西门子PLC在海化纯碱厂软化水工程中的应用
2005/9/22 20:41:00
摘要:
文中介绍了全自动控制软化水工程的工艺流程、PLC系统结构和硬件配置及软件实现。
关键词:
PLC 软化水 全自动控制 MPI适配器 WINCC 硬件组态
[Abstract]
The paper introduces technics flow of automatic control softwater project, PLC system frame, hardware collocation and software realization.
[Keyword]
PLC softwater T.I.A MPI adpter Wincc hardware configuration
一、工程简介
本工程为山东海化股份有限公司600kt/a纯碱工程软化水项目。总装机容量190KW,主要大功率设备是水泵。其中2台软水供水泵。单台功率为75KW，1台变频增压泵，功率为15KW，2台再生泵功率为7.5KW，实际常用功率85KW，备用功率75KW，不常用功率25KW。
本工程一期建设为180T/H软化水，最终建成360T/H软化水。
本工程使用原水来自水库的地表水，通过管道输送到本工程。管网水压最低为0.3Mpa，水质受季节影响比较大。
由于原水压力不稳定,自来水的供水压力受其它用水点用水量的影响,在用水高峰期供水压力下降,应在进水管道上设置一套增压系统以保证系统节能运行,同时满足系统的恒压变量供水要求。
控制水平：系统实现全自动控制。要求通过可编程器加上位计算机实现。
系统范围：180T/H软化水整个系统设备，管道，整个控制系统。
二、软化水系统总要求
1.系统净产水量：Q≥180m³/h
2.总出水硬度：≤0.03mg/L
3.供水方式：连续供水；
4.控制方式：全自动控制。
三、工艺流程
1、制水工艺流程
2、系统再生工艺
四、PLC控制系统概述
1、自控系统方案
本软化水处理工程采用开放式的射线式结构，系统由研华工控机及西门子PLC组成，两者都安装在软水站近旁的控制室内。水处理系统中的水箱液位，水泵压力 ，阀门位置，水泵运行、故障信号，都通过控制电缆一一对应至PLC的输入端。其中气动阀门，水泵运行、故障信号为数字量，其它连续变量为4-20mA模拟量。全系统共设有256个数字点、24个模拟点、128个数字输出点。工控机和PLC采用MPI电缆连接。PLC中的数据和开关状态通过MPI电缆，用通讯方式连至PC工控机。
PLC选用西门子S7300，使用工控机对它进行编程和运行监控；控制功能用STEP7编程实现，STEP7提供3种编程语言格式，包括梯形图、语句表、功能表；本系统采用的是梯形图编程语言。如何使程序结构最好而又使程序代码最简，对提高PLC系统的性能非常重要。该系统采用单线程编程，循环中断块OB35完成对各子程序标志位的置位，其循环时间设为100ms，主程序OB1通过判断子程序的标志位来分别调用各子程序。PLC的输出点全部控制中间继电器，中间继电器的常开触点控制现场柜中的电磁阀和水泵接触器，通过现场柜上的三位转换开关，直接控制水泵和阀门。
2、PC工控机
PC工控机为台湾研华产品，配置为P4/1.7G/30G/256M，三星21”彩显（CRT），PC机上装有（Windows2000、CAD2002、WORD、EXCEL等基本软件，还装有SETP7V5.2PLC编程软件和WinccV5.1组态软件。工控机系统由1000VA UPS供电，它的232串口通过MPI适配器连接S7300PLC的编程口。PC机可作为工程师站对PLC进行编程，编程完毕后，可作为操作员站监控系统的运行。打印机使用是EPSON公司的LQ-1600-KIII 型打印机。
3、网络功能
现在使用的是工控机和PLC之间的小型工业以态网络，使用交换机连接PC机和PLC，既可编制程序，还可通讯监控。因为工控机使用的是组态软件带有OPL接口软件。软水处理系统完成调试投入正常运行后，工控机挂接的以太网，可与任一台装有组态软件，并带有OPL功能的计算机相连接。
五、WINCC5.1主要功能及特性
与国内外同类产品相比，WINCC5.1组态软件具有以下特点：
1、全中文、可视化、面向窗口组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，支持多任务、多线程、可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统；
2、庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面；
3、全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、多行文本、通用棒图等、使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
4、支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外独特的组态环境调试与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。
5、简单易学的类Basic脚本语方与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举的开发出复杂的流程控制系统。
6、强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。
7、方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。
8、完善的安全机制、允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS5.1还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。
9、强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。
10、良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS5.1组态软件的功能、并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。
11、提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势、生产报表等等，并提供完善的用户权限控制。
六、结束语
该系统是无锡市神州节能设备有限公司为山东海化股份有限公司600kt/a纯碱工程软化水项目而设计的。该系统的特点是：小型化、成本较低、简单易用、可靠性高、通迅能力强，有很强的模拟量运算能力和数字逻辑处理功能。系统中采用的算法也收到良好的控制效果，完全满足了生产工艺的要求。
文中介绍了全自动控制软化水工程的工艺流程、PLC系统结构和硬件配置及软件实现。
关键词:
PLC 软化水 全自动控制 MPI适配器 WINCC 硬件组态
[Abstract]
The paper introduces technics flow of automatic control softwater project, PLC system frame, hardware collocation and software realization.
