西门子S7_18.docx

西门子S7西门子S7-400在工业除盐水改造中的开发与应用lihan导语：介绍了西门子S7-400在工业除盐水改造中的开发与应用。1引言除盐水站作为莱钢银山型钢公司25MW发电工程的主要设施，担负着供给三台130t锅炉和四台150t除氧器用水的重要任务。过去除盐水消费自动化监控程度低，绝大局部的水泵是人工操纵控制，在新的改造工程中需要在原先消费工艺上增加多介质、活性炭过滤器以及阴阳离子置换器等高新技术消费设备，所以更加需要对整个除盐水站进展自动化控制的改造，进而可以节约能源，降低工人劳动强度，大大进步消费程度。2工艺简介除盐水改造后的消费线主要设备有6个多介质和6个活性炭过滤器，超滤装置，反浸透装置，脱碳风机，阴离子和阳离子交换器，以及生水泵3台1台变频，高压泵6台，4台除盐水泵1台变频，反浸透出水泵3台1台变频等。消费工艺图如图1所示。IMG=消费工艺流程图/uploadpic/tech/2007/7/20070712103340652533.jpg/IMG3系统构造根据工艺的要求，莱钢银山型钢公司25MW发电工程除盐水站PLC控制系统采用一套西门子的SIMATIC的S7-400主站外挂ET200远程I/O模块从站构造，由一个主站、三个从站和两个PC站上位机组成。主站通过PROFIBUS总线电缆和接口模块与从站通讯，这样的构架既保证了PLC系统的先进性又为用户节省了本钱。主站是由一个支持冗余的底板和S7-400系列电源模块、CPU模块、CP模块组成，模块支持热插拔。从站是ET200M分布式系统，是在工业现场经常使用的PROFIBUSDP现场总线上的从站，用于连接工业控制系统中的各种现场装置。3.1硬件配置本系统是建立在S7-400控制器、DELL的Pentium工控机平台之上的分布式系统。S7-400是模块化PLC系统，采用标准的以太网通讯，每个控制器可以控制64个回路，最大的可处理131072个I/O点，其中模拟量I/O点数为168个，逻辑扫描率为1.25MB/s。S7-400与上位机采用工业以太网，通讯速率为100Mbps。系统配置构造如图2所示。IMG=系统硬件配置图/uploadpic/tech/2007/7/2007071210350860414002R.jpg/IMG除盐水消费线自动化控制系统设计由两级网络组成，一级是经过控制级，二级是根底控制级。第一级经过控制。以S7-400PLC系统作为主要控制核心,由两台上位机、PLC控制单元加以太网卡等组成工业以太网，监控站利用组态软件Wincc实现对工作现场进展监视控制，中央处理器采用CPU416，I/O系统采用ET200M，通过ET200分布I/O通讯对流量、液位、pH值、出口压力等参数进展收集，上位机将实时数据库的数据送到效劳器的关系数据库中，进展保存和数据处理。经过控制级通过工业以太网将上位机系统和现场监测与控制点严密的结合为一个整体，进而实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。第二级根底自动化。Profibus-DP网络是网络集成的最底层，主要是连接现场设备。主站S7-400PLC通过Profibus-DP网与从站通讯，一方面主站将控制数据电机速度设定、温度、压力设定、接触器吸合及断开等发送到传动装置；另一方面传动装置的电机转速、传感器流量、温度、压力、接触器触点的通断等数据通过通讯传送到主站PLC指定的存放器地址。Profibus-DP主要用于工业自动化系统的高速数据传送，实现调节和控制功能，是一种高速低本钱通讯，用于设备级控制系统与分散式I/O的通讯，是计算机网络通讯向现场级的延伸。3.2软件设计计算机操纵系统采用Windows2000Professional中文版本，上位机监控软件采用Wincc6.0组态软件来实现。