西门子PLC在热轧厂水处理中的应用
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作者: 巩贺
【摘要】热轧1580水处理系统采用具有冗余及容错功能的西门子S7-400H可编程序控制器，对整个生产过程实行集中监视、控制管理和分散控制。本文首先对热轧厂水处理系统及PLC的应用意义进行了叙述，并重点介绍了自动控制系统的软硬件配置、人机界面等。
【关键词】西门子 PLC 热轧厂 水处理
一、热轧厂水处理系统概述
首钢京唐热轧1580水处理系统主要是为主轧线不间断的提供冷却水及冲刷水，并将回流水进行净化及冷却处理。该系统按照功能可分为中心泵站、旋流井、含油废水站、层流泵站4个工作站。热轧生产线对水处理系统的安全性及可靠性有着严格的要求，一旦水处理系统出现故障或停车将会影响整条生产线的正常生产，甚至造成设备损坏的严重后果。
二、PLC在水处理中的应用意义
水处理系统设备数量多、操作步骤多、工艺复杂，为了提高水处理系统的自动化程度，保证控制精度和制水质量，实现化学水处理系统的自动控制是很有必要的。热轧1580水处理系统采用具有冗余及容错功能的西门子87-400H可编程序控制器，对整个生产过程实行集中监视、控制管理和分散控制，在生产过程中减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性、降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益。使用冗余系统的目的是减少因一个错误或系统维护而导致的产品损失。停车成本越高，越值得采用冗余系统。
三、热轧PLC系统简介
系统配置。PLC控制单元采用S7-400H成套系统，两个CPU之间通过两对同步模块及两条连接光纤实现实时同步通信。上位机采用AB公司的工控机产品，2台互备冗余服务器，1台工程师站，4台客户机。服务器和工程师站均装有2块CP1613以太网卡和1块通用网卡，客户机上只安装1块通用网卡。上位机采用“冗余服务器一工程师站一客户机”架构，服务器和工程师站通过各自的2块CP1613模板和CPU侧的4块以太网模块CP443-1组成冗余的通信网络，客户机不需要与CPU通信。本系统共有17个远程站，其中中心泵站7个，旋流井站2个，层流泵站4个，含油废水站4个，均采用配置2块IM153模板的西门子ET200M系统，其与控制单元的通信通过两条多模光纤构成的冗余Profibus-DP现场总线完成。该系统最大的特点在于冗余配置，保证了整个系统在某一节点出现故障时，仍然能够维持正常的工作。
硬件结构。按照通信类型本系统可分为上层以太网级、工业以太网级及底层Profibus-DP网级三个层次。服务器、工程师站和客户机配备的通用网卡通过1台交换机连接起来，组成上层以太网级通信网络，主要用于HMI画面及报警归档等信息的交换；服务器、工程师站和S7-400H CPU配备的CPl613网卡通过2台交换机连接起来，组成冗余的工业以太网级通信网络，主要用于CPU与上位机之间的指令及状态信息的传递。S7-400CPU通过2个DP接口与各远程I/O站的IMl53模板连接起来，组成冗余的底层Profibus DP网级通信网络，CPU与各个I/O模块的底层信息传递通过这条网络完成。我们可以看到，该系统的工业以太网级和底层Profibus DP网级均采用了冗余配置，且服务器也采用热备冗余模式，所以系统具有非常高的稳定性。
软件结构。服务器、工程师站、客户机所装软件为西门子Simatic PCS7 7.1，该软件是全局数据统一管理工具。它以系统硬件和工艺过程两个不同的视角，同时对项目进行管理。从整体看，水处理系统采用的是多项目系统，其下分为AS和OS两个子项目。AS为PLC部分，包括CPU及ET200M远程站的硬件组态和控制程序；OS为上位机部分，包括服务器、工程师站和客户机的组态及控制画面。本系统所有的软件配置、程序、网络组态及HMI画面制作都在工程师站上完成，然后再向PLC、服务器和客户机下装，
人机界面。本系统人机界面采用PCS7内嵌WinCC7.1图形编辑软件制作。具备较为完善的监控及管理功能，可以对水系统各个站点泵阀的运行状态、管道的压力、水池的液位等进行实时监控，并根据需要对主要数据进行采集、传输、报警、打印等。这些数据会同时在2台互备服务器上处理。4台用于操作的客户机只是与服务器进行连接并读取服务器的数据，本身并不处理画面和数据。这样避免了单机模式下数据的不一致性，为日常维护中的故障分析提供了可靠的数据保障。
四、结语
综上所述，通过了解水处理系统控制流程的特点，合理选择PLC硬件系统及程序编程方法，则可以实现水处理艺的自动控制。在水处理自动化系统中采用冗余的PLC控制系统，较传统的PLC系统而言大大增强了系统的可靠性，降低了故障率和维护难度。该自动控制系统已经投入运行一年多的时间，运行情况反馈表明：其控制功能完善，人机界面设计合理，操作方便，并很好地解决了传统控制方案中故障率高、系统协调性差、工人劳动强度高的问题，取得了良好的经济效益。
参考文献：
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