[Keyword]
PLC softwater T.I.A MPI adpter Wincc hardware configuration
一、工程简介
本工程为山东海化股份有限公司600kt/a纯碱工程软化水项目。总装机容量190KW,主要大功率设备是水泵。其中2台软水供水泵。单台功率为75KW，1台变频增压泵，功率为15KW，2台再生泵功率为7.5KW，实际常用功率85KW，备用功率75KW，不常用功率25KW。
本工程一期建设为180T/H软化水，最终建成360T/H软化水。
本工程使用原水来自水库的地表水，通过管道输送到本工程。管网水压最低为0.3Mpa，水质受季节影响比较大。
由于原水压力不稳定,自来水的供水压力受其它用水点用水量的影响,在用水高峰期供水压力下降,应在进水管道上设置一套增压系统以保证系统节能运行,同时满足系统的恒压变量供水要求。
控制水平：系统实现全自动控制。要求通过可编程器加上位计算机实现。
系统范围：180T/H软化水整个系统设备，管道，整个控制系统。
二、软化水系统总要求
1.系统净产水量：Q≥180m³/h
2.总出水硬度：≤0.03mg/L
3.供水方式：连续供水；
4.控制方式：全自动控制。
三、工艺流程
1、制水工艺流程
2、系统再生工艺
四、PLC控制系统概述
1、自控系统方案
本软化水处理工程采用开放式的射线式结构，系统由研华工控机及西门子PLC组成，两者都安装在软水站近旁的控制室内。水处理系统中的水箱液位，水泵压力 ，阀门位置，水泵运行、故障信号，都通过控制电缆一一对应至PLC的输入端。其中气动阀门，水泵运行、故障信号为数字量，其它连续变量为4-20mA模拟量。全系统共设有256个数字点、24个模拟点、128个数字输出点。工控机和PLC采用MPI电缆连接。PLC中的数据和开关状态通过MPI电缆，用通讯方式连至PC工控机。
PLC选用西门子S7300，使用工控机对它进行编程和运行监控；控制功能用STEP7编程实现，STEP7提供3种编程语言格式，包括梯形图、语句表、功能表；本系统采用的是梯形图编程语言。如何使程序结构最好而又使程序代码最简，对提高PLC系统的性能非常重要。该系统采用单线程编程，循环中断块OB35完成对各子程序标志位的置位，其循环时间设为100ms，主程序OB1通过判断子程序的标志位来分别调用各子程序。PLC的输出点全部控制中间继电器，中间继电器的常开触点控制现场柜中的电磁阀和水泵接触器，通过现场柜上的三位转换开关，直接控制水泵和阀门。
2、PC工控机
PC工控机为台湾研华产品，配置为P4/1.7G/30G/256M，三星21”彩显（CRT），PC机上装有（Windows2000、CAD2002、WORD、EXCEL等基本软件，还装有SETP7V5.2PLC编程软件和WinccV5.1组态软件。工控机系统由1000VA UPS供电，它的232串口通过MPI适配器连接S7300PLC的编程口。PC机可作为工程师站对PLC进行编程，编程完毕后，可作为操作员站监控系统的运行。打印机使用是EPSON公司的LQ-1600-KIII 型打印机。
3、网络功能
现在使用的是工控机和PLC之间的小型工业以态网络，使用交换机连接PC机和PLC，既可编制程序，还可通讯监控。因为工控机使用的是组态软件带有OPL接口软件。软水处理系统完成调试投入正常运行后，工控机挂接的以太网，可与任一台装有组态软件，并带有OPL功能的计算机相连接。
五、WINCC5.1主要功能及特性
与国内外同类产品相比，WINCC5.1组态软件具有以下特点：
1、全中文、可视化、面向窗口组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，支持多任务、多线程、可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统；
2、庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面；
3、全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、多行文本、通用棒图等、使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
4、支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外独特的组态环境调试与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。
5、简单易学的类Basic脚本语方与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举的开发出复杂的流程控制系统。
6、强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。
7、方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。
8、完善的安全机制、允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS5.1还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。
9、强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。
10、良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS5.1组态软件的功能、并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。
11、提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势、生产报表等等，并提供完善的用户权限控制。
六、结束语
该系统是无锡市神州节能设备有限公司为山东海化股份有限公司600kt/a纯碱工程软化水项目而设计的。该系统的特点是：小型化、成本较低、简单易用、可靠性高、通迅能力强，有很强的模拟量运算能力和数字逻辑处理功能。系统中采用的算法也收到良好的控制效果，完全满足了生产工艺的要求。
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