淺談脫鹽水PLC的升級改造

付 英，張 磊

（河南煤化集團中原大化儀表公司，河南濮陽 457004）

0 引 言

蒸汽是化工廠中的主要動力源和工藝原料之一，其品質(zhì)的好壞，脫鹽水的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。河南中原大化集團脫鹽水有A、B、C共3個系列，設(shè)計生產(chǎn)能力均為205～225t／h，采用雙室雙層浮動床及混床兩級處理工藝，整個裝置的運行，再生的控制及操作采用德國西門子SIMATIC.S5－135UPLC控制系統(tǒng)。由于該控制系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)運行了18a，面臨故障高發(fā)和備件供應(yīng)短缺的問題，公司決定于2008年度大修中對A、B、C 3個系列進行升級改造。

對以前A、B、C 3個系列的兩套S5PLC系統(tǒng)進行升級為S7－400，并把控制盤裝有二次表顯示的S7－300PLC系統(tǒng)聯(lián)接到S7－400中，利用已有的信號線、端子柜等外圍設(shè)施，僅對脫鹽水PLC控制系統(tǒng)自身進行改造，這樣，可以節(jié)省投資，又可以縮短施工周期。

1 工藝簡介

1.1 原水預(yù)處理

黃河水經(jīng)市自來水廠處理后，濁度≤5mg／L，進入生產(chǎn)消防水池內(nèi)，由加壓泵房5臺機械過濾器進一步除去雜質(zhì)后，進入3臺弱酸離子交換器即弱酸陽床，除去碳酸鹽，再經(jīng)2臺脫氣塔脫除CO2，使堿度不大于0.5mmol／L，變成軟水進入補充水槽。

1.2 脫鹽水處理

軟水由給水泵送往2臺活性炭過濾器，除去水中的有機物后進入陽床，除去大部分陽離子，然后進入陰床，除去大部分陰離子，使一級脫鹽水的電導(dǎo)率≤5μS／cm，當電導(dǎo)率≤0.2μS／cm，SiO2≤20μg／L后，合格的脫鹽水進入脫鹽水儲槽，由脫鹽水泵送到合成、尿素、三聚氰胺等界區(qū)。

2 配置方案

2.1 硬件配置

選用SIMENS PCS7冗余系統(tǒng)替換原有2個S5以及S7－300系統(tǒng)，新系統(tǒng)設(shè)1個控制柜，2個I／O柜，配置1臺工程師站，3臺操作員站，采用環(huán)形冗余工業(yè)以太網(wǎng)（ETHERNET）構(gòu)成通訊網(wǎng)絡(luò)。

新配置了冗余化控制單元，包括2塊S7－417HCPU卡，以太網(wǎng)通訊卡CP443－1，通過OSM以太網(wǎng)實現(xiàn)與上位PC機的數(shù)據(jù)通訊，并為實現(xiàn)工廠級以太局域網(wǎng)提供接口，下層控制網(wǎng)通過西門子PROFIBUS DP總線，連接CPU與各ET－200M（現(xiàn)場I／O單元），實現(xiàn)下層數(shù)據(jù)通訊。在保留了20%的系統(tǒng)擴展余量后，設(shè)有冗余的I／O卡：38個16點的（SM321）DI卡，16個32點的（SM322）DO卡，2個8點的（SM331）AI卡，從而實現(xiàn)了電源冗余，CPU冗余，通訊冗余，輸入輸出模塊冗余。

2.2 軟件配置

工程師站（OP1）以WINDOWS XP作為系統(tǒng)環(huán)境，控制軟件采用PCS7ES－SOFTWARE（V6.1），可在線對整個系統(tǒng)進行組態(tài)，參數(shù)修改，開發(fā)等；并進行多種模式操作，同時負責日常報表打印，事故打印和數(shù)據(jù)記錄等。操作員站（OP2，OP3，OP4）以WINDOWS 2000作為系統(tǒng)環(huán)境，通過SIEMENS以太網(wǎng)卡，可以讀取和寫入網(wǎng)絡(luò)上的PLC站點的數(shù)據(jù)，通過工控軟件PCS7OS－SOFTWARE（V6.1）實現(xiàn)監(jiān)控整個工藝參數(shù)變化，設(shè)備運行，故障發(fā)生等情況。

