淺析西門子S7—300在原水石灰混配系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

張麗紅

摘 要：通過改造石灰混配系統(tǒng)，采用西門子PLC S7-300作為控制核心，提高了設(shè)備的可靠性。介紹了石灰混配改造情況，著重分析了改造前后兩者的相同性和差異性，比較了其優(yōu)劣性和應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：石灰混配系統(tǒng)；繼電器；控制器；電子元件

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.125

干石灰混配系統(tǒng)是原水處理過程中必不可少的部分，石灰的加入是為了降低原水中的暫時(shí)硬度。對原水進(jìn)行軟化處理，可改善水的pH值，直接影響到原水的澄清過濾效果。不適量添加石灰會造成整個(gè)工廠工業(yè)用水的pH值、電導(dǎo)率和濁度等水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，進(jìn)而對全廠所有水冷設(shè)備和用水工藝造成重大影響。

1 設(shè)備原狀分析

原有兩套石灰混配系統(tǒng)分別是1#混配系統(tǒng)和2#混配系統(tǒng)，兩套混配系統(tǒng)完全相同，現(xiàn)以1#混配系統(tǒng)為例說明。整套系統(tǒng)為就地控制箱式成套控制系統(tǒng)。當(dāng)前控制系統(tǒng)的主要部分采用的是單片機(jī)和外圍電路繼電器輸出的控制器。由于該系統(tǒng)采用的是電子元件實(shí)現(xiàn)控制邏輯，存在無法擴(kuò)展增容、設(shè)備老化難以更換、人機(jī)接口為機(jī)械旋鈕、界面不友好、抗干擾能力差、沒有上位畫面監(jiān)控系統(tǒng)等缺陷。

干石灰投加室內(nèi)環(huán)境的粉塵過大、電磁干擾過強(qiáng)、柜內(nèi)的信號線對地測量懸浮電壓都在50 V以上，這些都對該系統(tǒng)中的液位信號的輸入造成嚴(yán)重影響。為防止對控制器接地的影響，該過程能以中斷一個(gè)周期的程序執(zhí)行，并啟動(dòng)下一周期。這都能證明電磁對控制器程序有很強(qiáng)的干擾。

該控制器的邏輯控制能力不能達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，導(dǎo)致該系統(tǒng)自安裝投運(yùn)后從沒有按既定程序正常地自動(dòng)投加干石灰和水。該控制器穩(wěn)定性不可靠，沒有可操控性，不能進(jìn)行程序方面的升級改造，也無法與上位通訊。這樣無論是對生產(chǎn)單位，還是對維護(hù)單位，都造成了很大不便。

2 改造依據(jù)

根據(jù)生產(chǎn)操作人員對生產(chǎn)工藝要求和生產(chǎn)過程的控制性和操作的簡約型要求作為依據(jù)。

2.1 工藝要求

工藝要求主要有：①攪拌機(jī)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)立刻運(yùn)行。②石灰混配中，當(dāng)液位低于某設(shè)定值L時(shí)，要進(jìn)行配工作——加水到設(shè)定值A(chǔ)時(shí)停止，按照加灰要求（按時(shí)間加灰，加灰時(shí)間H可以調(diào)整），時(shí)間H結(jié)束后繼續(xù)加水，直到液位設(shè)定值B. ③石灰混配開始的同時(shí)，石灰罐振蕩器同時(shí)工作，并吹氣3 s。

2.2 控制要求

控制要求主要有：①人機(jī)接口上的機(jī)械旋鈕打到停止位時(shí)系統(tǒng)必須停止；②人機(jī)接口上的機(jī)械旋鈕打到PLC控制位置時(shí)，PLC控制系統(tǒng)會根據(jù)上位畫面自動(dòng)按鈕的位置和混配池液位自動(dòng)進(jìn)行石灰混配；③自動(dòng)控制時(shí)，液位設(shè)定值A(chǔ)，B，L和加灰時(shí)間設(shè)定值H可以自由更改；④實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，并可以隨時(shí)遠(yuǎn)程中斷系統(tǒng)運(yùn)行。

3 改造后的系統(tǒng)組成及功能

3.1 改進(jìn)后的系統(tǒng)組成

改進(jìn)后的石灰系統(tǒng)的主要組成內(nèi)容為：①將控制系統(tǒng)改造成以西門子PLC S7-300為控制器的一體化控制系統(tǒng)。該P(yáng)LC系統(tǒng)主要包括315PLC、307電源模塊、以太網(wǎng)模塊、I/O模塊，使用8點(diǎn)AI模塊、32點(diǎn)DI模塊和32點(diǎn)DO模塊各1塊。②該系統(tǒng)將與加藥間系統(tǒng)主交換機(jī)連接，與原水主控室加藥系統(tǒng)工控機(jī)通訊，監(jiān)控軟件使用iFix實(shí)現(xiàn)石灰干投系統(tǒng)的遠(yuǎn)程和本地監(jiān)控，對控制邏輯進(jìn)行靈活組態(tài)，并記錄SOE（Sequence Of Event）事件的順序、故障發(fā)生的時(shí)間和事件類型，例如某開關(guān)XX時(shí)XX分XX秒XX毫秒發(fā)生什么類型的故障。③將石灰攪拌池的分體式液位計(jì)改為西門子一體式液位計(jì)，將原來的干節(jié)點(diǎn)式開關(guān)量液位信號改為連續(xù)的模擬量信號，提升系統(tǒng)的可控性。④將石灰攪拌機(jī)、石灰干投機(jī)的運(yùn)行信號由原來的按鈕輸入信號改為接觸器的吸合信號，增加電機(jī)運(yùn)行信號的可信度。

