基于WINCC環(huán)境下的循環(huán)水監(jiān)控系統(tǒng)

蘇鴻敏

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司輪軸事業(yè)部，安徽馬鞍山 243000）

1 設(shè)計(jì)背景

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量廢熱，需及時(shí)用傳熱介質(zhì)將其轉(zhuǎn)移到自然環(huán)境中，以保證生產(chǎn)過(guò)程正常運(yùn)行。由于天然水具有優(yōu)良的熱傳遞性能且費(fèi)用低廉，資源豐富而被用作工業(yè)廢熱的傳熱介質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)中稱(chēng)為冷卻水，工業(yè)冷卻水在各國(guó)都是工業(yè)水最大用戶(hù)，除升高溫度外冷卻水的理化性質(zhì)無(wú)甚顯著變化，若采取適當(dāng)降溫措施，使之形成循環(huán)回用系統(tǒng)，是節(jié)約工業(yè)用水的重要途徑,由此并產(chǎn)生了循環(huán)水系統(tǒng)。該工廠(chǎng)的循環(huán)水系統(tǒng)一直都是利用人工每1小時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡查，查看并記錄當(dāng)前的水位、水泵的工作狀況及回水溫度。本文設(shè)計(jì)一套基于WINCC環(huán)境下的循環(huán)水監(jiān)控系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)上述的缺點(diǎn)和不足之處，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人值守，提高勞動(dòng)效率，同時(shí)具有很高的可靠性和靈活性。

2 系統(tǒng)硬件構(gòu)造

循環(huán)水自動(dòng)控制系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)。包括現(xiàn)場(chǎng)控制站和遠(yuǎn)程控制站兩部分組成，現(xiàn)場(chǎng)控制站主要含有PLC控制系統(tǒng)，水泵動(dòng)力系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)及信號(hào)采集系統(tǒng)。遠(yuǎn)程控制站組成上就相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)，主要包含上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。主要結(jié)構(gòu)如圖1所示

圖1 監(jiān)控主要構(gòu)圖

本文使用4臺(tái)單級(jí)雙吸中開(kāi)離心泵作為主泵（型號(hào)：HS200-150-450B），并配套4臺(tái)110KW異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)水泵，二用二備的設(shè)計(jì)，冷卻系統(tǒng)采用3臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)，并配套3臺(tái)15KW異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，二用一備的設(shè)計(jì)。

控制系統(tǒng)采用西門(mén)子s7-300可編程控制器及流量、溫度、水壓、水位等各類(lèi)傳感器組成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)Wincc使用，動(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)蓄水池的水位，回水管的水溫，出水管的壓力、流量以及補(bǔ)水管的流量等。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用西門(mén)子公司的工業(yè)組態(tài)軟件Wincc設(shè)計(jì)人機(jī)界面，可以實(shí)現(xiàn)以下功能。

1)系統(tǒng)根據(jù)冷水井中的水位，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)冷水井補(bǔ)水排水功能。

2)系統(tǒng)根據(jù)回水的溫度，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)冷卻塔電機(jī)的啟停，降低循環(huán)水的溫度。

3)系統(tǒng)可以通過(guò)遠(yuǎn)程上位機(jī)判斷各水泵的投切狀態(tài)，并同時(shí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制水泵啟停。

4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)檢測(cè)，通過(guò)遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控各水泵的運(yùn)行情況及電機(jī)的主要參數(shù)。

5)安全穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，能24 h穩(wěn)定運(yùn)行，易于操作，動(dòng)畫(huà)效果美觀大方，動(dòng)態(tài)顯示設(shè)備及循環(huán)水的流動(dòng)情況。

3.1 畫(huà)面的主題介紹

人機(jī)界面系統(tǒng)主要分為兩部門(mén)，第一部分：四臺(tái)主泵及三臺(tái)冷卻泵的監(jiān)控畫(huà)面設(shè)計(jì)；第二部分：冷水井及給出水溫、水量的監(jiān)視畫(huà)面設(shè)計(jì)。如圖2所示。每臺(tái)泵有獨(dú)立控制單元，既可以本地操作也可以遠(yuǎn)程啟停。同時(shí)設(shè)計(jì)主泵的運(yùn)行電流，可以時(shí)刻關(guān)注各主泵電機(jī)的運(yùn)行情況。主泵顯示綠色表示啟動(dòng)；顯示紅色表示主泵有停止，灰色表示不滿(mǎn)足啟動(dòng)條件。冷卻風(fēng)機(jī)基本設(shè)計(jì)同主泵，啟停相互獨(dú)立、根據(jù)回水溫度自動(dòng)啟停風(fēng)機(jī)。冷水井設(shè)有水位、水溫檢測(cè)，并設(shè)有高限、底限報(bào)警提示操作工。同時(shí)設(shè)置了用戶(hù)權(quán)限功能。

