基于S7-300PLC的水处理一体化过滤器控制系统设计
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【摘 要】线材轧制生产中对水的处理是十分必要的，水处理系统由净水池、浊水池、泥浆池、旋流池、冷却风机、高压提升泵、供水泵、一体化过滤器等多种设备组成。论文利用S7-300PLC系统对水处理一体化过滤器进行自动化改造，取消水处理人工操作，用WinCC、PLC来实现过滤器的全自动控制与远程监控，提高水质处理效果和降低成本。
【Abstract】It is necessary to treat water in wire rod rolling production. The water treatment system consists of clean water tank， turbid water tank， mud pool， swirl pool， cooling fan， high-pressure lifting pump， water supply pump， integrated filter and other equipment. In this paper， S7-300PLC system is used to automate the transformation of the integrated water treatment filter， and the manual operation of water treatment is cancelled. WinCC and PLC are used to realize the automatic control and remote monitoring of the filter， so as to improve the effect of water treatment and reduce the cost.
【關键词】水处理;过滤器;PLC;WinCC
【Keywords】water treatment; filter; PLC; WinCC
【中图分类号】TH712 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）09-0194-03
1 引言
在轧钢过程控制中，现场轧辊冷却水不可缺少，而水质的保证重点在水处理过滤器清洗控制系统。水处理一体化过滤器的作用是通过过滤器沉淀来去除生产线浊水中的杂质，以达到净化水质的功能。分厂水处理一体化过滤器原先采用手动操作进水、排泥与排污电动阀门来进行浊水净化。为了提升装备智能制造水平，逐步采取自动化、智能化等手段来替代手动化，决定对水处理一体化过滤器进行自动化升级改造，取消水处理人工操作岗位，通过自动化控制来保证设备安全运行，并提高水质处理效果和降低成本。
水处理一体化过滤器水质净化主要为添加药剂、排泥与排污。而排泥排污这两个步骤又受多种条件限制，如泥浆池液位、旋流池液位，浊环水液位及一体化过滤器进水压力等。本文应用PLC来实现排水、排泥、排污等电动阀门与各外部检测信号的联锁自动控制，替代人员的重复性工作。
2 水处理过滤器自动化控制要求
①实现一体化过滤器12个过滤罐自动循环清洗功能。②自动排泥：一体化过滤器进水压力大于1kg，当泥浆池液位低于设定低值时，自动打开排泥电动阀;当泥浆池液位高于设定高值时，自动关闭排泥电动阀，同时对下一个过滤罐执行自动排泥命令。③自动排污：一体化过滤器进水压力大于1kg，浊环水及旋流池液位满足设定要求时，自动关闭进水电动阀。待进水阀关到位后，自动打开排污电动阀，排污阀开到位后开始自动计时，900s后自动关闭排污阀，打开进水阀。排污期间如有任何一项条件不满足，则停止排污，同时出现报警信息，待条件满足后，继续进行排污，同时对下一个过滤罐自动执行排污命令。④新加一台S7-300PLC DP主站，专门用于一体化过滤器自动化清洗控制，同时使用以太网接入水泵控制画面，可实时根据WinCC画面进行状态监控。
3 水处理过滤器控制系统设计
3.1 主要控制模块
西门子S7-300PLC，CPU 315-2DP带MPI接口和2个DP-Master/Slave接口，需要微型存储卡。多达32个模块的扩展能力（4层结构）。DP接口可用作DP主站或DP从站运行，如图2所示。
通信处理器CP343-1，用于将SIMATIC S7-300连接至工业以太网，通过ISO和TCP/IP， PROFINET IO控制器或PROFINET输入输出设备，集成2-端口交换机ERTEC 200，S7通信，提取/写入，发送/接收RFC1006，Multicast，DHCP，NTC-CPU Sync，带和不带诊断，通过局域网初始化，2个RJ45接口，适用于局域网10/100Mbit/s。
3.2 控制系统流程设计
一体化过滤器由12个过滤器水罐组成，自动循环清洗主要分为排污与排泥两步。排污由一体化进水压力大于1kg、浊环水液位大于2.7m要求，满足条件后关闭进水电动阀，待进水阀关到位后，打开排污电动阀，待排污阀开到位后，开始计时，900s后，关闭排污阀，待排污阀关到位后，打开进水阀，待进水阀开到位后，执行下个水罐排污操作。排泥由一体化进水压力大于1kg、浊环水液位大于2.7m、泥浆池液位小于2.7m要求，满足条件后打开排泥电动阀，待泥浆池液位大于3.7m后，关闭排泥阀，执行下一个水罐排泥操作。 3.3 控制系统硬件组态
打开SIMATIC管理器，建立PROFIBUS-DP系统，系统分别由1个DP主站和1个DP从站构成。DP主站由CPU315-2DP、CP343-1构成，此主站目前负责一体化过滤器自动清洗作业控制。在工具栏中点击目录工具打开硬件目录，按硬件安装次序依次插入机架、电源、CPU模块、CP343-1模块、SM321模块、SM332模块等完成硬件组态。硬件组态如图5所示。
插入CPU时同时弹出PROFIBUS接口组态窗口。打开DP属性窗口，新建PROFIBUS网络，分配PROFIBUS站地址，设为31。另外对波特率设为1.5Mbit/s，行规为DP。工作模式激活DP主站操作模式。
双击CP343-1插槽，打开CP343-1的属性窗口，点属性按钮，在参数中设IP地址以及子网掩码，IP地址和DP主站保持在同一个网段，在子网中新建时要选择Ethernet（1），此网络是编程PC和人机界面WinCC所在的网络。
根据流程图，设计排污与排泥自动清洗控制。以1#过滤器水罐为例，分配地址如表1所示。
3.4 上位机联结
用两头压上水晶头的双绞线一头连接CP343-1模块，另一头连接水泵PLC Ethernet（1）网络中的交换机D-LINK，这样新加的主站就通过Ethernet连接上了原先水泵PLC主站系统，然后数据可以进行交换。将一体化过滤器控制建立在水泵操作WinCC上，新建一按钮命名为高速过滤器，并将其连接到子画面上，如图6和图7所示。
4 组态设计和调试
根据水处理系统中一体化过滤器的手动操作功能用WinCC、PLC来实现过滤器的全自动控制与远程监控系统，如图8所示。
点击一下高速过滤器界面，弹出12个高速过滤器的控制界面，如图9所示。
通过系统运行时，可以监控12个容器和系统中的补水、浊水、净水池、旋流池中液位和流量信息。在WinCC组态界面上生成报文，技术人员可以在控制室监控各信号，故障报警画面如图10所示。
5 结语
本文针对在轧钢过程控制中，现场轧辊冷却水的处理，水处理过滤器清洗控制系统非常重要。材轧制生产中对水的处理系统由净水池、浊水池、泥浆池、旋流池、冷却风机、高压提升泵、供水泵、一体化过滤器等多种设备组成。
本次自动化改造，提升了装备智能制造水平，取消水处理操作工这一岗位，通过自动化控制来保证设备安全运行，并提高水质处理效果和降低成本。对冶金轧钢过程中的水处理控制有一定的借鑒和参考价值。
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