摘要：該文主要介紹了自動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冗余自動控制系統(tǒng)的主要特點,在中水回用自動控制系統(tǒng)主要完成的功能以及應用中得到的體會和看法。

1 　項目背景及工藝簡介

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t 甲醇,中水處理系統(tǒng)的規(guī)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(jié)垢物質(zhì)含量高,硅、 聚磷酸鹽及有機物含量高。經(jīng)過計算、 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、 沉淀及過濾后,去除絕大部分對膜系統(tǒng)有害的雜質(zhì)物,其產(chǎn)水經(jīng)過超濾去除水中可截留的大部分大分子物質(zhì)和雜質(zhì),然后進入反滲透裝置進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(tǒng)構(gòu)成

控制系統(tǒng)包括PC 機監(jiān)測中心、PLC 監(jiān)控設備,通訊設備及附件、現(xiàn)場傳感器及檢測儀表,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖1 。

PLC 監(jiān)控設備是工業(yè)現(xiàn)場與監(jiān)測中心之間的橋梁紐帶,一方面它采集現(xiàn)場儀表、變送器、設備運行狀態(tài)等信號,另一方面它又與監(jiān)測中心通訊,執(zhí)行有關命令。監(jiān)控設備一般無人值守,在本控制系統(tǒng)中采用了西門子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。采用有源總線模塊和導軌使得系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳輸速率可達12MPs ,充分保證數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu),兩臺上位機互為備用,整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)
了除IPO 卡件以外真正冗余。

為滿足工藝控制要求, 現(xiàn)場共需數(shù)字輸入信號

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

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

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(shù)字量輸入模塊, SM321P32 點,6塊;數(shù)字量輸入模塊,SM322P32 點,5 塊;數(shù)字量輸出模塊,SM322P16 點,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; 開關電源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(tǒng)完成的主要功能

(1) 監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)每一個模擬量和數(shù)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;泵電機啟動停止、運行狀態(tài)、電壓電流的監(jiān)控;自動閥門開關狀態(tài),條件連鎖;系統(tǒng)開機、運行、停機流程的自動運行,正常狀態(tài)下不需要人工干涉,避免操作失誤。

(2) 異常數(shù)據(jù)顯示并自動彈出報警畫面確認報警。對于系統(tǒng)所有的異常數(shù)據(jù),均有報警畫面和數(shù)據(jù)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,都可彈出報警畫面及故障確認報警畫面。

(3) 建立趨勢畫面并獲得趨勢信息。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面及趨勢畫面,并長久保存在上位計算機內(nèi),可以隨時調(diào)出查閱,方便生產(chǎn)管理和運行維護。

(4) 調(diào)整過程設定和偏置等。所有過程值,如原水進水流量、淡水出水溫度、高壓進水壓力等都可實現(xiàn)手動、自動在線調(diào)整。所加藥劑的配方可以根據(jù)需要保存在計算機內(nèi),并根據(jù)配方自動按比例加藥。

4 　控制系統(tǒng)的主要特點

(1) 控制器S7 - 414H 冗余系統(tǒng)可以實現(xiàn)雙控制器冗余自動切換功能,當主控的CPU 出現(xiàn)故障時,另一個CPU 自動地接替主控CPU 的工作,切換時間為毫秒級。充分的保證了系統(tǒng)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,實現(xiàn)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(tǒng)在調(diào)試過程中由于工藝要求變動較大,程序改動比較頻繁,但是西門子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) 、語句表( STL) 、連續(xù)功能圖( CFC) 、順序功能圖(SFC) 、結(jié)構(gòu)化語言( 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(tǒng)的標準功能塊庫,提高了編程效率,縮短了工程周期。

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

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

(7) WINCC 提供獨特的組態(tài)向?qū)?詳細的在線幫助,多媒體自學軟件,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間內(nèi)快速掌握。

5 　應用體會

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

(2) PLC 采用硬件冗余,編程與單個PLC 沒有任何區(qū)別,在項目設計調(diào)試中不需要做過多的考慮,因此可以把更多的精力放在對工藝過程的理解上,極大地節(jié)約了時間和精力。

(3) 控制系統(tǒng)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(nèi)部協(xié)議,數(shù)據(jù)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
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