圖2 畫(huà)面布局

3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題

問(wèn)題一：在安裝wincc軟件時(shí)反復(fù)要求重啟，重啟后仍要求重啟。

解決方法：開(kāi)始--運(yùn)行--輸入 regedit--HKEY_LOCAL_MACHINE--System--CurrentcontrolSet--Control--Session Manager--PendingFile－Name?operations中的PendingFileNameoperations刪除再進(jìn)行安裝就可以了。

問(wèn)題二：當(dāng)一個(gè)Wincc項(xiàng)目，從一臺(tái)計(jì)算機(jī)移植到另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)上時(shí)可能出現(xiàn)無(wú)法運(yùn)行的問(wèn)題。

解決方法：只要將服務(wù)器的名稱(chēng)改為計(jì)算機(jī)名稱(chēng)就可以解決問(wèn)題。

問(wèn)題三：網(wǎng)絡(luò)ping是通的，但是Wincc就是與PLC無(wú)法建立連接。

解決方法：(1)檢查你的TCP/IP的網(wǎng)卡選擇是不是正確，此方法針對(duì)雙網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)。

(2)檢查Wincc的底層通訊協(xié)議SIMATIC NET PC Software安裝的是否正確，底層通訊協(xié)議分為32位和64位，你要按照你的操作系統(tǒng)的來(lái)選擇32位還是64位的。

問(wèn)題四：在試運(yùn)行階段，在自動(dòng)情況下，2臺(tái)泵正常工作情況下，第三臺(tái)泵頻繁的啟動(dòng)停止。

解決方法：通過(guò)查看程序，發(fā)現(xiàn)水泵的自動(dòng)投切功能僅受總管水壓控制，加入總管流量控制后解決問(wèn)題。如圖3所示。

圖3 水泵自動(dòng)投切控制程序

問(wèn)題五：生產(chǎn)方反應(yīng)，常有在使用循環(huán)水進(jìn)行淬火時(shí)，淬火池內(nèi)漂浮一層油污。影響淬火的質(zhì)量。

解決方法：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及檢查，發(fā)現(xiàn)從壓機(jī)回冷水井的循環(huán)水管中常常帶有大量的漂浮液壓油。找到問(wèn)題后分析，油的比重比水輕，可以定時(shí)向冷水井注水，讓表面漂浮的油通過(guò)溢流管流出。對(duì)補(bǔ)水流量的檢測(cè)，每10 min冷水井水位可以上升3 cm，基本可以滿(mǎn)足將油污排除。故在PLC中設(shè)計(jì)當(dāng)每運(yùn)行2 h，補(bǔ)水閥打開(kāi)補(bǔ)水10 min。如圖4所示。

問(wèn)題六：在調(diào)試階段，本地操作箱和畫(huà)面操作沖突。

解決方法：通過(guò)查看程序，設(shè)置了本地操作箱優(yōu)先選擇權(quán)，當(dāng)某泵本地操作箱切換到本地操作時(shí)，該泵在畫(huà)面上顯示灰色， 并提示目前無(wú)操作權(quán)限，該設(shè)計(jì)同時(shí)也保障了現(xiàn)場(chǎng)檢修人員的安全。

圖4 自動(dòng)補(bǔ)水程序

問(wèn)題七：顯示的“輸出/輸入域”的顯示跟不上實(shí)際的有偏差。

解決方法：在設(shè)置“輸出/輸入域”的變量變化的更新周期中可能選擇時(shí)間較長(zhǎng)了，可以將變量變化的更新周期設(shè)置成“有變化時(shí)”。

4 總結(jié)與展望

4.1 工作總結(jié)

本文設(shè)計(jì)的循環(huán)水監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有主泵、冷卻風(fēng)機(jī)、流量、壓力、水位的監(jiān)視與控制，能夠做到泵房無(wú)人值守、24 h安全平穩(wěn)的運(yùn)行，并完成對(duì)每臺(tái)主泵的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控冷水井水位、水溫功能。

4.2 需要進(jìn)一步改進(jìn)的地方

（1）設(shè)計(jì)不夠完善之一，沒(méi)有設(shè)置通訊狀態(tài)監(jiān)控的部分。

（2）設(shè)計(jì)不夠完善之二，沒(méi)有設(shè)置報(bào)警記錄查詢(xún)功能。