自動(dòng)控制在中水回用系統中的應用

摘要：該文主要介紹了自動(dòng)控制在中水回用中的應用,雙膜法(超濾+反滲透)中水回用的主要工藝,P LC冗余自動(dòng)控制系統的主要特點(diǎn),在中水回用自動(dòng)控制系統主要完成的功能以及應用中得到的體會(huì )和看法。

1 　項目背景及工藝簡(jiǎn)介

本項目屬于兗礦集團2006 年投資的煤制油項目,是兗州煤業(yè)榆林能化有限公司的一期工程,年產(chǎn)60 萬(wàn)t 甲醇,中水處理系統的規模10000tP d ,回用水水源為循環(huán)水排污水、 生化回用水處理后排水以及甲醇精餾與合成裝置生產(chǎn)排水的混合水。原水水質(zhì)相當復雜,硬度、 堿度較高,鐵、 鋁、 鋇、 鍶等膠體物、 易結垢物質(zhì)含量高,硅、 聚磷酸鹽及有機物含量高。經(jīng)過(guò)計算、 比較,選擇了 “石灰軟化 + 超濾 + 反滲透” 的主體處理工藝,回用水經(jīng)石灰軟化、 混凝、 沉淀及過(guò)濾后,去除絕大部分對膜系統有害的雜質(zhì)物,其產(chǎn)水經(jīng)過(guò)超濾去除水中可截留的大部分大分子物質(zhì)和雜質(zhì),然后進(jìn)入反滲透裝置進(jìn)一步脫鹽后作為最終用水。
　　
主要工藝設備:機械攪拌裝置2 套,高效過(guò)濾器3臺,超濾裝置 3 套,反滲透裝置 3 套,計量加藥裝置9套。

2 　控制系統構成

控制系統包括PC 機監測中心、PLC 監控設備,通訊設備及附件、現場(chǎng)傳感器及檢測儀表,控制系統網(wǎng)絡(luò )結構圖如圖1 。

PLC 監控設備是工業(yè)現場(chǎng)與監測中心之間的橋梁紐帶,一方面它采集現場(chǎng)儀表、變送器、設備運行狀態(tài)等信號,另一方面它又與監測中心通訊,執行有關(guān)命令。監控設備一般無(wú)人值守,在本控制系統中采用了西門(mén)子S7 - 414H 作為中央控制器,雙電源冗余, PLC的CPU 采用雙機熱備。IPO 模板采用ET200M 擴展連接。采用有源總線(xiàn)模塊和導軌使得系統可以支持IPO模塊的熱插拔; 通訊模塊冗余設計。通訊協(xié)議采用Profibus 協(xié)議,數據傳輸速率可達12MPs ,充分保證數據通訊的高可靠性與高速性,PLC 與上位計算機采用以太環(huán)網(wǎng)結構,兩臺上位機互為備用,整個(gè)控制系統實(shí)現
了除IPO 卡件以外真正冗余。

為滿(mǎn)足工藝控制要求, 現場(chǎng)共需數字輸入信號

(DI) 158 點(diǎn),數字輸出信號(DO) 124 點(diǎn),模擬輸入信號

(AI) 78 點(diǎn)、模擬輸出信號(AO) 4 點(diǎn),設計時(shí)至少考慮15 %的備用點(diǎn)數。

采用的主要硬件型號為:CPU 模塊414H, 2 塊;模擬量輸出模塊SM331 ,8 通道12 塊; 模擬量輸出模塊SM332 ,8 通道1 塊; 數字量輸入模塊, SM321P32 點(diǎn),6塊;數字量輸入模塊,SM322P32 點(diǎn),5 塊;數字量輸出模塊,SM322P16 點(diǎn),1 塊;8 路熱電阻模擬量輸入模塊,1塊;通訊接口模塊IM153 - 2 ,8 塊; 以太網(wǎng)通訊模塊CP443 ,2 塊; 以太網(wǎng)卡CP1613 , 2 塊; 冗余電源模塊PS407 ,2 塊; 開(kāi)關(guān)電源10A ,2 塊; 安裝機架UR2 - H,1塊;同步模塊4 塊;以太網(wǎng)交換機204 ,2 塊。

3 　控制系統完成的主要功能

(1) 監視系統內每一個(gè)模擬量和數字量:對原水、濃水、產(chǎn)品水的流量、壓力、水溫、電導率、濁度、氧化還原電位以及PH 值等檢測顯示;泵電機啟動(dòng)停止、運行狀態(tài)、電壓電流的監控;自動(dòng)閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài),條件連鎖;系統開(kāi)機、運行、停機流程的自動(dòng)運行,正常狀態(tài)下不需要人工干涉,避免操作失誤。

