PLC控制在膜法除硝裝置中的應(yīng)用

周紅燕

（新疆石河子中發(fā)化工有限責(zé)任公司，新疆 石河子 832000）

新疆天業(yè)股份有限公司引進的膜法除硝裝置，配套采用德國西門子PLC系統(tǒng)SIMATIC ET 200M型控制系統(tǒng)，基于Windows XP操作系統(tǒng)，使其具有開放的操作環(huán)境，結(jié)構(gòu)合理、性能較高、便于日常使用及維護[1]。

1 工藝過程及控制要點

1.1 工藝原理

納濾膜表面孔徑為0.5～1.0 nm，膜表面帶有一定的電荷。其運行原理是在高于溶液滲透壓的壓力下，對二價離子或高價離子，如硫酸根離子具有很高且穩(wěn)定的截留率，而對一價離子則有較高的透過率。膜材料為帶有芳香結(jié)構(gòu)的酰胺類材料，可以允許較高的操作壓力。

1.2 工藝過程

膜法除硝單元處理流程框圖見圖1。

經(jīng)預(yù)處理系統(tǒng)向MDD膜過濾單元提供合格的淡鹽水。鹽水經(jīng)過冷卻、pH值調(diào)節(jié)并通過活性炭除去其中的游離氯。處理過的鹽水在送入MDD進料貯槽之前，先通過鹽水過濾器進行機械雜質(zhì)過濾，防止堵膜。經(jīng)預(yù)處理器處理后的鹽水在一定壓力下通過MDD膜，使硫酸根被阻隔，從而得到低硝滲透液并返回配水罐，生成的濃縮液鹽水進入后處理冷凍工序進行分離。而后，經(jīng)MDD膜過濾處理過程中產(chǎn)生的濃硝鹽水通過冷卻結(jié)晶和離心的方法回收十水硫酸鈉。

2 控制系統(tǒng)簡介

2.1 系統(tǒng)簡介

此套膜法除硝裝置配套采用了德國西門子PLC公司生產(chǎn)的SIMATIC ET 200M自動化過程控制系統(tǒng)。供電電源PS采用307，5A；CPU模塊使用的是CPU315-2DP（V3.0，6ES7315-2AH14-0AB0）中央處理器。在硬件信號輸入與輸出模塊的選擇上，開關(guān)量 輸 入 模 塊 DI：16XDC24V （6ES7321-1BL00-0AA0）1塊；開關(guān)量輸出模塊DO：16XDC24V/0.5A（6ES7323-1BL00-OAA0）一塊；模擬量輸入模塊AI：8X12Bit（6ES7331-7KF02-0AB0）8 塊；模擬量輸出模塊 AO：8X12Bit （6ES7332-5HF00-0AB0）2塊；通訊模塊采用了S7 300 MPI SIMATIC NET SIMATIC CP 5611卡，上位機和下位機PLC之間即通過此CP5611卡進行連接?；静僮飨到y(tǒng)軟件為Windows XP/Server Pack 2，因制作報表所必須安裝的Office XP（過程數(shù)據(jù)報表支持），使其具有相對開放的操作環(huán)境。下位機組態(tài)軟件采用SIMATIC MANAGER STEP 7 S7/M7/C7 （版本：V5.4 INCL SP3 Chinese K 5.4 3.0），上位機組態(tài)軟件采用SIMATIC WinCC（版本：V6.2ASIA V6.2.0.8）。此套膜法除硝裝置配套2臺現(xiàn)場操作站，可實現(xiàn)單獨每臺PC機具有編譯及組態(tài)功能，亦可實現(xiàn)站間相互通訊、數(shù)據(jù)管理、控制操作、狀態(tài)監(jiān)視等功能，滿足了工藝操作所需條件。

2.2 系統(tǒng)特點

下位機技術(shù)軟件平臺為SIMATIC STEP7基本組態(tài)軟件進行硬件組態(tài)、控制程序編制，是S7-300可編程控制器用于組態(tài)和編程的標(biāo)準(zhǔn)軟件包。使用此標(biāo)準(zhǔn)軟件包，可達到強大的工藝及操作功能的組態(tài)及管理。上位機所用技術(shù)軟件為Wincc系統(tǒng)，Wincc是SIMATIC視窗控制中心，基于Windows2000和WindowsXP平臺上的功能強大的上位計算機監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（HMI/SCADA），主要用于完成過程監(jiān)控、與PLC通訊、標(biāo)準(zhǔn)接口、編程接口、報表設(shè)計、變量記錄、報警存檔等功能。其生動形象的動態(tài)圖形及操作界面通過用戶和過程數(shù)據(jù)進行相互聯(lián)接及實時使用。

