淺談工業循環水系統的PLC控制

摘 要：文章介紹了循環水處理控制系統的設計方案。本循環水系統包括了十臺冷卻風機，十臺循環水泵的控制和故障狀態顯示等。為保證系統的可靠性和可擴展性，采用了上位機（DCS）和可編程控制器PLC組成控制系統。上位機DCS完成主要參數的監控任務，可編程控制器PLC完成實時數據的采集和控制。系統具有安全可靠，可擴展性好，性價比高等優點，比起以往的模擬儀表控制大大提高了系統的可靠性，自動化水平也得到了提升。

關鍵詞：循環水處理；控制系統；上位機；PLC

引言

工業冷卻水循環系統一般為敞開式循環系統，敞開式循環冷卻水系統的主要設備之一就是冷卻塔。冷卻塔的種類很多，按照塔內空氣流動的動力可分為自然通風和機械通風式。自然通風最常見的是風筒式冷卻塔，機械通風式又分為抽風式和鼓風式兩種。在工業冷卻水循環處理中抽風式冷卻塔的應用最為普遍，風機安裝在冷卻塔頂部，抽風時塔內空氣處于負壓，有利于水的蒸發散熱，傳熱效果好，但缺點是風機的電能消耗很大。工作時：循環水由水泵輸送到供水總管，再分別進入各臺生產設備，流過需冷卻的部位后匯集到回水總管，再經過冷卻水塔上方的布水管向下噴淋。冷卻水塔頂部的風機運轉時，回水在填料層中與空氣流進行充分的熱交換后流回到塔下吸水池中。

按照以前的常規做法，循環水處理系統的監視控制都采用了常規模擬儀表，由于常規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，循環水系統的控制采用了可編程邏輯控制器（PLC）來完成實時數據的采集和自動控制功能，重要監控參數通過光纖通訊至DCS進行監控。可編程邏輯控制器（PLC）以其可靠性高、接線方便，編程簡單，性價比高等優點大大提高了裝置整體自動化水平，實現安全、穩定、長周期運轉，并大大降低了維修費用。

1 控制系統結構

1.1 概述

循環水處理系統根據生產要求配置為：十臺離心式水泵（八用兩備），在正常負荷運行條件下八臺水泵就可滿足生產需要，另外兩臺水泵備用，以便在有水泵處于檢修狀態時仍能滿負荷生產。另外配置十臺冷卻風機。

十臺循環水泵電機和十臺冷卻塔風機電機軸承和定子測溫以及裝置內水管上測溫共計熱電阻輸入信號104個，裝置內水管壓力、流量及塔下吸水池液位測量共計模擬量輸入信號14個，循環水泵和冷卻塔風機運行狀態信號及塔下吸水池液位調節閥限位開關信號共計開關量輸入信號24個，循環水泵和冷卻塔風機聯鎖停機信號及塔下吸水池液位調節閥開關信號共計開關量輸出信號25個。

為了便于全廠集中管理，分散控制，本循環水控制系統可分為兩部分：上位機監控部分和控制部分。其中，控制部分包括了三套PLC系統，分別用于加藥系統，監測換熱器系統和除此之外裝置內所有循環水系統的監視控制（加藥控制系統和監測換熱器控制系統由設備廠家成套供貨）。本項目通過采用可靠性高、技術成熟、先進實用且具有最優性價比的PLC控制系統，將提高裝置整體自動化水平，實現安全、穩定、長周期運轉，并大大降低維修費用。

由于上位機監控部分和控制部分相距較遠，為了保證系統的可靠運行及未來擴展的方便性，這兩部分之間采用光纖通訊。此系統可通過增加I/O單元來縱向擴展，橫向可通過以太網來實現網絡節點的增加。當設備增加時無需更換先前的系統，就可以使新系統加入到網絡中來，可擴展性好。另外，系統采用光纖通訊，減少了信息傳輸過程中信號的干擾和丟失，增加了上位機監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 控制系統組成及體系結構

