基于S7—200PLC的简接冷却供水系统

周红芳　徐竟天

摘要：生产设备在运行过程中，冷却水必不可少，且要求连续稳定的循环冷却水供给。本文设计了冷水池变频恒压供水，在STEP7 Micro/Win中编写PID子程序，控制变频器的运行频率，实现变频恒压供水。上位监控软件WinCC监控供水系统的运行，使供水系统安全可靠运行，同时提高系统自动化。

关键词：简接冷却水 PID WinCC

中图分类号：TM383 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）05-0234-02

简接冷却水供水系统主要供给液压站、电机、空压站和空调等冷却设备。且简接冷却水系统供水不与物料等外界物直接接触，换热后仅有水温的升高，经过冷却塔冷却后，可循环使用。水压稳定是简接冷却供水系统的关键，采用变频恒压供水可实现冷水池提升泵的恒压控制。本文采用PLC、传感器、变频器及冷水池提升泵组构成闭环控制系统，可完成冷水池出水口压力恒压控制。

1 系统组成

简接冷却供水系统由热水井、冷却塔、冷水池、旁通过滤器及加药装置五部分组成。其工艺过程为：将含有各种杂质的冷却废水回流到热水池，且废水含有一定的温度，经冷却塔提升泵抽至冷却塔进行冷却处理，冷却后的循环水直接流至冷水池。最后由净环供水泵送至液压站、电机及空压站等用户。冷却水必须解决水质稳定问题，通过抽排水池底层的污水及补充定量新水，可改善水质。加药装置主要用来除去水中的藻类及各种悬浮物等[1]。

冷却塔提升泵的运行与热水池的液位连锁，高液位启动水泵，低液位停止水泵运行。补水阀和排污阀等设置有手/自动运行方式，自动运行时补水阀与冷水池液位连锁，排污阀与冷水池浊度连锁。三台净环供水泵，两用一备，采用变频恒压控制方式，确保净循环水供水系统稳定运行。

2 冷水池水泵电机控制

冷水池供水泵采用一拖多的供水方式，即其中一台水泵变频运行时，其余两台水泵工频运行。根据当前出水管压力控制水泵电机的运行台数，当用水量较小时，启动一台水泵变频运行，通过PID程序调节，使出水口压力在设定值附近，随着用水量的增大，变频泵的转速迅速升高且达到工频转速时，仍达不到出水口压力的设定值，则启动一台工频泵，直到出水口压力达到设定值。

当用水量减少时，变频泵的运行频率在PID程序控制下，自动减少。如果变频泵的运行频率降到某一设定值时，出水口压力仍然较高，则切除一台工频泵，直到出水口压力达到设定值。

3 系统硬件设计

3.1 S7-200 PLC与传感器及上位机的连接

系统选用S7-200 PLC作为供水系统的控制中心，同时扩展了模拟量输入模块EM231和模拟量输入/输出模块EM235。热电偶采集冷水池提升泵的前后主轴温度以及三相定子温度，用于监控水泵电机发热状况，防止水泵电机由于发热而烧坏。水池液位信号及出水管压力信号通过传感器输入至模拟量模块EM231，实现冷水池出水总管道的恒压控制和水池液位的报警。

上位机监控软件采用WinCC 7.0编写，S7-200 PLC与WinCC之间通过PC Access作为桥梁进行通信[2]，用PC/PPI电缆连接S7-200 PLC的Port1口和监控计算机的USB接口，即可实现S7-200 PLC与上位机之间的通信。

3.2 S7-200 PLC与变频器MM440的通信

供水系统的硬件部分采用S7-200 PLC+变频器+现场传感器的设计形式，实现冷水池的变频恒压控制。现场压力传感器将采集到的压力信号转变为4-20mA的电信号传输至PLC的模拟量输入输出模块EM235，在S7-200 PLC编程软件STEP7 Micro/WIN V4.0中编写冷水池出水总管变频恒压PID控制子程序，PID运算结果经EM235输出至变频器的模拟量输入端子3和4，作为变频器的频率给定信号[3]。其中与变频器运行频率有关的参数设置为：

变频器故障处理完后，按下复位按钮I0.6，接通Q1.0，使变频器的故障复位输入端5接通，变频器的故障狀态复位，水泵重新变频运行，使出水口水压保持在设定值范围内。

4 软件设计

简接冷却供水系统采用西门子STEP7 Micro/WIN V4.0编程软件。在STEP7-Micro/WIN中编写PID控制子程序用于控制冷水池提升泵的转速，使出水管的压力恒定。供水压力给定主要通过上位机软件WinCC传输给S7-200 PLC，经过PID程序运算后，其运算结果控制变频器的运转频率，控制水泵的转速，实现冷却水的变频恒压控制[4]。

5 S7-200 PLC通过PC Access与WinCC之间的通信

PC Access软件是专门为西门子S7-200 PLC开发的，作为OPC服务器使用，向OPC客户机提供数据。在PC机上安装PC Access软件，在PC Access软件中设置与S7-200 PLC的通讯方式为PPI通讯方式并且设置PLC的站地址为2，在WINCC软件变量管理中选择OPC.chn，然后经过多部组态，就可以将PC Access中的变量成功导入到WINCC里面了。上位机组态完成后，通过PC/PPI电缆连接S7-200 PLC Port1口以及PC机的USB接口，通讯成功后就可以用WinCC监控软件监视供水系统的运行及其变量的报警等。在WinCC软件中组态主画面、设置画面、报警画面及曲线画面等[5]。

6 结束语

本文主要设计了冷水池提升泵的变频恒压控制，通过调用PID子程序运算后，其运算结果由EM235输出给变频器，作为变频器的频率给定信号，控制变频器的运行频率，最终控制水泵的转速实现变频恒压运行。

S7-200 PLC通过PC Access连接WinCC上位机软件，形成服务器-客户机的监控系统，上位机监控供水系统运行情况，使供水系统安全可靠运行。

参考文献：

[1] 王绍文，邹元龙，杨晓莉.冶金工业废水处理技术及工程实例[M]. 北京：化学工业出版社，2009.

[2] 薛迎成，何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用[M]. 北京：中国电力出版社，2007.

[3] 王建， 杨秀双，等.变频器实用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2012.

[4] 廖常出. PLC编程及应用[M]. 北京：机械工业出版社，2013.

[5] 向晓汉.西门子WinCC V7从入门到提高[M].北京：机械工业出版社，2012