基于AB—PLC的软水密闭循环系统自动控制设计

熊慧

摘 要：介绍了邯钢新区炼轧水处理站的软水密闭循环自动控制系统，详细描述了该系统的工艺流程、控制方式，并重点介绍了膨胀罐的工作原理和控制方案。实践证明，该系统设计合理，运行稳定、可靠。

关键词：软水密闭循环；膨胀罐；AB PLC系统；自动控制

前言

作为钢铁生产工艺流程中的一个重要环节，水处理在整个炼钢轧钢的自动控制系统中有着举足轻重的地位。它的工作状态将直接影响用户机组运行的安全性与经济性，并影响整个炼钢轧钢生产过程的稳定性与可靠性。由于水处理控制系统点数多，工况相对来说比较恶劣，在传统的控制技术下，系统效率较低，可靠性差，达不到期望的控制效率；而可编程逻辑控制器即PLC结构紧凑、扩展性能良好、性能价格比高、运算指令丰富、编程简单、抗干扰能力强、可靠性高，在工业控制领域得到越来越广泛的应用[1]。文章针对水处理系统中软水密闭循环自动控制系统的要求，结合可编程逻辑控制器的特点，介绍了一种基于AB-PLC控制的软水密闭循环自动控制系统。

1 软水密闭循环系统工艺流程

软水密闭循环冷却是在20世纪60年代后期发展起来的新的冷却方式，以其供水水质好、运行寿命长、能耗低和维护方便等特点，在国内钢厂中得到普遍应用。邯钢新区炼轧水处理站中全部采用了带有板式换热器的软水密闭循环系统对大型设备进行冷却。

软水密闭循环系统主要由软水供水泵组、板式换热器、膨胀罐、管路等构成。低温循环水由供水泵组送至连铸用户使用后，水温升高，经板式换热器与二次冷却水进行热交换后温度降低，之后便可再次送连铸用户使用。软水密闭循环冷却系统内的冷却水，随着温度变化体积也发生变化。为了保证系统压力的稳定和正常运行，该系统设有膨胀罐。膨胀罐的主要作用是：吸收系统中由于介质的温度波动而引起的体积变化量；在膨胀罐里充填一定量的氮气，通过控制氮气的工作压力来达到系统定压的目的，当介质温度较高时，为防止内部汽化，采取提高系统工作压力来增加介质的欠热度，从而保证冷却的可靠性。膨胀罐内的氮气压力大于系统中的最高工作压力[2]。

2 控制系统

本系统采用PLC+上位机控制方式，系统分为三层：上位机监控层、PLC控制层、由各检测仪表及执行机构等组成的过程检测及执行层。控制系统主机采用A-B公司的Logix5000，控制系统和上位机由以太网相连，软件平台为RSView32。现场检测仪表的模拟量、开关量等信号接入A-B公司的输入/输出模块，再通过A-B公司的设备控制网DeviceNet协议与PLC通讯。

工艺要求自动控制系统对全部水处理生产过程及设备进行实时数据采集、系统监控和操作。主要控制系统功能设计要求如下：

2.1 介质监测

每台水泵的出口支管装有压力开关，供水干管上装有压力、流量、温度等检测仪表。板式换热器进、出水管上设有压力、水温的测量、显示和记录。膨胀罐、事故水塔和软水池有水位测量报警装置。这些测量参数均可在水处理站的控制室电脑画面上显示出来。

2.2 供用户水泵组

供用户水泵组共设3台水泵，2用1备。每台水泵设机旁手动和控制室集中手动、联动。水泵同其出口压力连锁：正在工作的水泵压力下降到0.6MPa 时，备用泵启动，该泵停止。水泵同电机的定子绕组、轴的温度连锁，当温度达到95℃时报警。正在工作的水泵中任何一台发生故障时，备用泵自动投入工作，原工作泵停止工作。