根據整個裝置內循環水系統規模，設置3個PLC過程控制站（加藥控制系統過程控制站、監測換熱器控制系統過程控制站、循環水控制系統過程控制站），一個操作站，用于完成對整個循環水系統工藝參數檢測顯示、設備狀態檢測顯示、控制和信息存儲、報表、打印等。控制系統基本原理如下：現場工藝參數如溫度、壓力、流量、液位等經傳感變送器測量變送后由PLC模擬量輸入卡送至PLC CPU卡進行數據計算處理；現場開關量如循環水泵、冷卻塔風機運行狀態信號和閥門限位開關信號等由PLC數字量輸入卡送至PLC CPU進行數據處理；PLC CPU將現場傳來的模擬量信號和數字量信號進行運算處理后送至操作站進行現場參數的監控顯示，現場輸出信號經PLC判斷處理后由數字量輸出卡送至現場并改變現場設備的狀態（如閥門開關信號，電機啟停信號）和燈的指示狀態（燈的亮和滅）等。

圖1 自動化控制系統示意圖

控制系統硬件體系結構：如圖2所示，系統硬件部分選用西門子S7-300PLC一臺，CPU采用標準型的CPU314，適用于對程序量有中等要求的應用，對二進制和浮點數有較高的處理性能。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通道數字量輸入卡3塊，16通道數字量輸出卡2塊，形成了一個主機架，2個擴展機架，所有的模塊用DIN35導軌安裝在主機架和擴展機架上。主機架和擴展機架之間用接口模塊進行通信。

圖2 系統硬件體系結構圖

2 系統過程測控站

2.1 概要

過程控制站是循環水控制系統直接與現場打交道的I/O處理系統，它主要有控制柜，S7-300PLC，內部供配電系統等組成。承擔并完成循環水現場儀表和測控裝置系統的供配電，現場工藝參數的檢測、處理和傳輸，現場設備狀態的檢測、傳輸和控制等功能。

2.2 主要功能

2.2.1 變送檢測功能。現場物理量如溫度、壓力、流量、液位等通過現場儀表轉換成過程站PLC可接受的信號，由PLC對其完成檢測處理和向上傳輸；現場設備狀態，如閥門的開與關，電機的開與停，工藝參數的正常或報警由檢測裝置送至過程站PLC，由PLC對其完成檢測處理和向上傳輸。

2.2.2 控制功能。循環水控制系統過程控制站具備PLC可編程順序控制功能，可對各設備的啟停進行順序條件控制，實現循環水系統各工藝設備的自動控制。

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

3 系統監控管理站

3.1 概要

系統監控管理站安放于就地控制室內，主要由一臺觸摸屏、打印機、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。系統監控管理站承擔并完成對循環水控制系統的上位監控和管理功能。

3.2 主要功能

3.2.1 信號檢測處理功能。對現場模擬量和開關量信號進行實時檢測和處理，判斷是否有異常情況發生，對重要參數的超限發出聲光報警，提示操作人員注意并確認。

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、設備狀態顯示畫面、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。系統對模擬量有歷史趨勢曲線顯示記錄功能。

3.2.4 操作保護功能。為防止非授權人員操作測控系統，系統對重要的操作均設有密碼保護功能，以保證系統操作的安全性。

3.2.5 報表功能。根據生產要求制定各類報表格式和內容，具備統計和計算功能，對報表進行打印輸出。

3.2.6 在線參數調整功能。系統能簡單方便地的對檢測點的各種信息如量程、上下限報警、單位、遷移量等進行授權在線修改。

4 結束語

在循環水控制系統中，采用中規模的S7-300 PLC控制器后，系統的可靠性，安全性，可擴展性，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。在系統監控管理站中，采用PLC控制器后，可以對現場設備的狀態等進行畫面監控，清晰直觀，操作方便。

參考文獻

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作者簡介：任靜，女。