基于AB—PLC的軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)自動控制設(shè)計

熊慧

摘 要：介紹了邯鋼新區(qū)煉軋水處理站的軟水密閉循環(huán)自動控制系統(tǒng)，詳細描述了該系統(tǒng)的工藝流程、控制方式，并重點介紹了膨脹罐的工作原理和控制方案。實踐證明，該系統(tǒng)設(shè)計合理，運行穩(wěn)定、可靠。

關(guān)鍵詞：軟水密閉循環(huán)；膨脹罐；AB PLC系統(tǒng)；自動控制

前言

作為鋼鐵生產(chǎn)工藝流程中的一個重要環(huán)節(jié)，水處理在整個煉鋼軋鋼的自動控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位。它的工作狀態(tài)將直接影響用戶機組運行的安全性與經(jīng)濟性，并影響整個煉鋼軋鋼生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性與可靠性。由于水處理控制系統(tǒng)點數(shù)多，工況相對來說比較惡劣，在傳統(tǒng)的控制技術(shù)下，系統(tǒng)效率較低，可靠性差，達不到期望的控制效率；而可編程邏輯控制器即PLC結(jié)構(gòu)緊湊、擴展性能良好、性能價格比高、運算指令豐富、編程簡單、抗干擾能力強、可靠性高，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用[1]。文章針對水處理系統(tǒng)中軟水密閉循環(huán)自動控制系統(tǒng)的要求，結(jié)合可編程邏輯控制器的特點，介紹了一種基于AB-PLC控制的軟水密閉循環(huán)自動控制系統(tǒng)。

1 軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)工藝流程

軟水密閉循環(huán)冷卻是在20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來的新的冷卻方式，以其供水水質(zhì)好、運行壽命長、能耗低和維護方便等特點，在國內(nèi)鋼廠中得到普遍應(yīng)用。邯鋼新區(qū)煉軋水處理站中全部采用了帶有板式換熱器的軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)對大型設(shè)備進行冷卻。

軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)主要由軟水供水泵組、板式換熱器、膨脹罐、管路等構(gòu)成。低溫循環(huán)水由供水泵組送至連鑄用戶使用后，水溫升高，經(jīng)板式換熱器與二次冷卻水進行熱交換后溫度降低，之后便可再次送連鑄用戶使用。軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)內(nèi)的冷卻水，隨著溫度變化體積也發(fā)生變化。為了保證系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定和正常運行，該系統(tǒng)設(shè)有膨脹罐。膨脹罐的主要作用是：吸收系統(tǒng)中由于介質(zhì)的溫度波動而引起的體積變化量；在膨脹罐里充填一定量的氮氣，通過控制氮氣的工作壓力來達到系統(tǒng)定壓的目的，當(dāng)介質(zhì)溫度較高時，為防止內(nèi)部汽化，采取提高系統(tǒng)工作壓力來增加介質(zhì)的欠熱度，從而保證冷卻的可靠性。膨脹罐內(nèi)的氮氣壓力大于系統(tǒng)中的最高工作壓力[2]。

2 控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用PLC+上位機控制方式，系統(tǒng)分為三層：上位機監(jiān)控層、PLC控制層、由各檢測儀表及執(zhí)行機構(gòu)等組成的過程檢測及執(zhí)行層。控制系統(tǒng)主機采用A-B公司的Logix5000，控制系統(tǒng)和上位機由以太網(wǎng)相連，軟件平臺為RSView32。現(xiàn)場檢測儀表的模擬量、開關(guān)量等信號接入A-B公司的輸入/輸出模塊，再通過A-B公司的設(shè)備控制網(wǎng)DeviceNet協(xié)議與PLC通訊。

工藝要求自動控制系統(tǒng)對全部水處理生產(chǎn)過程及設(shè)備進行實時數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)監(jiān)控和操作。主要控制系統(tǒng)功能設(shè)計要求如下：

2.1 介質(zhì)監(jiān)測

每臺水泵的出口支管裝有壓力開關(guān)，供水干管上裝有壓力、流量、溫度等檢測儀表。板式換熱器進、出水管上設(shè)有壓力、水溫的測量、顯示和記錄。膨脹罐、事故水塔和軟水池有水位測量報警裝置。這些測量參數(shù)均可在水處理站的控制室電腦畫面上顯示出來。

2.2 供用戶水泵組

供用戶水泵組共設(shè)3臺水泵，2用1備。每臺水泵設(shè)機旁手動和控制室集中手動、聯(lián)動。水泵同其出口壓力連鎖：正在工作的水泵壓力下降到0.6MPa 時，備用泵啟動，該泵停止。水泵同電機的定子繞組、軸的溫度連鎖，當(dāng)溫度達到95℃時報警。正在工作的水泵中任何一臺發(fā)生故障時，備用泵自動投入工作，原工作泵停止工作。

