ControlLogix熱備系統(tǒng)在天津?yàn)I海新區(qū)北塘再生水廠的應(yīng)用

【摘要】介紹了北塘再生水廠工藝流程及其采用的浸沒式超濾系統(tǒng)（SMF-S）和反滲透系統(tǒng)（RO）的處理工藝，著重介紹了ControlLogix熱備系統(tǒng)在北塘再生水廠的配置方式，并從上位機(jī)之間、PLC之間以及上位機(jī)與PLC之間三方面詳細(xì)分析了ControlLogix熱備系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理。

【關(guān)鍵詞】ControlLogix;熱備系統(tǒng);超濾;反滲透;SMF-S;RO

一、引言

我國人均水資源量僅為世界平均水平的四分之一。而我國地域廣大，水資源分布又極不平衡，大體是南方多北方少。地處我國北方的城市----天津，就是一個水資源貧乏的地區(qū)。為了解決水資源短缺的問題，天津?yàn)I海新區(qū)對城市污水再利用給予了充分重視，并大力支持再生水項(xiàng)目在濱海新區(qū)的實(shí)施與開展。北塘再生水廠肩負(fù)著濱海新區(qū)節(jié)能減排的任務(wù)，以北塘污水處理廠的出水做為進(jìn)水，采用了浸沒式超濾（SMF-S）和反滲透（RO）處理工藝，產(chǎn)水規(guī)模為4.5×104m3/d，分別為天津北塘熱電廠（用水量：2.87×104m3/d）、北塘片區(qū)（用水量：1.07×104m3/d）及黃港生態(tài)開發(fā)區(qū)（用水量：0.56×104m3/d）供水。

對于一個再生水處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)尤為重要，它是整個處理系統(tǒng)能夠安全、可靠、高效運(yùn)行的保障，而熱備系統(tǒng)的出現(xiàn)和快速發(fā)展很好的實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。北塘再生水廠所使用的控制系統(tǒng)是ControlLogix熱備系統(tǒng)。

二、北塘再生水廠工藝介紹

北塘再生水廠包含有提升泵房、超濾處理工段、反滲透處理工段、清水池、送水泵房和加藥間等。主要處理工藝是浸沒式超濾（SMF-S）+反滲透（RO）。SMF-S系統(tǒng)能去除水中大于0.03微米的顆粒，利用外壓式中空纖維超濾膜（由天津膜天膜科技股份有限公司生產(chǎn)），通過低壓氣水雙洗+反沖洗等運(yùn)行和反洗工藝來維持系統(tǒng)的運(yùn)行流量。過濾的流向是從中空纖維的外壁至中空的內(nèi)腔，進(jìn)水通過多孔的纖維壁將水中的固體截留在外壁，以有效去除水中的微生物和懸浮物等物質(zhì)。RO系統(tǒng)是在高于溶液滲透壓的壓力下，借助于只允許水分子透過的反滲透膜的選擇截留作用，將溶液中的溶質(zhì)與溶劑分離，從而達(dá)到純凈水的目的。反滲透膜是由具有高度有序矩陣結(jié)構(gòu)的聚合纖維素組成的。它的孔徑為0.1納米-1納米，即一百億分之一米（相當(dāng)于大腸桿菌大小的千分之一，病毒的百分之一）。它可以把水中的雜質(zhì)、各種離子、分子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒、熱源以接近95-99%的去除率。我廠采用的是日本東麗膜。整個系統(tǒng)處理過程完全自動化控制，這就要求控制系統(tǒng)要足夠智能化、人性化，并要有故障時的備用能力，以確保再生水處理系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，才能保證對用戶的正常供水。

三、ControlLogix熱備系統(tǒng)在北塘再生水廠的實(shí)現(xiàn)分析

1、ControlLogix熱備系統(tǒng)的工作原理

在ControlLogix冗余熱備系統(tǒng)中，當(dāng)主處理器執(zhí)行完程序后，會將所有輸出指令的結(jié)果傳送給從處理器。同時，由于ControlLogix系統(tǒng)所有的I/O設(shè)備都在ControNet網(wǎng)絡(luò)中，在ControNet網(wǎng)絡(luò)中采用的通訊方式是“生產(chǎn)者/消費(fèi)者”模式，而從處理器作為一個“消費(fèi)者”可以與主處理器具有同樣意義的地位，一樣可以獲取I/O的輸入信息。這樣，就確保了主、從處理器內(nèi)輸入、輸出映像表的一致性。從而在控制與執(zhí)行方面得到了“雙”保障。

