂质，使冲洗后的污水流入污水池，进行二次处理。2.2 控制任务和要求：(1)两台机组的滤水工序，可单独进行，也可同时进行。而反洗工序只允许单台机组进行，一台机组反洗时，另一台必须等待。两台机组同时要求反洗时，1号机组优先。(2)为保证滤水工序的正常进行，在每台机组的管道上均安装了压差检测仪表，只要出现了“管压差高”信号，则应立即停止滤水工序，自动进入反洗工序。(3)为了增强系统的可靠性，将每台机组的磁滤器及各个电磁阀线圈的接通信号反馈到PLC的输入端，一旦某一输入信号不正常，要立即停止系统工作，这样可避免发生故障。(4)执行器输出故障检测及报警。3、控制系统设计：3.1 硬件设计：(1)确定PLC的CPU型号和扩展模块型号：下表为净水器的1号机组的输入和输出地址分配表：1号机组的输入/输出地址分配表因为1号机组和2号机组的工作原理相同，故净水系统总的输入点数为18点，总的输出点数为16点。为此选择西门子公司的S7-200系列的CPU224可编程控制器和S7-200的数字量扩展模块EM223，它们可以提供22点输入和18点输出。(2)压差检测仪表的选择：压差检测仪表的作用是检测磁滤器的入口和出口的压差，如果压差过高，表示磁滤器有堵塞故障，需要进入反洗工序。压差检测仪表应该具有设定压差、显示压差、压差信号输出功能。综上所述选择美国德威尔公司(dwyer)的3000IMR系列的Photohelic压力表/开关。(3)其它的输入和输出元件的选择比较容易，限于篇幅限制，从略。3.2 软件的设计：根据净水机组的工艺要求和控制任务设计如下的顺序功能图：图2 净水机组的控制系统顺序功能图根据以上的顺序功能图，很快能写出梯形图，在此不详细列出梯形图。只列出梯形图设计的几个小技巧：(1)PLC的其它编程元件的地址和作用在顺序功能图上有明确的标示，故没有列表。(2)为了避免系统工序的切换所造成的冲击，阀门和磁滤器的开启和关闭采用延时顺序动作。(3)1号机组和2号机组的反洗工序的调度算法：如果1号机组和2号机组同时进入反洗工序，由于2号机组延时0.1秒，故1号机组优先执行;如果不同时进入反洗工序，由于1号机组和2号机组反洗工序有互锁功能，则哪个机组先进入反洗工序，另一机组只能等待。(4)故障诊断子程序：(4.1)故障诊断子程序的作用：相对于PLC而言，外部输出器件如电磁阀、磁滤器容易出现故障。如果电磁阀和磁滤器出现故障而不能及时处理，容易造成系统工作不正常，甚至会损坏系统。处理的方法是：外部主要输出器件如果出现故障，必须停机并且报警，提醒工作人员维修。(4.2)故障诊断子程序的设计：本控制系统共有8个故障诊断子程序，它们的故障诊断算法都是类似的。具体的算法是：如果某个线圈通电，对应的常开辅助触点应该闭和;如果没有闭和，判断该器件损坏。如果某个线圈断电，对应的常闭触点应该闭和;如果没有闭和，判断该器件损坏。下面以故障诊断子程序1为例，谈谈故障诊断子程序的实现。故障诊断子程序的梯形图见右图。它用顺序功能的逻辑语言解释如下：在M1.1步即滤水工序如果磁滤器或者出水阀或者进水阀没有打开、或者排污阀或者压缩空气阀打开了，则报警并且进入停机状态。(5)磁滤器的压差保护：如果磁滤器的入口和出口压差大于设定压差，则滤水工序无条件结束，顺序进入反洗工序。4、本文作者的创新点：利用PLC实现了污水净化处理系统的自动控制，详细介绍了污水净化处理控制系统的硬件设计和软件设计方法。软件设计给出了控制系统的顺序