2.3 供用户水泵出口电动阀

供用户水泵出口电动阀门共3台，设机旁手动和控制室手动、联动。开泵时电动阀同其出口压力连锁：工作的水泵压力达到0.5MPa 时，开阀；停泵时，先关阀，再停泵。

2.4 膨胀罐

膨胀罐进水、进气、排水、排气阀均设机旁手动、控制室手动、联动。膨胀罐水位需稳定在一定范围之内，罐内压力也需稳定在一定范围之内。

3 膨胀罐的自动控制

由于膨胀罐在本系统中的作用至关重要，其运行状态直接影响到用户的生产，因此本节着重阐述膨胀罐的工作原理以及控制方案。

膨胀罐是一个20m3的容器，罐高6300mm。在膨胀罐的外侧有一高5500mm的翻板液位计，并装有5个音叉开关，分别表示低低水位2100mm、低水位2665mm、正常水位3280mm、高水位4329mm和高高水位4854mm。膨胀罐底部装有一台差压液位计用来测量罐内液体的液位，其顶部装有一台压力计用来测量罐内气体的压力。与膨胀罐相关的阀门分别为：氮气进气切断阀，氮气排气切断阀，进气阀与排气阀之间的氮气调节阀，膨胀罐补水阀，膨胀罐排水阀。

3.1 膨胀罐的水位控制

当蒸发污水排放及物理、化学侵蚀等引起闭路循环系统冷却水漏水时，膨胀罐水位降低，需要对膨胀罐进行补水。如果膨胀罐的水位低于低液位，则补充水泵开启一台，同时补水阀门打开，补充水由软水池流入膨胀罐内。如果水位继续降低并且到达低低液位，则控制室监控画面会发出声光报警，同时再启动另一台补充水泵，两台泵同时给膨胀罐补水。在补水的过程中当膨胀罐的液位达到高液位时，停止补充水泵并关闭补水阀门。如果补水量过多造成膨胀罐达到高高液位，则控制室监控画面声光报警，同时打开排水阀门进行排水。水位下降到正常水位后，排放阀关闭。当水质被污染时，手动打开排放阀，通过排放掉部分污水和补充新水的方法，提高循环水水质，使之达到水质要求。

3.2 膨胀罐的压力控制

软水密闭循环冷却系统的定压工作是靠往膨胀罐内充满一定压力的气体来实现的。为了防止溶解在循环水中的氧气会对冷却设备内冷却水管产生强烈的氧化作用，阻止氧气侵入，通常会对膨胀罐内充入少量氮气，使罐内的氮气压力大于系统中的最高工作压力，隔绝循环水与空气的接触。本系统中，根据膨胀罐的压力计，通过调节充氮量维持罐内压力稳定，从而使供用户的水压稳定。如果膨胀罐的水位下降，氮气压力随之降低，当罐内压力低于0.05MPa时，氮气进气阀开启，氮气充入罐内。当氮气压力高于0.07MPa时关闭进气阀。如果膨胀罐的水位上升，氮气压力随之升高，当罐内压力高于0.12MPa时，氮气排气阀开启，氮气被排除罐外。当氮气压力低于0.10MPa时，氮气排气阀关闭。

4 结束语

邯钢新区炼轧水处理站自投产以来，通过将近一年的运行实践，证明软水密闭循环控制系统运行正常，工作安全可靠，各项技术指标均达到设计技术要求，用户反映良好。膨胀罐在软水密闭循环系统中的投用，使得供用户软水水压稳定，膨胀罐水位及压力的自动调节也大大减轻了现场操作人员的工作量。

参考文献

[1]许纯昕.基于AB-PLC控制的电厂水处理系统[J].南通航运职业技术学院学报，2005，12（4）：58～61.

[2]胡狄辛.宝钢3号高炉软水密闭循环冷却系统的控制[J].钢铁技术，1999，2：21～24.

[3]中国冶金建设协会.钢铁企业过程检测和控制自动化设计手册[M].北京：冶金工业出版社，2000.