浮球液位計及電磁流量計在冷卻水補水控制系統自動化改造中的應用

　　冷卻水在循環使用和水質處理過程中，由于水量的不斷消耗，需及時補充新的水源，以保證系統的正常運行和主體廠的生產安全，因此對系統補水的控制及設備提出了較高的要求，而原系統的補水情況既不能實現遠程監視、補水設備也不能實現遠程自動或手動控制經探索實踐，我們對系統補水進行了控制改造，徹底改變了原狀況。本文對這次改造過程進行了論述。
 
　　1原系統補水控制簡介
為軋管、管加工二套生產服務的冷卻循環水處理系統，主要任務是把冷卻水由供水池不問斷地供給用戶，進行高溫設備的冷卻同時把冷卻后的高溫臟水回收，經物理／化學等處理手段使之能夠再次循環使用。在循環使用中，由于水量的蒸發、管路損耗、用戶消耗和跑冒滴漏等因素，冷卻水不斷減少，因此系統要根據實際情況及時補充新的水源，以保證整個系統供／回水的水量平衡和主體廠設備的安全運行。由此，對系統補水設備和控制提出了較高的要求，但原補水情況根本不能勝任系統的這種需求。因為對系統的補水是受補水管道上的浮球控制補水閥控制的，閥的打開／關閉是由液面上的浮球在水池中視受到水的浮力的大小來決定的，整個浮球控制補水閥全部為機械式閥門，不帶任何電控信號。它的工作原理如圖1所示。
 

 
圖1浮球閥工作原理
 
　　1一橡膠活塞；2一彈簧；3～浮球；4一閥；5一閥芯
在實際運行中，經常出現水位已到達水池溢流位，可補水閥還在打開進行補水，造成水資源的浪費。這是因為浮球控制補水閥準確調校比較困難，現場又沒有電信號傳到控制室，造成操作人員對現場補水情況不能做出及時的準確判斷；在遇到緊急情況和管理人員發出補水指令時，對補水設備的遠程控制更是無法實現。而浮在水面上的球體與連桿易損且不宜于人員的維護更換，鑒于此，我們決定對其進行自動化改造。
 
　　2改造方案和原則
我們的改造原則是利用已有的設備和控制系統，實現補水設備的遠程自動／手動控制和過程的時實監視。原控制系統為由西門子SIMATIC S7—400PLC自動控制，并通過工業以太網與西雅特的HMI工作站進行通信對現場進行時實監控。控制網絡圖如圖2所示。改造方案是把由浮球控制的補水閥開啟／關閉動作，改為由水池液位計信號通過PLC程序運算后自動控制，并能在HMI工作站上進行狀態的時實監視和設備的遠程手動操作。
 
　　3控制自動化改造過程實施
*先，把水池的液位計模擬信號按照工藝要求在PLC中進行編程處理，使當液位降到設定的低位時就輸出一個高電瓶信號，而當液位升到設定的高位時，就復位這個高電瓶輸出信號。并在信號輸出前設“自動”與“手動”程序選擇“按扭節點”，使之與HMI工作站監視畫面上補水閥的“自動”、“手動”選擇按扭相對應，使人員能對設備進行“手動／自動”選擇操作。這個高電瓶輸出信號經“輸出繼電器K1”轉換為現場補水閥的開閥控制信號。另外，在HMI工作站上利用CitectSCADA軟件制作“自動補水閥”監視畫面，把它作為現場的補水閥。在畫面中把可操作和動態顯示的點制成“變量標簽”使與PLC程序中對應的“節點”地址相同，這樣在PLC中進行控制的設備、在HMI工作站上設備的顯示狀態與現場補水設備狀態相一致。在“自動補水閥”旁設“自動”和“手動”選擇按扭，當選擇“手動”按扭時，“自動補水閥”不受液位計信號的控制，并當用鼠標點擊閥體時，能彈出附帶有“操作精靈”的對話框，里面有與補水閥相對應的“開閥／關閥”和“確認”操作按扭，操作員能對補水閥進行遠程人為控制。當選擇“自動”按扭時，補水閥的開啟／關閉完全靠液位計信號經PLC程序自動控制。補水閥打開／關閉的輸出控制信號同時作為畫面中設備狀態顯示信號使用。但由于在運行時，現場閥門實際是否打開／關閉、閥門開啟角度、關閉是否嚴密、補水量等情況操作人員還是難以掌握。
 
因此，我們又在補水管道上設計安裝了電磁流量計，以對補水流量做出準確計量。補水流量的大小可作為操作員對現場補水情況監控的重要參考。電磁流量計信號所對應的流量值在一定時間內的累計還可作為系統藥劑添加量的參考。將它與水池液位計信號配合，在HMI工作站畫面上進行監視，可保證系統平穩運行。
 
zui后，進行現場設備的改造。在水池的補水管道上加裝合適的電磁流量計，去除“浮球3”及連動桿和“閥4”，在“排水管道C”原位置上改裝“控制電磁閥”，由控制電磁閥實現對補水閥門的開／關控制。
 
現場改造后控制方式如圖3所示。將現場有關的信號線和電源線連接到控制室S7—400 PLC控制柜的有關模板上，完成整套設備的控制連接，如圖4所示。這樣，不論在HMI工作站畫面上由人員“手動”操做還是由PLC根據水池液位計信號自動控制，對補水閥所發出的開啟(關閉)高電瓶(低電瓶)指令經“輸出模板DO”輸出到“輸出繼電器K1”的線圈上，“輸出繼電器K1”把得到的高電瓶24 VDC信號，通過常開接點實現對現場“控制電磁閥”線圈上220VAC電源的控制，并通過線圈的得電(失電)，使“控制電磁閥”處于打開(關閉)狀態，從而完全替代了浮球控制完成的工作。并且，現場的電信號經過PLC處理，完全實現了系統補水由液位計信號的準確遠程自動化控制和全過程狀態的實時監視。
 



 
　　4改造后記
　　此改造增加了安全生產的可靠性，杜絕了水資源的流失，并因此減少了投加藥劑的費用，對環境的保護也起到了一定的作用。通過一段時期的調試與運行，安全效益、生產效益與社會效益已逐漸體現出來，從而證明了這次改造取得了成功。


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