西门子S7—300在盐水精致中的应用

【摘要】介绍了钾碱装置中盐水精致工序二次盐水离子交换树脂塔的工作原理及西门子PLC控制系统的硬件组成、程序编程，并且讨论了树脂塔运行过程中PLC的程序功能。

【关键词】盐水精致；PLC；树脂塔

一、引言

随着自动化程度的不断提高，PLC控制系统在离子膜氯碱化工中得到了广泛应用，冀中能源邢矿集团金牛钾碱分公司5万吨钾碱生产装置中很多工序都采用西门子PLC作为局部控制系统，其中以S7-300应用居多。我公司二次盐水精致采用双塔流程，可一塔再生、一塔运行、双塔串联运行。由于树脂塔工作过程比较复杂，由操作人员手动操作几乎难以完成，而PLC控制可以极大的简化操作步骤，无论从质量上、稳定性都比手动操作大大提高。这套PLC控制系统可实现自动、手动两种操作方式；触摸屏可显示出双塔运行状态；可以设定各个工序运行时间；可单独开启程控阀门；出现故障后复位等功能。

二、二次盐水精致工艺流程[1]

从化盐工序过来的一次盐水经戈尔过滤器过滤后进入到过滤盐水槽，用过滤盐水泵打入树脂塔中，两台树脂塔的运行周期如下：（1）A塔再生、B塔运行；（2）A塔串联B塔同时运行；（3）B塔再生、A塔运行；（4）B塔串联A塔同时运行。

树脂塔再生步骤如下：程序切换盐水置换纯水置换反洗进酸（18%盐酸）静置酸洗排放物料进碱（30%氢氧化钾）静置排放物料纯水置换盐水置换。树脂塔的运行或再生都是按照程序设计的步骤以及预设的时间自动进行，48小时运行一个周期。树脂塔能否平稳运行决定了进槽盐水质量的好坏，所以确保稳定成为重中之重。

三、PLC控制系统的设计

1.PLC系统硬件配置

树脂塔控制部分共有电磁阀32个、24V直流开关电源1台、液位开关2台、触摸屏1台（TP 177A）、继电器、24V报警器若干等。共需开关量输入40个、开关量输出36个。所以根据系统要求，选用的西门子PLC硬件配置如下：（1）电源模块PS307/5A。（2）中央处理器模块CPU312C（DI10/DO6）。（3）数字量输入模块（DI）DI32*DC24V。（4）数字量输出模块DO16*DC24V/0.5A*2。PLC控制系统硬件功能图如图1所示[2]：

此PLC硬件配置提供开关量输入点42个、开关量输出点38个，满足系统要求。

2.PLC系统软件配置

程序的编写要按照树脂塔的运行工艺流程以及各个电气设备的控制逻辑来进行，树脂塔顺控如表1所示。所有程序采用梯形图方式进行设计，操作在触摸屏上完成。

运行方式主要由下列两部分组成。

（1）手动操作：当按下触摸屏的手动操作按钮时，树脂塔的运行和再生必须手动操作才能完成。打到手动时，所有输出点复位，如果树脂塔正在自动运行，则会立即停止。操作人员可以单独设置再生步骤或者单独控制阀门开启或关闭，没有时间限制，直到操作人员设置下一步骤为止。

（2）自动控制：当按下触摸屏的自动操作按钮时，树脂塔会按照程序一步一步的按照预设时间来进行切换、再生等步骤，树脂塔的运行状态、包括工作方式、工序、剩余时间都可在触摸屏上显示，触摸屏手动操作画面里的按钮则无法使用。操作人员巡检时只需注意有无报警信息。

这两种操作方式可以做到勿扰切换，在特定的工艺条件下选择不用的操作方式，可以最大限度的确保质量的稳定性。

3.PLC程序要点

根据树脂塔的运行要求，PLC系统的程序大部分采用基本的顺序控制的指令来完成，输出的方式按照逻辑，挨个对各个继电器进行顺序控制。

程序中使用了大量定时器，其中工序运行时间大多应用S-ODT接通延时定时器。如图2所示，这类定时器的时间数据类型为S5TIME，长度16位，时间数值的范围有所限制，在分辨率为10秒的情况下最大设置时间仅为2小时46分30秒。但是在双塔串联运行时，工艺要求设定时间超过16小时，所以采用了时间范围更大的SFB4接通延时IEC定时器，数据类型为TIME，长度为32位，最大时间为24天20小时31分23秒。如图3所示，使用这种定时器免去了S5TIME与TIME数据类型之间的相互转换，符合上位机监控画面上修改预设时间值的要求。DB1作为定时器的背景数据块，为其提供数据存储的区域。

系统还采用了西门子TP177A触摸屏面板，触摸屏面板TP177A具有操作容易、使用方便等特点，同时，触摸屏面板TP177A具有提高生产率，最小化工程费用的优势，适用于用于小型机器与设备的操作控制与监控。不管是加工自动化，还是过程自动化或楼宇自动化，它们在各个部门中有着广泛的应用。TP177A可完全实现诸如指示灯、按钮开关等一些控制类电器元件的功能，状态显示、手动/自动切换、报警等功能都可实现。它的画面组态比较容易，应用Wincc flexible HMI组态软件选择不同的构图工具来完成你需要的图像、文字或者按钮等，如：圆形、方形、矩形、文本、按钮等，集成简便。通过赋予变量可实现与PLC进行交互。

为了能使触摸屏显示每个工序剩余时间和设置每个工序的时间，采用了STEP7编程软件中的DB数据块，DB块可以存储数据以及程序中的中间变量，它的容量达到64KB，掉电可保持。将定时器中的TV（预设时间值）和BI（剩余时间值）输入DB块的地址，如图3所示，通过Wincc flexible组态软件设置好触摸屏同PLC的连接以及变量地址，然后通过这个连接访问PLC中DB块的对应的变量位置，如图4所示，在Wincc flexible软件预先画好的画面中将按钮中的变量设置成对应PLC中对应的DB块地址，从而实现了可在触摸屏设定时间和显示剩余时间的功能。

此外，系统还拥有报警、保护功能，系统在开机前必须满足所有工艺条件才能允许开机，比如阀门是否打开，液位是否正常，流量是否达到设定值等。正常开机后，系统会检测每一步的反馈信号，如果有一项不正常，则会发出报警信息，PLC也会停止工作，保持状态为当前工艺步骤，解除报警后，方可继续进行。

图5所示列出了系统程序的部分梯形图，限于篇幅，其他部门省略。

四、PLC应用效果

PLC在二次盐水精致应用至今，未发现重大故障，运行良好，产品质量稳定，操作方便，维护量小，符合树脂塔长期运行的要求。

参考文献

[1]程殿彬.离子膜法制碱生产技术[M].北京：化学工业出版社，1998.

[2]张立军，郭彬.PLC在盐水二次精制中的应用[J].氯碱工业，2000（12）：11-12.

作者简介：魏杰（1986—），男，助理工程师，冀中能源邢矿集团金牛钾碱分公司保全车间副主任。