3.2 系統(tǒng)功能

3.2.1 PLC控制柜的功能

PLC控制柜是系統(tǒng)的核心部分，主要由邏輯組件、電源組件和端子排組成，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制和監(jiān)視。電源組件可提供220VAC、24VDC和24VAC三種規(guī)格的電源，每種規(guī)格的電源都在柜內(nèi)獨(dú)立，確保與遠(yuǎn)程接觸器、模擬量儀表及補(bǔ)水閥等不同類型的信號互不干擾，對PLC柜柜體安裝接地線、PLC柜的對地電阻小于4 Ω 。

3.2.2 上位機(jī)和操作盤的功能

通過編程軟件Step7的用戶界面提供通信組態(tài)功能，人機(jī)界面系統(tǒng)可根據(jù)生產(chǎn)操作人員的要求進(jìn)行自由組態(tài)，實(shí)現(xiàn)石灰混配系統(tǒng)所有的監(jiān)控功能。目前的操作界面主要由監(jiān)控主畫面、各單個(gè)設(shè)備的詳細(xì)狀態(tài)畫面和各個(gè)設(shè)備的動(dòng)作曲線畫面等三部分組成。出于使用次數(shù)少和現(xiàn)場第一控制權(quán)的原因，操作盤仍采用機(jī)械式旋鈕界面。使安裝位置遠(yuǎn)離粉塵環(huán)境，可在節(jié)省成本的同時(shí)，保證現(xiàn)場的第一控制權(quán)。對不同類型信號的線纜進(jìn)行合理布局，同時(shí)將操作盤與PLC柜體連接，避免操作盤出現(xiàn)懸浮電壓，可在避免設(shè)備誤動(dòng)作的同時(shí)，保證人身安全。

4 使用效果對比

4.1 形式靈活

單片機(jī)形式的靈活性受到限制，一旦廠家配置完成，要想修改邏輯，只有通過修改配線和增加繼電器來完成，復(fù)雜的程序需要更多的繼電器。而該套PLC裝置的程序可以按控制要求重新編寫，只要更改可編程控制器程序即可；修改程序只需要改軟件，無需二次改線和增加設(shè)備，在不更改邏輯的情況下，可以隨時(shí)在上位機(jī)修改液位設(shè)定值A(chǔ)，B，L和加灰時(shí)間設(shè)定值H.

4.2 生產(chǎn)和設(shè)備成本降低

單片機(jī)和繼電器的自身使用壽命有限，由于防護(hù)等級不夠，很容易燒毀。而將兩套石灰混配系統(tǒng)改造成為一套PLC系統(tǒng)控制，可減少設(shè)備空閑浪費(fèi)，且不必專人到現(xiàn)場操作，節(jié)省了人力。

4.3 可以提供事故追憶

單片機(jī)和繼電器形式的一旦動(dòng)作后會馬上復(fù)位，對于調(diào)差、分析事故或故障原因比較困難。而該套PLC控制系統(tǒng)動(dòng)作后記憶可查，報(bào)警畫面點(diǎn)亮的指示燈和音響警報(bào)音提供報(bào)警提示，畫面記錄的現(xiàn)場設(shè)備的動(dòng)作曲線可以分析出各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，分析快速且可靠。

5 結(jié)束語

石灰混配系統(tǒng)經(jīng)改造后，采用PLC S7-300系統(tǒng)設(shè)計(jì)周密、界面友好、修改方便、可靠性高。在調(diào)試過程中，沒有發(fā)生硬件故障或損壞，系統(tǒng)投入后各項(xiàng)功能均動(dòng)作正常，滿足正常運(yùn)行的要求。另外，該系統(tǒng)注水閥的開關(guān)對控制器輸出電路回饋性質(zhì)的干擾較大，影響到了控制器程序的執(zhí)行（高液位后石灰加藥不停）。如果摘掉注水閥，程序的輸出就很平穩(wěn)。為消除對2#干石灰投加控制的干擾，在系統(tǒng)控制器的注水閥輸出電路加裝中間繼電器進(jìn)行隔離，勉強(qiáng)可以自動(dòng)加藥并運(yùn)行一段時(shí)間；但同樣的改動(dòng)在1#干石灰投加控制系統(tǒng)控制器中就沒起到相同的作用。

〔編輯：王霞〕

Abstract： Mixed systems through the transformation of Siemens lime， using PLC S7-300 as the control core， to improve the reliability of equipment. Introduces the lime mixing modification， emphatically analyzes the similarities and differences between before and after the transformation of the two， compares their advantages and disadvantages and application.

Key words： lime mixing system； relay； controller； electronic components