2.3 供用戶水泵出口電動閥

供用戶水泵出口電動閥門共3臺，設(shè)機旁手動和控制室手動、聯(lián)動。開泵時電動閥同其出口壓力連鎖：工作的水泵壓力達到0.5MPa 時，開閥；停泵時，先關(guān)閥，再停泵。

2.4 膨脹罐

膨脹罐進水、進氣、排水、排氣閥均設(shè)機旁手動、控制室手動、聯(lián)動。膨脹罐水位需穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)，罐內(nèi)壓力也需穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)。

3 膨脹罐的自動控制

由于膨脹罐在本系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要，其運行狀態(tài)直接影響到用戶的生產(chǎn)，因此本節(jié)著重闡述膨脹罐的工作原理以及控制方案。

膨脹罐是一個20m3的容器，罐高6300mm。在膨脹罐的外側(cè)有一高5500mm的翻板液位計，并裝有5個音叉開關(guān)，分別表示低低水位2100mm、低水位2665mm、正常水位3280mm、高水位4329mm和高高水位4854mm。膨脹罐底部裝有一臺差壓液位計用來測量罐內(nèi)液體的液位，其頂部裝有一臺壓力計用來測量罐內(nèi)氣體的壓力。與膨脹罐相關(guān)的閥門分別為：氮氣進氣切斷閥，氮氣排氣切斷閥，進氣閥與排氣閥之間的氮氣調(diào)節(jié)閥，膨脹罐補水閥，膨脹罐排水閥。

3.1 膨脹罐的水位控制

當(dāng)蒸發(fā)污水排放及物理、化學(xué)侵蝕等引起閉路循環(huán)系統(tǒng)冷卻水漏水時，膨脹罐水位降低，需要對膨脹罐進行補水。如果膨脹罐的水位低于低液位，則補充水泵開啟一臺，同時補水閥門打開，補充水由軟水池流入膨脹罐內(nèi)。如果水位繼續(xù)降低并且到達低低液位，則控制室監(jiān)控畫面會發(fā)出聲光報警，同時再啟動另一臺補充水泵，兩臺泵同時給膨脹罐補水。在補水的過程中當(dāng)膨脹罐的液位達到高液位時，停止補充水泵并關(guān)閉補水閥門。如果補水量過多造成膨脹罐達到高高液位，則控制室監(jiān)控畫面聲光報警，同時打開排水閥門進行排水。水位下降到正常水位后，排放閥關(guān)閉。當(dāng)水質(zhì)被污染時，手動打開排放閥，通過排放掉部分污水和補充新水的方法，提高循環(huán)水水質(zhì)，使之達到水質(zhì)要求。

3.2 膨脹罐的壓力控制

軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的定壓工作是靠往膨脹罐內(nèi)充滿一定壓力的氣體來實現(xiàn)的。為了防止溶解在循環(huán)水中的氧氣會對冷卻設(shè)備內(nèi)冷卻水管產(chǎn)生強烈的氧化作用，阻止氧氣侵入，通常會對膨脹罐內(nèi)充入少量氮氣，使罐內(nèi)的氮氣壓力大于系統(tǒng)中的最高工作壓力，隔絕循環(huán)水與空氣的接觸。本系統(tǒng)中，根據(jù)膨脹罐的壓力計，通過調(diào)節(jié)充氮量維持罐內(nèi)壓力穩(wěn)定，從而使供用戶的水壓穩(wěn)定。如果膨脹罐的水位下降，氮氣壓力隨之降低，當(dāng)罐內(nèi)壓力低于0.05MPa時，氮氣進氣閥開啟，氮氣充入罐內(nèi)。當(dāng)?shù)獨鈮毫Ω哂?.07MPa時關(guān)閉進氣閥。如果膨脹罐的水位上升，氮氣壓力隨之升高，當(dāng)罐內(nèi)壓力高于0.12MPa時，氮氣排氣閥開啟，氮氣被排除罐外。當(dāng)?shù)獨鈮毫Φ陀?.10MPa時，氮氣排氣閥關(guān)閉。

4 結(jié)束語

邯鋼新區(qū)煉軋水處理站自投產(chǎn)以來，通過將近一年的運行實踐，證明軟水密閉循環(huán)控制系統(tǒng)運行正常，工作安全可靠，各項技術(shù)指標(biāo)均達到設(shè)計技術(shù)要求，用戶反映良好。膨脹罐在軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)中的投用，使得供用戶軟水水壓穩(wěn)定，膨脹罐水位及壓力的自動調(diào)節(jié)也大大減輕了現(xiàn)場操作人員的工作量。

參考文獻

[1]許純昕.基于AB-PLC控制的電廠水處理系統(tǒng)[J].南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2005，12（4）：58～61.

[2]胡狄辛.寶鋼3號高爐軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)的控制[J].鋼鐵技術(shù)，1999，2：21～24.

[3]中國冶金建設(shè)協(xié)會.鋼鐵企業(yè)過程檢測和控制自動化設(shè)計手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000.