浅析西门子S7—300在原水石灰混配系统改造中的应用

张丽红

摘 要：通过改造石灰混配系统，采用西门子PLC S7-300作为控制核心，提高了设备的可靠性。介绍了石灰混配改造情况，着重分析了改造前后两者的相同性和差异性，比较了其优劣性和应用情况。

关键词：石灰混配系统；继电器；控制器；电子元件

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.125

干石灰混配系统是原水处理过程中必不可少的部分，石灰的加入是为了降低原水中的暂时硬度。对原水进行软化处理，可改善水的pH值，直接影响到原水的澄清过滤效果。不适量添加石灰会造成整个工厂工业用水的pH值、电导率和浊度等水质指标超标，进而对全厂所有水冷设备和用水工艺造成重大影响。

1 设备原状分析

原有两套石灰混配系统分别是1#混配系统和2#混配系统，两套混配系统完全相同，现以1#混配系统为例说明。整套系统为就地控制箱式成套控制系统。当前控制系统的主要部分采用的是单片机和外围电路继电器输出的控制器。由于该系统采用的是电子元件实现控制逻辑，存在无法扩展增容、设备老化难以更换、人机接口为机械旋钮、界面不友好、抗干扰能力差、没有上位画面监控系统等缺陷。

干石灰投加室内环境的粉尘过大、电磁干扰过强、柜内的信号线对地测量悬浮电压都在50 V以上，这些都对该系统中的液位信号的输入造成严重影响。为防止对控制器接地的影响，该过程能以中断一个周期的程序执行，并启动下一周期。这都能证明电磁对控制器程序有很强的干扰。

该控制器的逻辑控制能力不能达到生产工艺要求，导致该系统自安装投运后从没有按既定程序正常地自动投加干石灰和水。该控制器稳定性不可靠，没有可操控性，不能进行程序方面的升级改造，也无法与上位通讯。这样无论是对生产单位，还是对维护单位，都造成了很大不便。

2 改造依据

根据生产操作人员对生产工艺要求和生产过程的控制性和操作的简约型要求作为依据。

2.1 工艺要求

工艺要求主要有：①搅拌机在系统运行时立刻运行。②石灰混配中，当液位低于某设定值L时，要进行配工作——加水到设定值A时停止，按照加灰要求（按时间加灰，加灰时间H可以调整），时间H结束后继续加水，直到液位设定值B. ③石灰混配开始的同时，石灰罐振荡器同时工作，并吹气3 s。

2.2 控制要求

控制要求主要有：①人机接口上的机械旋钮打到停止位时系统必须停止；②人机接口上的机械旋钮打到PLC控制位置时，PLC控制系统会根据上位画面自动按钮的位置和混配池液位自动进行石灰混配；③自动控制时，液位设定值A，B，L和加灰时间设定值H可以自由更改；④实现远程监控，并可以随时远程中断系统运行。

3 改造后的系统组成及功能

3.1 改进后的系统组成

改进后的石灰系统的主要组成内容为：①将控制系统改造成以西门子PLC S7-300为控制器的一体化控制系统。该PLC系统主要包括315PLC、307电源模块、以太网模块、I/O模块，使用8点AI模块、32点DI模块和32点DO模块各1块。②该系统将与加药间系统主交换机连接，与原水主控室加药系统工控机通讯，监控软件使用iFix实现石灰干投系统的远程和本地监控，对控制逻辑进行灵活组态，并记录SOE（Sequence Of Event）事件的顺序、故障发生的时间和事件类型，例如某开关XX时XX分XX秒XX毫秒发生什么类型的故障。③将石灰搅拌池的分体式液位计改为西门子一体式液位计，将原来的干节点式开关量液位信号改为连续的模拟量信号，提升系统的可控性。④将石灰搅拌机、石灰干投机的运行信号由原来的按钮输入信号改为接触器的吸合信号，增加电机运行信号的可信度。

3.2 系统功能

3.2.1 PLC控制柜的功能

PLC控制柜是系统的核心部分，主要由逻辑组件、电源组件和端子排组成，完成整个系统的控制和监视。电源组件可提供220VAC、24VDC和24VAC三种规格的电源，每种规格的电源都在柜内独立，确保与远程接触器、模拟量仪表及补水阀等不同类型的信号互不干扰，对PLC柜柜体安装接地线、PLC柜的对地电阻小于4 Ω 。

3.2.2 上位机和操作盘的功能

通过编程软件Step7的用户界面提供通信组态功能，人机界面系统可根据生产操作人员的要求进行自由组态，实现石灰混配系统所有的监控功能。目前的操作界面主要由监控主画面、各单个设备的详细状态画面和各个设备的动作曲线画面等三部分组成。出于使用次数少和现场第一控制权的原因，操作盘仍采用机械式旋钮界面。使安装位置远离粉尘环境，可在节省成本的同时，保证现场的第一控制权。对不同类型信号的线缆进行合理布局，同时将操作盘与PLC柜体连接，避免操作盘出现悬浮电压，可在避免设备误动作的同时，保证人身安全。

4 使用效果对比

4.1 形式灵活

单片机形式的灵活性受到限制，一旦厂家配置完成，要想修改逻辑，只有通过修改配线和增加继电器来完成，复杂的程序需要更多的继电器。而该套PLC装置的程序可以按控制要求重新编写，只要更改可编程控制器程序即可；修改程序只需要改软件，无需二次改线和增加设备，在不更改逻辑的情况下，可以随时在上位机修改液位设定值A，B，L和加灰时间设定值H.

4.2 生产和设备成本降低

单片机和继电器的自身使用寿命有限，由于防护等级不够，很容易烧毁。而将两套石灰混配系统改造成为一套PLC系统控制，可减少设备空闲浪费，且不必专人到现场操作，节省了人力。

4.3 可以提供事故追忆

单片机和继电器形式的一旦动作后会马上复位，对于调差、分析事故或故障原因比较困难。而该套PLC控制系统动作后记忆可查，报警画面点亮的指示灯和音响警报音提供报警提示，画面记录的现场设备的动作曲线可以分析出各设备的运行状态，分析快速且可靠。

5 结束语

石灰混配系统经改造后，采用PLC S7-300系统设计周密、界面友好、修改方便、可靠性高。在调试过程中，没有发生硬件故障或损坏，系统投入后各项功能均动作正常，满足正常运行的要求。另外，该系统注水阀的开关对控制器输出电路回馈性质的干扰较大，影响到了控制器程序的执行（高液位后石灰加药不停）。如果摘掉注水阀，程序的输出就很平稳。为消除对2#干石灰投加控制的干扰，在系统控制器的注水阀输出电路加装中间继电器进行隔离，勉强可以自动加药并运行一段时间；但同样的改动在1#干石灰投加控制系统控制器中就没起到相同的作用。

〔编辑：王霞〕

Abstract： Mixed systems through the transformation of Siemens lime， using PLC S7-300 as the control core， to improve the reliability of equipment. Introduces the lime mixing modification， emphatically analyzes the similarities and differences between before and after the transformation of the two， compares their advantages and disadvantages and application.

Key words： lime mixing system； relay； controller； electronic components