1操纵系统软件Windows2000Professional中文版提供了一个快速、高效的多用户、多任务操纵系统环境，是目前使用广泛的工控系统。2Wincc6.0监控软件实现了对整个系统的开关量、模拟量的收集和处理，并显示在监控画面上，在对多台重要水泵的控制中的物理量如电流、主回路运行、频率设定，有无故障等都实时显示在系统画面上，方便操纵人员及时把握系统的运行情况。3采用Step7对西门子可编程序控制器进展配置、编程，它可以利用IEC-1131标准中八种编程语言中的六种STL、LAD、FBD、CFC、SFC、SCL进展编程。4系统功能根据除盐水消费工艺，监控系统的功能主要是实现对工业新水的加药、过滤、超滤、反浸透技术、阴阳离子置换、酸碱作用等控制工序，大致可分为过滤系统、超滤系统、反浸透系统、阴阳离子置换系统、与酸或者碱结合系统5个子系统，系统监控主画面如图3所示。图3主工艺监控系统画面4.1画面显示功能该画面通过Wincc6.0软件组态编辑实现动态模拟显示整个除盐水制备的经过。利用数据链接技术使得画面上的元件实现实时动态、闪烁、变色等功能,让画面上的工艺参数以数字、棒图的形式实时显示,并对故障进展实时诊断。4.2数据处理功能对系统收集的各种类型信号,利用各种计算功能、数据变换功能等实现,模拟量信号有流量、压力、浓度及PH值,数字量信号有水泵的运行状态、故障和启/停信号。4.3系统操纵功能自动和手动两种工作方式，正常运行时采用自动方式，故障和调试时采用手动方式。它由PID控制回路实现对一些重要的模拟量数据的准确控制，以到达期望值。4.4报表与历史趋势功能消费中的一些参数需要及时打印形成报表。报表分为班报、日报、月报，可定时打印，也可手动任意时间打印。一些重要参数，我们对其进展历史数据存储，形成历史趋势，可以随时进展查看。4.5报警记录功能实时地发出所有发生故障的参数的声光报警，提醒值班人员采取相应的措施。5控制设计5.1控制方式消费设备的主要控制方式为自动/远程手动/机旁手动三种方式。1自动控制。自动完成水泵变频启动的所有相关经过，压力传感器将水泵出口压力信号送至PLC，作为泵出口压力单闭环控制的反应值给定值根据实际工况设定，通过PLC对水泵出口压力信号变换和处理。为变频器提供频率给定，实现频率的自动调整。2远程手动。操纵人员可根据现场设备运转状况，通过监控站进展单机设备操纵，实现除盐水消费的控制工序，作为联锁调试用。3机旁手动。作为单机检修或者现场调试用。5.2水泵的控制与联锁水泵控制程序流程如图4所示。由于除盐水的消费不是连续消费方式，并且其产水量经常根据锅炉系统的负荷调整进展调整，所以消费设备水泵的控制方式应该可以适应多种情况下的消费方式，如一用一备、两用一杯等不同工况。以生水泵控制为例，生水泵组由三台泵及相应的出口阀门组成其中的一个泵及阀作为备用，合适不同工况下的需要。控制方式分为机旁控制和远程控制两种。机旁控制是利用选择机旁的启动或者停顿按钮，通过PLC发出启动或者停顿信号运行或者停顿水泵；远程控制是操纵人员在监控室根据画面上的启动或者停顿按钮进展点击操纵，包括联动、单机、备用三种控制状态，三种状态可以任意的切换，不影响泵的运行状态。在联锁状态下，当两台工作泵中的任意一台停运时，备用泵自动启动，停运的泵那么作为备用泵。当生水泵出水管压力低于5.6MPa时，进展第一次报警；当运行软水泵出口压力低于5.4MPa时，进展第二次报警，同时备用泵及出口电动阀自动投入；泵事故跳闸后，泵出口电动阀自动关闭，当每台泵及泵出口电动阀均不能正常运行时，进展紧急报警。各控制及联锁可解列。5.3超滤装置的控制超滤装置的运行主要是对5个电磁阀控制的阀门进展控制：进水阀、产水阀、反洗进水阀、正冲排水阀、反洗排水阀。这5个阀门的状态决定了超滤装置的工作状态：运行、备用、反洗。1运行。超滤在运行状态下，首先进展正冲操纵，正冲完成后超滤装置的进口和出口电磁阀得电，进、出口阀门翻开，超滤装置投入运行；2备用。