3 控制方案實施

3.1 操作控制單元實施

依據(jù)其特殊生產(chǎn)工藝，此工藝環(huán)節(jié)可簡化為“單元處理”模式。從工藝處理角度出發(fā)，分別建立如下操作畫面。預(yù)處理單元→一次鹽水單元→冷凍單元→膜過濾單元→輔助工藝→參數(shù)總覽→曲線畫面→報警畫面→用戶登陸。在上述單元畫面操作中，操作較為頻繁的為預(yù)處理及膜過濾單元。每個單元畫面均有重要操作的閥類、罐類、管線等類的數(shù)據(jù)顯示（如液位、壓力、溫度、閥位等）、趨勢調(diào)用、歷史紀(jì)錄等操作。并用不同的色彩和聲音分別設(shè)置，便于觀察直觀且生動，方便操作人員的操作及分析，數(shù)據(jù)查詢及優(yōu)化操作，調(diào)用相關(guān)控制分組畫面切換，保存歷史趨勢畫面，調(diào)用報警與過程信息等提供了極為便捷的途徑。其中，在參數(shù)總覽與曲線畫面，具有可對所有常規(guī)數(shù)據(jù)及參數(shù)的趨勢曲線進行查詢、保存及參照等功能；在報警畫面中，可依據(jù)報警設(shè)置及提示對生產(chǎn)工藝各指標(biāo)發(fā)生變化及異常的情況進行提示，通過其內(nèi)部報警程序的調(diào)節(jié)也可達到一些簡單或稍復(fù)雜的連鎖控制，使操作人員對操作情況進行詳細參照并采取果斷的應(yīng)急措施，保證生產(chǎn)的安全穩(wěn)定性；用戶登陸可以確保整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，可根據(jù)用戶工藝及管理需要，設(shè)置不同操作及監(jiān)視級別并設(shè)定相應(yīng)的操作權(quán)限等。

3.2 常規(guī)控制方案實施

常規(guī)控制多為實時數(shù)據(jù)，模擬量輸入顯示較多。PLC控制系統(tǒng)對多個區(qū)域進行溫度、液位、壓力、流量現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸。這些區(qū)域包括各個控制單元，如脫氯塔pH值數(shù)據(jù)、鹽水緩沖罐液位數(shù)據(jù)、濃縮液密度、進過濾器pH值等數(shù)據(jù)，還包括一些常規(guī)泵類、閥類的開啟及停止控制功能，可通過PLC強大的常規(guī)控制功能來實現(xiàn)及完善。進活性碳塔進口溫度TV-8102就是一個簡單的PID常規(guī)控制。

3.3 復(fù)雜控制方案實施

常規(guī)工業(yè)化PLC控制趨勢可說明，采用基于常規(guī)PLC的自動控制方案是由一系列功能模塊控制來完成，較好的協(xié)調(diào)性、較短的切換或循環(huán)時間、便捷高效的程序以及裝置成本精簡等表明，PLC控制的優(yōu)勢明顯可鑒。程序工程人員可依據(jù)生產(chǎn)所需條件對其進行編程，用戶可通過人機最全面（HMI）來完成操作功能。對于復(fù)雜控制回路，如對預(yù)處理單元進過濾器前pH值的調(diào)節(jié)，加1個鹽酸入口閥開度調(diào)節(jié)閥AV-8101，其主要與鹽酸進入流量 （AIA-8101）相關(guān)聯(lián)。在實際生產(chǎn)中，此閥的控制原與鹽水緩沖罐液（LIC-8101）位相關(guān)聯(lián)，但因控制不穩(wěn)定，進行了程序的修改。

此外，還可依據(jù)PLC自帶的一些開發(fā)性、可擴展性及系統(tǒng)的兼容性，實現(xiàn)方便快捷地與多種通信設(shè)備互連及通訊，達到精簡額外的設(shè)備及設(shè)施、降低生產(chǎn)成本及附加，以避免更繁瑣的維護以及更多的配套軟件。在復(fù)雜控制方案實施中，要求組態(tài)工程師對工藝熟知及掌握一定的工藝操作技能，從而將PLC自動化控制系統(tǒng)和現(xiàn)場控制真正結(jié)合為一個高度優(yōu)化的控制方案。

4 結(jié)語

此裝置配套PLC自動化控制系統(tǒng)投入運行后，生產(chǎn)工藝更加合理且安全穩(wěn)定，自動化控制精度較高，提高了膜法除硝裝置的總體性能，控制功能得到完善和提升，運行效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，改善了操作環(huán)境及操作強度，取得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益，值得在行業(yè)中推廣應(yīng)用。