3 控制方案

3.1 程序設(shè)計

本次改造中的老GRAPH5程序無法轉(zhuǎn)換到GRAPH7，加之工藝人員對程序設(shè)計提出了新要求，因此，新設(shè)計的程序?qū)崿F(xiàn)了第個程序?qū)Ω髯缘腉RAPH塊；各程序間實現(xiàn)了關(guān)聯(lián)屏蔽，即執(zhí)行運行程序時，無法執(zhí)行再生程序；增加了新的時間計時功能。

3.2 程序簡介

脫鹽水工藝流程的特點是順序化控制，在每一個順序中完成相應(yīng)的閥門或電機的開關(guān)啟停，也可以是空操作。根據(jù)工藝條件設(shè)有5個工作程序，即運行程序、一級除鹽（短再生）程序、二級除鹽（長再生）程序、弱酸陽床運行和弱酸陽床再生，其中，長再生工序多達84步，既有線性控制，又有同步運行，同時內(nèi)部還嵌套程序分支和交替分支。

3.3 操作方案

脫鹽水A、B、C 3個系列和程序做到一個系統(tǒng)中，每個系列均能獨立工作。例如，對于A系列的運行，短再生和長再生3個程序來說，正常生產(chǎn)只能有一個執(zhí)行，不能同時執(zhí)行，一個程序只有執(zhí)行結(jié)束，方可啟動其他程序。3個弱酸陽床的運行和再生程序也是不能同時執(zhí)行，只能執(zhí)行運行或再生程序，所有程序均設(shè)有 “手動”和 “自動”方式，“強制”和閥門總 “復(fù)位”按鈕，全中文的操作界面方便了工藝人員操作。

3.4 GRAPH7順序控塊

新脫鹽水控制系統(tǒng)共用了16個順序塊，通過這16個順序塊，PLC對脫鹽水A、B、C 3個系列進行自動控制，生產(chǎn)出合格的脫鹽水，滿足生產(chǎn)的需要，因此，在PCS7中應(yīng)用最多的為GRAPH7順控塊，現(xiàn)重點對其應(yīng)用作一介紹。

所謂順序控制就是按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時間的順序，使生產(chǎn)過程的各個執(zhí)行機構(gòu)自動地有秩序地進行操作。順序塊在運行時，是一步接一步地往下運行的，既要監(jiān)測前面一步執(zhí)行動作的反饋，如條件滿足，則程序往下一步進行，否則，不進行；又要完成此步所執(zhí)行的動作，這種動作可受時間限制。舉A系列運行程序FB509中的一段程序來說明順序塊的運行過程，如圖1。

圖1 FB509順序控制第8步

本程序段為第8步，即S8；90P3A是電機位號，“AE90P3A”是啟動信號，“AA90P3A”是動信號，“RM90P3A”是運行信號，“MW92：＝6”為傳送到WINCC的步號，“CSH90005”為脫鹽水電導(dǎo)率的監(jiān)測信號，“A－UQ”是強制往下執(zhí)行信號。S8步要求執(zhí)行的動作為，啟泵90P003A，當時間大于9s，泵的運行信號“RM90P3A”為1和電導(dǎo)“CSH90005”為0，達到了工藝要求，則往下一步進行，否則，停留在此步。如果確認現(xiàn)場電機動作正常，電導(dǎo)率實際值也符合要求，僅由于電機運行反饋或電導(dǎo)率監(jiān)測信號本身故障造成的不能往下一步進行，并且往下一步進行沒有危險的話，可以再點強制按鈕使“A－UQ”置1，程序往下一步進行。

3.5 計時顯示功能

由于工藝操作人員要求把重要步驟的執(zhí)行時間能顯示出來，因此新增了計時顯示功能，計時程序做在FB3中，實現(xiàn)了從0開始分鐘計時，設(shè)定時間到計時結(jié)束，下次計時計時器自動清零，如圖2。

4 小 結(jié)

（1）硬件方面要具有高可靠性，從PLC到輸入輸出卡件實現(xiàn)冗余化，這樣可大大地提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少系統(tǒng)的維護量。

（2）I／O卡具有帶電插拔功能。

（3）可在線對整個系統(tǒng)進行組態(tài)，參數(shù)修改，開發(fā)等。

圖2 計時顯示功能圖

（4）應(yīng)用軟件WINCC的設(shè)計，方便直觀，便于進行系統(tǒng)用戶軟件的編制，調(diào)試工作。

（5）軟件具有友好的人機界面，編程容易，操作方便，使用中文語言，且具有較強的容錯能力。