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冗余自動控制系統的主要特點,在中水回用自動控制系統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,是兗州煤業榆林能化有限公司的一期工程,年產60 萬t 甲醇,中水處理系統的規模10000tP d ,回用水水源為循環水排污水、 生化回用水處理后排水以及甲醇精餾與合成裝置生產排水的混合水。原水水質相當復雜,硬度、 堿度較高,鐵、 鋁、 鋇、 鍶等膠體物、 易結垢物質含量高,硅、 聚磷酸鹽及有機物含量高。經過計算、 比較,選擇了 “石灰軟化 + 超濾 + 反滲透” 的主體處理工藝,回用水經石灰軟化、 混凝、 沉淀及過濾后,去除絕大部分對膜系統有害的雜質物,其產水經過超濾去除水中可截留的大部分大分子物質和雜質,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、現場傳感器及檢測儀表,控制系統網絡結構圖如圖1 。
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PLC 監控設備是工業現場與監測中心之間的橋梁紐帶,一方面它采集現場儀表、變送器、設備運行狀態等信號,另一方面它又與監測中心通訊,執行有關命令。監控設備一般無人值守,在本控制系統中采用了西門子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可以支持IPO模塊的熱插拔; 通訊模塊冗余設計。通訊協議采用Profibus 協議,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網結構,兩臺上位機互為備用,整個控制系統實現
了除IPO 卡件以外真正冗余。
為滿足工藝控制要求, 現場共需數字輸入信號
(DI) 158 點,數字輸出信號(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。
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,6塊;數字量輸入模塊,SM322P32 點,5 塊;數字量輸出模塊,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; 以太網通訊模塊CP443 ,2 塊; 以太網卡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) 監視系統內每一個模擬量和數字量:對原水、濃水、產品水的流量、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、電壓電流的監控;自動閥門開關狀態,條件連鎖;系統開機、運行、停機流程的自動運行,正常狀態下不需要人工干涉,避免操作失誤。
(2) 異常數據顯示并自動彈出報警畫面確認報警。對于系統所有的異常數據,均有報警畫面和數據的閃爍提示;泵電機運行狀態的不正常,工藝設備的故障狀態等,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,可以隨時調出查閱,方便生產管理和運行維護。
(4) 調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手動、自動在線調整。所加藥劑的配方可以根據需要保存在計算機內,并根據配方自動按比例加藥。
4 控制系統的主要特點
(1) 控制器S7 - 414H 冗余系統可以實現雙控制器冗余自動切換功能,當主控的CPU 出現故障時,另一個CPU 自動地接替主控CPU 的工作,切換時間為毫秒級。充分的保證了系統的安全運行。
(2) 通信冗余采用PROFIBUS - DP 協議的ET200MIPO 站冗余通訊接口和電纜,實現與雙控制器(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) 、連續功能圖( CFC) 、順序功能圖(SFC) 、結構化語言( 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) 畫面監控軟件WINCC 6. 0 (視窗監控中心) 是基于WINDOWS 2000PXP 操作系統的開放型全圖形化人機操作界面,具有組態方便、操作簡單的特點,擁有完備的工業圖形庫,如閥門、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程畫面。
(6)WINCC 6. 0 具有良好的開放性,支持以太網、PROFIBUS 等通訊方式,支持TCPPIP、網絡DDE、ODBC、OPC、SQL 、INTERNET 等標準通訊協議,使現場不同廠家的儀表的通訊變得簡單容易。
(7) WINCC 提供獨特的組態向導,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快速掌握。
5 應用體會
(1) 水處理自動控制系統采取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PLC 沒有任何區別,在項目設計調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,極大地節約了時間和精力。
(3) 控制系統的PLC 和組態軟件均選用了同一家產品,可充分利用其內部協議,數據資源共享性好,兼容性高,功能齊全,組態界面友好。
參考文獻
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