(2) 異常數據顯示并自動(dòng)彈出報警畫(huà)面確認報警。對于系統所有的異常數據,均有報警畫(huà)面和數據的閃爍提示;泵電機運行狀態(tài)的不正常,工藝設備的故障狀態(tài)等,都可彈出報警畫(huà)面及故障確認報警畫(huà)面。

(3) 建立趨勢畫(huà)面并獲得趨勢信息。所有的流量、壓力、溫度、電導率、濁度、以及PH 值模擬量顯示等都可以建立立式畫(huà)面及趨勢畫(huà)面,并長(cháng)久保存在上位計算機內,可以隨時(shí)調出查閱,方便生產(chǎn)管理和運行維護。

(4) 調整過(guò)程設定和偏置等。所有過(guò)程值,如原水進(jìn)水流量、淡水出水溫度、高壓進(jìn)水壓力等都可實(shí)現手動(dòng)、自動(dòng)在線(xiàn)調整。所加藥劑的配方可以根據需要保存在計算機內,并根據配方自動(dòng)按比例加藥。

4 　控制系統的主要特點(diǎn)

(1) 控制器S7 - 414H 冗余系統可以實(shí)現雙控制器冗余自動(dòng)切換功能,當主控的CPU 出現故障時(shí),另一個(gè)CPU 自動(dòng)地接替主控CPU 的工作,切換時(shí)間為毫秒級。充分的保證了系統的安全運行。

(2) 通信冗余采用PROFIBUS - DP 協(xié)議的ET200MIPO 站冗余通訊接口和電纜,實(shí)現與雙控制器(CPU) 的冗余通訊,對于信號的采集及傳輸提供了保證。

(3) 電源冗余,10A 直流電源冗余配置,用于CPU和模板供電,保證供電的可靠性。

(4) 系統在調試過(guò)程中由于工藝要求變動(dòng)較大,程序改動(dòng)比較頻繁,但是西門(mén)子STEP7 編程軟件提供完善的符合IEC1131 標準編程工具, 包括梯形圖(LAD2ER) 、語(yǔ)句表( STL) 、連續功能圖( CFC) 、順序功能圖(SFC) 、結構化語(yǔ)言( SCL) ,且各種編程工具可混合使用,交叉引用非常方便快捷,另外系統的標準功能塊庫,提高了編程效率,縮短了工程周期。

(5) 畫(huà)面監控軟件WINCC 6. 0 (視窗監控中心) 是基于WINDOWS 2000PXP 操作系統的開(kāi)放型全圖形化人機操作界面,具有組態(tài)方便、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn),擁有完備的工業(yè)圖形庫,如閥門(mén)、儲水罐、模擬傳統顯示儀表、管道等,方便了設計監控系統的過(guò)程畫(huà)面。

(6)WINCC 6. 0 具有良好的開(kāi)放性,支持以太網(wǎng)、PROFIBUS 等通訊方式,支持TCPPIP、網(wǎng)絡(luò )DDE、ODBC、OPC、SQL 、INTERNET 等標準通訊協(xié)議,使現場(chǎng)不同廠(chǎng)家的儀表的通訊變得簡(jiǎn)單容易。

(7) WINCC 提供獨特的組態(tài)向導,詳細的在線(xiàn)幫助,多媒體自學(xué)軟件,以及全套中文使用手冊和參考手冊,有利于維護人員在較短的時(shí)間內快速掌握。

5 　應用體會(huì )

(1) 水處理自動(dòng)控制系統采取PC + PLC 的控制方式,PLC 采用硬件冗余,既滿(mǎn)足了工藝過(guò)程控制要求,又提高了系統的運行安全性和可靠性,值得在規模較大的中水回用和海水淡化系統中推廣應用。

(2) PLC 采用硬件冗余,編程與單個(gè)PLC 沒(méi)有任何區別,在項目設計調試中不需要做過(guò)多的考慮,因此可以把更多的精力放在對工藝過(guò)程的理解上,極大地節約了時(shí)間和精力。

(3) 控制系統的PLC 和組態(tài)軟件均選用了同一家產(chǎn)品,可充分利用其內部協(xié)議,數據資源共享性好,兼容性高,功能齊全,組態(tài)界面友好。

參考文獻
[1] 崔春衛、何燦星、王勇等《, 自動(dòng)控制在化學(xué)水中的應用》,山東煤炭科技,2003 年第6 期
[2] 崔春衛、何燦星、王勇《淺析反滲透水處理系統的安全保障措施》,山東煤炭科技,2005 年第6 期
[3] 宋二猛、賈海軍《基于虛擬儀器的核能海水淡化實(shí)驗測控平臺》水處理自動(dòng)化網(wǎng),2006 年
[4] 西門(mén)子工業(yè)通訊及現場(chǎng)設備產(chǎn)品目錄2006 ,STEP7. 5. 3 編程手冊 來(lái)源：谷騰水網(wǎng)