自動化軟水系統(tǒng)設計

河南中煙工業(yè)有限責任公司洛陽卷煙廠 河南 洛陽 471000

1 設計理念與儀表選型

1.1 設計理念

(1)著重關注系統(tǒng)工藝流程設計。在軟化水自動化系統(tǒng)對軟化水工藝流程開展動畫組態(tài)，針對于系統(tǒng)中重要的設備參數(shù)實時顯示組態(tài)，把現(xiàn)場傳感器搜集到的數(shù)據(jù)在圖表上顯示。

(2)顯示和處理系統(tǒng)控制變量、工藝參數(shù)以及報警信息。在組態(tài)監(jiān)控界面上，實時顯示各數(shù)據(jù)的變量，便于現(xiàn)場工作人員監(jiān)控軟化水工藝流程。針對于系統(tǒng)中重要變量的報警信息，系統(tǒng)可以通過聲光或顏色反饋到工作人員那里。

(3)建立安全有效的管理系統(tǒng)。在自動化系統(tǒng)運行的過程中，首先要考慮到的就是安全因素，因此在系統(tǒng)設計階段會按照用戶需求，制定一套安全的用戶管理系統(tǒng)。

1.2 儀表選型

這篇論文采用的是PPM-T127F智能液位變送器，這種液位計探頭連接電纜屬于一種投入式的模式，這種結(jié)構(gòu)與工作人員進行現(xiàn)場設備安裝相類似。該液位計外部有一層堅固的保護殼，能夠抵御雷擊，同時還具備防結(jié)露與防潮的優(yōu)勢，在此基礎上提升了抗強電磁干擾的能力。PPM-T127F智能液位變送器的應用范圍比較廣，通常應用于工廠、水廠水處理、循環(huán)水以及城市地下水等液位測量。

2 控制系統(tǒng)組態(tài)設計

2.1 PLC工作原理 PLC集成了自動控制技術、計算機技術與通信技術相關的內(nèi)容，同時把微處理器作為核心，是一種通用的、新型的自動化裝置。PLC具備可靠性強、編程簡單易學、控制功能強、抗干擾能力強以及能夠在惡劣的環(huán)境下作業(yè)等優(yōu)勢。PLC作為一種循環(huán)掃描的工作方式，掃描的周期可以分成以下幾個過程：其一，PLC的自診斷測試掃描過程；其二，PLC在自我監(jiān)視的基礎上，確保設備安全可靠；其三，PLC和網(wǎng)絡通訊的掃描過程，檢查PLC和上位機的通訊狀態(tài)。

2.2 S7-1500PLC組成 SIMATIC S7-1500屬于一款中型可進行編程的控制器，在電力和工業(yè)自動化行業(yè)被廣泛應用。這種型號PLC具備易于分布式配置、處理速度快、模塊化、操作簡單以及通訊能力較強等優(yōu)勢，已逐漸發(fā)展成為很多復雜控制系統(tǒng)的主控PLC。SIMATIC S7-1500采用的是模塊化結(jié)構(gòu)設計，各模塊之間可以隨意擴展與組合，主要由CPU模塊、接口模塊、機架、通信模塊、信號模塊、電源模塊以及功能模塊等構(gòu)成。

2.3 通訊組態(tài)設計 這篇論文的研究內(nèi)容是把工業(yè)以太網(wǎng)作為WinCC和PLC的通訊方式。SIMATIC S7-1500具備較強的通訊功能，CPU1516-3PN/DP集成了PROFINET與PROFIBUS-DP通信接口。首先，借助工業(yè)以太網(wǎng)連接PC和PLC之間的硬件。在PORTAL中硬件組態(tài)CPU1516-3PN/DP時，在屬性是Ethernet的接口窗口中把IP地址設置成192.168.0.1/24，打開PC的網(wǎng)絡共享中心，并把與之相連的IP地址設置成192.168.0.2/24。

2.4 PLC編程設計 在軟化水自動化系統(tǒng)硬件組態(tài)時，使用PORTAL V15軟件設計下位機控制系統(tǒng)。PORTAL V15能夠為CPU1516-3PN/DP的組態(tài)以及后續(xù)程序開發(fā)帶來便捷，同時具備通用性好功能比較強大等優(yōu)勢。在實際編程的過程中，為了完成系統(tǒng)的額控制任務，可以把整個控制任務的流程劃分成若干個通用的控制任務，在程序塊FC或FB中編寫對應的程序，進而使OB1在調(diào)用FC或FB模塊的基礎上完成自動化系統(tǒng)的控制工作。

3 機監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)設計

3.1 控制器設計 模糊PID控制器在識別PID控制參數(shù)時自行整定，同時把專家經(jīng)驗作為基礎。模糊PID在傳統(tǒng)PID控制算法的基礎上增添了誤差變化率ec以及誤差e的計算，最后經(jīng)模糊推理后形成一個模糊規(guī)則表。模糊控制把專家經(jīng)驗作為基礎，不需要搭建數(shù)學模型，且具有良好的動態(tài)性能，但模糊控制的控制精度較低。

3.2 監(jiān)控界面設計 在軟化水自動化系統(tǒng)中，能夠達到監(jiān)視設備運行參數(shù)和軟化水工藝現(xiàn)場設備過程參數(shù)的目的。PLC使用現(xiàn)場檢測儀表把數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳遞給WinCC，WinCC通過組態(tài)監(jiān)控畫面把狀態(tài)參數(shù)與過程參數(shù)反饋給工作人員。除此之外，操作人員還可以借助上位機監(jiān)控系統(tǒng)操控工藝現(xiàn)場設備。

3.3 系統(tǒng)調(diào)試

(1)PLC程序調(diào)試。PLC控制系統(tǒng)調(diào)試可以分成現(xiàn)場調(diào)試和仿真調(diào)試兩個階段，程序仿真測試是把PLC程序下載到PLCSIM仿真軟件里完成程序仿真。通過仿真測試程序的邏輯錯誤與編寫錯誤，確保程序現(xiàn)場調(diào)試的安全性，降低了現(xiàn)場調(diào)試時間。PLC程序現(xiàn)場首先需要排除電氣連接故障，檢查相應的電氣設備，確保現(xiàn)場調(diào)試工作順利進行。

(2)通訊調(diào)試。通訊調(diào)試主要檢測的是軟化水自動化系統(tǒng)中PLC與現(xiàn)場設備以及PLC與PC之間的通訊連接是否正常。PC與PLC主要是利用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，進而檢查PC和PLC的IP地址是否存在于同一段網(wǎng)中。PLC和WinCC間通訊調(diào)試，通過WinCC向PLC發(fā)送控制指令，檢查現(xiàn)場設備是否能夠正常運行。同時檢查設備運行狀態(tài)是否能都監(jiān)測到。

(3)界面調(diào)試。在WinCC中軟化水自動化系統(tǒng)項目，檢查系統(tǒng)界面功能能否滿足現(xiàn)場工作人員的實際需求。結(jié)合工作人員的實際需求，整改系統(tǒng)運行的界面，進而便于操作人員更好操作，使系統(tǒng)界面更加人性化。

結(jié)論

在啟動軟化水工藝系統(tǒng)之后，能夠有效降低軟化水的硬度。而且原水的水質(zhì)、鈉離子的交換能力等因素是影響軟化水硬度的重要條件。尤其是供水壓力會對水軟化的成效產(chǎn)生重大的影響。因此，為了能夠解決此問題，本文設計了原水供水管道壓力控制器，該PID控制器通過試驗證明，其控制成效極佳，完全符合恒壓控制的基本需求。