摘要：該文主要介紹了自動(dòng)控制在中水回用中的應(yīng)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(tǒng)的主要特點(diǎn),在中水回用自動(dòng)控制系統(tǒng)主要完成的功能以及應(yīng)用中得到的體會(huì)和看法。

1 　項(xiàng)目背景及工藝簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目屬于兗礦集團(tuán)2006 年投資的煤制油項(xiàng)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(dāng)復(fù)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(jī)物含量高。經(jīng)過計(jì)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(duì)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(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(shè)備:機(jī)械攪拌裝置2 套,高效過濾器3臺(tái),超濾裝置 3 套,反滲透裝置 3 套,計(jì)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(jī)監(jiān)測(cè)中心、PLC 監(jiān)控設(shè)備,通訊設(shè)備及附件、現(xiàn)場(chǎng)傳感器及檢測(cè)儀表,控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1 。

PLC 監(jiān)控設(shè)備是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)測(cè)中心之間的橋梁紐帶,一方面它采集現(xiàn)場(chǎng)儀表、變送器、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信號(hào),另一方面它又與監(jiān)測(cè)中心通訊,執(zhí)行有關(guān)命令。監(jiān)控設(shè)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(jī)熱備。IPO 模板采用ET200M 擴(kuò)展連接。采用有源總線模塊和導(dǎo)軌使得系統(tǒng)可以支持IPO模塊的熱插拔; 通訊模塊冗余設(shè)計(jì)。通訊協(xié)議采用Profibus 協(xié)議,數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)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(jì)算機(jī)采用以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),兩臺(tái)上位機(jī)互為備用,整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)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(chǎng)共需數(shù)字輸入信號(hào)

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

(AI) 78 點(diǎn)、模擬輸出信號(hào)(AO) 4 點(diǎn),設(shè)計(jì)時(shí)至少考慮15 %的備用點(diǎn)數(shù)。

采用的主要硬件型號(hào)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(diǎn),6塊;數(shù)字量輸入模塊,SM322P32 點(diǎn),5 塊;數(shù)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; 開關(guān)電源10A ,2 塊; 安裝機(jī)架UR2 - H,1塊;同步模塊4 塊;以太網(wǎng)交換機(jī)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(gè)模擬量和數(shù)字量:對(duì)原水、濃水、產(chǎn)品水的流量、壓力、水溫、電導(dǎo)率、濁度、氧化還原電位以及PH 值等檢測(cè)顯示;泵電機(jī)啟動(dòng)停止、運(yùn)行狀態(tài)、電壓電流的監(jiān)控;自動(dòng)閥門開關(guān)狀態(tài),條件連鎖;系統(tǒng)開機(jī)、運(yùn)行、停機(jī)流程的自動(dòng)運(yùn)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(dòng)彈出報(bào)警畫面確認(rèn)報(bào)警。對(duì)于系統(tǒng)所有的異常數(shù)據(jù),均有報(bào)警畫面和數(shù)據(jù)的閃爍提示;泵電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的不正常,工藝設(shè)備的故障狀態(tài)等,都可彈出報(bào)警畫面及故障確認(rèn)報(bào)警畫面。

(3) 建立趨勢(shì)畫面并獲得趨勢(shì)信息。所有的流量、壓力、溫度、電導(dǎo)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(shì)畫面,并長(zhǎng)久保存在上位計(jì)算機(jī)內(nèi),可以隨時(shí)調(diào)出查閱,方便生產(chǎn)管理和運(yùn)行維護(hù)。

(4) 調(diào)整過程設(shè)定和偏置等。所有過程值,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(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)在線調(diào)整。所加藥劑的配方可以根據(jù)需要保存在計(jì)算機(jī)內(nèi),并根據(jù)配方自動(dòng)按比例加藥。

4 　控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

(1) 控制器S7 - 414H 冗余系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)雙控制器冗余自動(dòng)切換功能,當(dāng)主控的CPU 出現(xiàn)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(jí)。充分的保證了系統(tǒng)的安全運(yùn)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(xiàn)與雙控制器(CPU) 的冗余通訊,對(duì)于信號(hào)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(dòng)較大,程序改動(dòng)比較頻繁,但是西門子STEP7 編程軟件提供完善的符合IEC1131 標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)功能塊庫(kù),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(jī)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(kù),如閥門、儲(chǔ)水罐、模擬傳統(tǒng)顯示儀表、管道等,方便了設(shè)計(jì)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(luò)DDE、ODBC、OPC、SQL 、INTERNET 等標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議,使現(xiàn)場(chǎng)不同廠家的儀表的通訊變得簡(jiǎn)單容易。

(7) WINCC 提供獨(dú)特的組態(tài)向?qū)?詳細(xì)的在線幫助,多媒體自學(xué)軟件,以及全套中文使用手冊(cè)和參考手冊(cè),有利于維護(hù)人員在較短的時(shí)間內(nèi)快速掌握。

5 　應(yīng)用體會(huì)

(1) 水處理自動(dòng)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(yùn)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(yīng)用。

(2) PLC 采用硬件冗余,編程與單個(gè)PLC 沒有任何區(qū)別,在項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(duì)工藝過程的理解上,極大地節(jié)約了時(shí)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。

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[4] 西門子工業(yè)通訊及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備產(chǎn)品目錄2006 ,STEP7. 5. 3 編程手冊(cè) 來源：谷騰水網(wǎng)