0.引言
梅山热轧净循环水系统的电气仪表控制部分自建成投入使用以来，一直没有进行过系统改造，设备控制方式还是传统的继电器控制、操作台操作的方式，长期以来，设备故障率高，电气检修人员查找故障，检修困难，维护检修烦琐，同时，操作、点检人员没有一个及时可靠、安全有效的方法和手段对运行中的设备和整个系统的设备状态进行可靠的监控。这些都削弱了设备运行的安全可靠性和稳定性，进而影响了整个系统的供水质量和供水可靠性，为热轧主轧线的正常生产带来潜在的隐患。因此，对控制系统进行升级与改造，具有十分重要的意义。
1.水处理工艺
净循环泵站主要为热轧地下油库与加热炉提供循环冷却水，共有6组泵，4台过滤器，3台冷却塔风机，另有一座为热轧加热炉应急而设立的事故水塔。其中1组、3组、5组泵出水经过滤器后再回至冷却塔，通过内循环实现过滤水质的功能。2组与6组泵为1#加热炉、2#加热炉及事故水塔供水。4组泵为地下油库供水。
2.控制系统设计
2.1控制系统的结构
控制系统的硬件采用西门子S7-300系列产品，编程与操作站软件使用STEP7与WINCC。
控制系统以分级显示的形式反映净循环水系统的运行状况，操作人员通过HM(I人机接口)所显示的动态画面掌握生产过程的现状和趋势，并在画面优先激活报警信息和界面。通过键盘等输入工具，根据工艺操作要求调用所需要显示的画面，发出控制指令，控制现场设备。
现场控制站设置在电气室内，除了拥有逻辑控制、顺序控制以及检测报警功能外，更拥有模拟控制系统的全部功能。
如图1所示，整个系统分为上下两层，上层为上位机操作员站/工程师站，采用WINCC监控软件，进行画面组态，实现对生产过程的监视与控制。下层为现场控制站，采用西门子S7-300可编程控制器，物理位置上分成两部分，第一部分为中央PLC，设置在低压配电室内，由主机架和一个本地扩展机架构成，第二部分为远程I/O站，设于现场。两部分通过DP总线连接。上位机操作员站/工程师站、S7-300PLC可通过MPI的方式通讯。S7-300PLC通过工业以太网通讯模块CP343-1连接到交换机，将数据传送至EMS系统。
2.2控制信号的采集原理
净循环控制系统的输入、输出信号共有3种：数字量输入、数字量输出和模拟量输入。
2.2.1数字量输入(DI)
数字量输入信号，主要是指水泵与风机等设备的运行/停止状态，电动阀门的全开/全关状态等等。当设备状态改变，将使现场控制柜中与设备(如水泵)状态相关的中间继电器线圈得电，触点动作，触点所在的直流24V信号回路接通，致使设备状态改变的信号传至PLC端。
2.2.2数字量输出(DO)
数字量输出信号，主要是用于控制水泵、风机等设备的开启和停止，以及电动阀门的打开和关闭。PLC输出直流24VDO信号，使24V信号回路接通，串联于信号回路的继电器线圈得电，触点动作，从而使触点所在的现场设备控制回路接通，最终实现PLC对现场设备的间接控制。
2.2.3模拟量输入(AI)
模拟量输入信号，主要是指事故水塔与吸水井液位、电机电流，每组泵总出口的压力与温度等等。液位、温度、压力等模拟量信号以4～20mA电流的形式经隔离器传送至PLC的模拟量输入模块中，通过PLC内部计算将电流信号转换成相应的液位、温度、压力值。这里的隔离器，一方面起着隔离高压、保护PLC的作用，另一方面，也可以为二线制仪表提供电源。
2.3HM(I人机接口)及其主要功能
上位机操作员站/工程师站采用WINCC监控软件实现人机接口，其具有功能强大、操作简单、易于维护与修改等多方面的优势。净循环监控系统主要功能如下：
2.3.1信号的采集与显示
WINCC接收PLC从现场采集到的数字量或模拟量信号，并将其以动态的方式显示在监控画面上。上位机画面直观地显示了整个净循环水系统的工艺流程。主要设备(如水泵)的运行、停止、故障状态，以不同的颜色标记，绿色代表设备运行，红色代表设备停止，黄色代表设备故障。模拟量信号，如电机电流、事故水塔水位，则根据现场仪表测量的数据实时更新。
2.3.2多种控制方式
本系统中，主要设备如水泵机组或冷却塔风机的操作设有机旁和PLC集中控制2种操作方式，PLC集中控制方式又分为PLC自动和PLC手动2种方式。
2.3.2.1PLC自动方式
在此模式下，设备将根据PLC中预先设定好的程序运行。不同设备的自动运行方式有所不同，水泵的PLC自动方式，指该种控制方式下处于热备用状态的设备，当工作泵运行中跳车，处于自动状态的设备应能按编号顺序自动启动，如第一台泵启动不成功，则应启动另外一台。而冷却塔的PLC的自动方式指风机根据现场仪表采集到的供水温度自动启停。
2.3.2.2PLC手动方式
在此模式下，设备间的自动联锁被取消，设备可单独启停而不会引起其他相关设备的动作。
2.3.2.3机旁控制
在此模式下，操作人员在计算机监控画面上将不能启停设备，仅能在现场控制箱上操作。此模式一般在设备检修或PLC系统故障时使用。
2.3.3控制与运行记录
控制与运行记录，主要用于记录操作人员的操作过程，并对重要数据的运行进行分析与记录。
本系统保存了主要设备的操控记录，如水泵、风机的开启/关闭时间等。设备运行状态记录，包括了水泵、风机等重要设备的累计运行时间，并对重要模拟量数据进行分析，自动绘制事故水塔、吸水井液位，水泵电机、冷却塔风机的电流，冷却供水流量、压力及温度曲线。并可以根据时间定位回溯查看任一历史时间段的模拟量变化情况。
2.3.4故障报警
为使操作人员能及时掌握设备异常情况，WINCC提供了故障报警功能。WINCC的故障报警方式大体可分为2种：显示报警与声音报警。
本系统的故障报警主要包括开泵时阀门未关到位；开泵后阀门未开到位；停止泵时阀门关不到位，事故跳闸，开泵时合闸不成功等等。对于一些可能对热轧主线产生直接影响的设备异常，如事故水塔液位过低等，则设置了声音报警。
2.3.5报表打印
WINCC的报表功能是通过报表编辑器实现的，其可以提供多种标准的报表，也可设计各种格式的报表，并可按照预定的时间进行打印。
WINCC可以输出2种报表：
(1)项目文档报表，包含WINCC项目的组态数据，如图形编辑器、全局脚本、用户管理器等。
(2)运行系统数据报表，可以在运行期间输出过程数据，如报警记录系统日志、用户归档表等。
3.结语
控制系统改造并投入使用后，系统运行稳定可靠，设备故障率明显降低，操作人员能够第一时间发现设备异常并采取相应措施，保证了热轧主轧线的供水安全。