超滤装置在备用状态下，超滤装置的进口和出口电磁阀失电，进、出口阀门关闭，超滤装置投入备用；3反洗。超滤反洗有两种方式，定时反洗和定压反洗。定时反洗是根据超滤运行的时间进展固定时间间隔的反洗，定压反洗是根据超滤装置的进出口压差进展反洗，当进出口压差到达一定数值那么超滤装置也进展反洗。如今的超滤反洗一般采用定时反洗。5.4反浸透装置的控制反浸透工艺是一种在压力驱动下，借助半透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分闪的别离方法。在水处理工艺运用中，将水中无机离子、细菌、病毒、有机物及胶质等杂质去除，以获得高质量的水。系统对反浸透装置的控制有三种工作状态：运行、备用、冲洗。反浸透装置有3个由电磁阀控制的阀门，反洗进口阀、产水排放阀、浓水排放自动阀。1运行。当超滤水箱水位高于低液位，阻垢剂计量泵自动位，复原剂计量泵自动位，超滤/反浸透冲洗泵选择开关自动位，反浸透水箱的水位低于70%时，反浸透装置自动投用。2备用。当反浸透水箱的水位到达高液位，或超滤水箱的水位低于低液位时，反浸透装置自动退出到备用状态，同时停高压泵。3反洗。当系统停运后，并且超滤不在反冲时，超滤/反浸透反洗泵自动开启，开启浓水阀，开场反洗。6先进技术应用6.1雷达式液位检测水箱现场水箱采用VEGAPULS雷达式液位计，主要对生水箱、超滤水箱、反浸透水箱和除盐水箱进展液位测量。液位计采用脉冲微波技术，可以在极短时间内对水箱内的液位进展准确测量和控制。雷达液位计采用一体化设计，在测量时发出的电磁波可以穿过真空，不需要传输媒介，具有不受大气、蒸气、槽内挥发雾影响的特点。采用非接触式测量，不受槽内液体的密度、浓度等物理特性的影响。测量范围大，最大的测量范围可达035m，可用于高温、高压的液位测量。参数设定方便，可用液位计上的简易操纵键进展设定，也可用HART协议的手操器或者装有VEGAVisualOperating软件的PC机在远程或者直接接在液位计的通讯端进展设定，特别方便。6.2多级模糊控制算法反浸透水处理自动控制技术是一种高科技的水处理技术，在运行经过中实现自动运行和手动操纵无扰动切换。系统引入控制脉冲数偏移量函数的多级模糊控制算法克制了普通模糊控制器连续变量模糊化为有限的离散值所造成的精度低的问题。参加后对去除稳态误差与稳态震颤现象的效果明显；加上多级自修正量化因子和比例因子，可明显进步系统快速性，且系数修改无复杂运算，便于在PLC上实现。6.3水质在线神经网络检测水的污泥指数测定是一个非常有效的水质在线检测技术，通过测定原水，多介质过滤、活性碳过滤前后，离子交换前后等取样点的SDI污染指数值，可以有效的监控水处理系统运行，可以判定各个工艺步骤是否正常。SDI值越低，水质越干净.进水水质、水量时刻在变化，是一个复杂的、大滞后多变量参数的动态非线性系统。机理复杂，难于建模。采用RBF人工神经网络技术可以较好的实如今线实时地监测进水水质参数，RBF是三层构造：输入层、隐含层和单数输出层。在除盐水处理经过中，测量进水淤积指数SDI是最重要的水质处理参数，输出层选SDI参数，输入量个数要与SDI输出有亲密相关的参数变量，如PH值、电导率、碱度、反响时间，进水流量等,采用RBF神经网络的软测量技术，在实际应用中计算速度快，可以在线查看，更好的到达实时检测的目的。控制原理图见图5。7完毕语除盐水工程于2006年底改造，通过过滤器、反浸透装置及阴阳离子器等阶段的调试，于2007年3月正式投入运行。运行后效果良好，目前消费稳定，日产合格水最多可达2000吨，完全到达了预期的设计要求和消费目的。理论说明，该监控系统的投运，有效地进步了除盐水站的消费程度及供水机组的自保护功能，自动化控制程度的大大进步，也使得消费操纵更加简便，工人劳动强度小，根本无环境污染和出水水质稳定，在降低能耗、高产稳产、平安消费、保护环境等方面发挥了重要作用。