2、ControlLogix系統(tǒng)在北塘再生水廠的配置方式

北塘再生水廠的熱備控制系統(tǒng)采用的是羅克韋爾AB Logix5000 PLC，主站通過ControlNet網(wǎng)絡(luò)與多個遠(yuǎn)程站（公共站5個，SMF-S站6個，RO站9個）通訊。上位機(jī)選用的是兩臺SIEMENS工控機(jī)，并配21寸液晶顯示屏，每臺上位機(jī)安裝了兩塊10/100M的自適應(yīng)以太網(wǎng)卡，均與兩臺工業(yè)用交換機(jī)（型號：1983-MS06T）形成雙網(wǎng)通訊。主站與遠(yuǎn)程站之間ControlNet網(wǎng)絡(luò)采用的是單網(wǎng)通訊，這對冗余系統(tǒng)的完整性無疑是一種欠缺，日后將會在技改中更改網(wǎng)絡(luò)配置為雙網(wǎng)通訊。見系統(tǒng)配置圖。

3、北塘再生水廠上位機(jī)熱備

北塘再生水廠的兩臺上位機(jī)PC1和PC2硬件配置完全相同，它們同時同步工作，同步運(yùn)行著監(jiān)控軟件。一個為主系統(tǒng)，另一個為備用系統(tǒng)。當(dāng)主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，備用系統(tǒng)會立刻轉(zhuǎn)備為主。正常情況下，由主系統(tǒng)完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，并實(shí)時更新備用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)生故障時，備用系統(tǒng)將會自動承接主系統(tǒng)的工作，并完成報警狀態(tài)和實(shí)時數(shù)據(jù)的一致性任務(wù)。

運(yùn)行中，任一臺PC機(jī)發(fā)出控制命令的效果都是一樣的，在另一臺PC機(jī)上會引起相同的反應(yīng)。通過以太網(wǎng)的通訊方式，PC機(jī)時刻高效的監(jiān)視著工藝系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。這種上位機(jī)的雙機(jī)熱備以其軟件豐富、顯示功能強(qiáng)和輸入控制方便等優(yōu)點(diǎn)，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性。（見系統(tǒng)配置圖第一部分）

4、北塘再生水廠PLC雙機(jī)熱備

北塘再生水廠所使用的ControlLogix PLC熱備系統(tǒng)是由兩套完全相同的PLC系統(tǒng)組成，它控制著整個生產(chǎn)流程，它的工作狀況以及與上位機(jī)、PLC遠(yuǎn)程站之間的通訊正常與否，關(guān)系到整個生產(chǎn)系統(tǒng)的正常與否。因此必須對PLC進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，就必須立即啟用備用PLC，使之獲得主控權(quán)，以確保生產(chǎn)流程能順利進(jìn)行下去，并提示操作人員對原主控PLC進(jìn)行及時檢修。（見系統(tǒng)配置圖第二部分）

5、北塘再生水廠上位機(jī)與PLC通信的雙網(wǎng)冗余

工業(yè)以太網(wǎng)是目前最流行的拓?fù)錁?biāo)準(zhǔn)之一，具有傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)資源豐富、系統(tǒng)功能強(qiáng)、安裝簡單和使用維護(hù)方便等很多優(yōu)點(diǎn)。北塘再生水廠上位機(jī)與PLC的通訊方式采用的就是工業(yè)雙環(huán)以太網(wǎng)（見系統(tǒng)配置圖第三部分），在技術(shù)上，與IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，在數(shù)據(jù)通訊上實(shí)現(xiàn)了冗余，也實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的雙保險。

四、結(jié)束語

綜上所述，在對控制要求較高的再生水處理系統(tǒng)中采用上位機(jī)雙機(jī)熱備，PLC系統(tǒng)的雙機(jī)熱備，上位機(jī)與PLC通信的雙網(wǎng)冗余，較以往單機(jī)和單網(wǎng)通信，這種方案大大降低了系統(tǒng)設(shè)備的故障停機(jī)率。特別是針對我廠（北塘再生水廠）對污水一級A出水的再利用處理，設(shè)備的低停機(jī)率、高穩(wěn)定性給用戶帶來了用水保障，同時也為濱海新區(qū)的節(jié)能減排任務(wù)做出了貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙強(qiáng)，顧德英，汪晉寬等.PLC雙機(jī)熱備系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化[J].儀器儀表學(xué)報，2005，26（8）：636-638.

[2]魯連奎，張保平.PLC程控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和雙機(jī)熱備[J].測控技術(shù)，2000，19（5）：62-64.

[3]徐鵬.PLC雙機(jī)熱備的建立及其應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2005，18（6）：78-79.

[4]馮立.冗余控制系統(tǒng)的原理及性能優(yōu)化.儀器儀表學(xué)報，2003，24（4）.