水處理控制系統(tǒng)綜述

胡旭陽

（河南能源化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457004）

水處理控制系統(tǒng)綜述

胡旭陽

（河南能源化工集團(tuán)中原大化公司，河南濮陽 457004）

河南能源化工集團(tuán)中原大化公司煤化工500 kt／a甲醇項(xiàng)目，水處理裝置分為循環(huán)水系統(tǒng)、脫鹽水系統(tǒng)及污水處理系統(tǒng)三部分。介紹水處理裝置所用到的系統(tǒng)及其事故分析。

水處理；控制系統(tǒng)；西門子；PLC

1 前言

河南能源化工集團(tuán)中原大化公司煤化工項(xiàng)目脫鹽水反滲透裝置采用了近年來新興工業(yè)水處理脫鹽技術(shù)，設(shè)計(jì)外送脫鹽水量為560 t／h，采用了先進(jìn)的膜處理技術(shù)和離子交換除鹽工藝。使用荷蘭諾瑞德公司生產(chǎn)的超濾膜元件，除去原水中大部分懸浮物、膠體及部分有機(jī)物。循環(huán)水單元設(shè)計(jì)循環(huán)量為44000 t／h，9臺(tái)上海KSB泵廠生產(chǎn)的循環(huán)水泵，單泵設(shè)計(jì)流量為6500t／h，11座逆流式?jīng)鏊?，單塔處理水? 500 t／h。污水處理單元采用SBR序批式間歇活性污泥法，處理水量100 t／h。

2 水處理裝置系統(tǒng)概述

供水共分為循環(huán)水系統(tǒng)、脫鹽水系統(tǒng)及污水處理系統(tǒng)三部分。所使用的控制系統(tǒng)包括6套西門子PLC系列和1套和利時(shí)DCS系統(tǒng)。循環(huán)水控制系統(tǒng)包括建廠初期的1套旁濾器S7－200就地PLC系統(tǒng)和1套S7－300PLC的循環(huán)水系統(tǒng)。后期陸續(xù)增加了2套旁濾器S7－300系統(tǒng)。脫鹽水系統(tǒng)組成為1套S7－400 PLC系統(tǒng)和后續(xù)2011年上的1套S7－300 PLC增補(bǔ)系統(tǒng)。污水系統(tǒng)原為循環(huán)水PLC系統(tǒng)下屬的一個(gè)子站，后裝置改造，擴(kuò)大規(guī)模于2012年上1套和利時(shí)SM系列DCS系統(tǒng)。

3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

本裝置中所涉及到的PLC均為西門子公司產(chǎn)品。不論是S7－200、S7－300還是S7－400系列PLC，其典型硬件結(jié)構(gòu)組成為：PS電源（s7－200為CPU集成）＋CPU卡件＋CP通信卡件＋各種I／O卡件。若有DP子站，則DP子站安裝IM接口模塊?，F(xiàn)場(chǎng)PLC的HMI面板通過PPI／MPI協(xié)議連接到CPU相應(yīng)接口，完成相應(yīng)功能。上位機(jī)根據(jù)通信方式不同，可通過西門子專用網(wǎng)卡和通訊線連接至CPU，也可通過以太網(wǎng)連接至CP。西門子I／O卡件的工作電源由背板提供，源自系統(tǒng)PS電源。而卡件供電電源一般由外配電源提供，本裝置外配電源均采用西門子SITOP電源，為現(xiàn)場(chǎng)變送器、定位器、電磁閥、位置開關(guān)等提供工作電源。

西門子S7－200系列PLC下位組態(tài)采用STEP 7－MicroWIN，上位則根據(jù)HMI廠家的不同選用不同的組態(tài)軟件。S7－400和S7－300系列PLC常用組態(tài)軟件為STEP 7－SIMATIC，上位組態(tài)軟件根據(jù)使用廠家不同而確定，西門子上位使用WINCC組態(tài)，本廠上位使用北京亞控公司的組態(tài)王產(chǎn)品。

污水站使用的是和利時(shí)公司的SM系列DCS系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為機(jī)籠式安裝，包含硬件：冗余主控制器＋冗余電源模塊＋I(xiàn)／O模塊。主機(jī)籠與擴(kuò)展機(jī)籠之間通過Profibus－DP總線連接，擴(kuò)展機(jī)籠無需安裝接口模塊。I／O模塊與對(duì)應(yīng)的端子模塊通過預(yù)置電纜連接。一般在系統(tǒng)柜頂端安裝冗余外配電源模塊，提供現(xiàn)場(chǎng)查詢電源。在主機(jī)籠底板有四個(gè)RJ45接口，以太通訊連接至操作站。本系統(tǒng)下位及上位均采用和利時(shí)公司產(chǎn)品。

4 水處理系統(tǒng)本身問題思路

針對(duì)西門子PLC來說，常見的系統(tǒng)故障有CPU停運(yùn)；I／O卡件離線；上位通訊不暢；下位程序無法在線；CPU故障燈亮（SF，BF）等。

西門子PLC卡件正面一般由狀態(tài)指示燈，尤其CPU和接口模塊狀態(tài)指示燈則更多，通過指示燈可以反映一些問題。另外，通過查看CPU本身的診斷緩沖區(qū)信息，查找故障代碼可以方便快捷的查找系統(tǒng)問題所在。

下面針對(duì)不同系統(tǒng)故障類型可能出現(xiàn)的原因進(jìn)行分析：

1）對(duì)于CPU停運(yùn)?？赡茉蛴杏布袛唷④浖袛?、存儲(chǔ)卡故障、CPU故障等。通過查看CPU診斷緩沖區(qū)可以快速分析中斷原因。正常連接至CPU，但無法查看系統(tǒng)硬件或無法上傳硬件和程序，則考慮是否存儲(chǔ)卡故障。若通過MPI也無法連接至CPU則考慮是否CPU故障。

2）對(duì)于I／O卡件離線。通過查看診斷緩沖區(qū)，分析可能離線原因。檢查卡件供電電源，檢查背板總線接線。

3）上位通信不暢。造成上位數(shù)據(jù)不更新原因較多，根據(jù)通信方式的不同，檢查也不一樣。首先應(yīng)確認(rèn)硬件狀態(tài)，包括CP或CPU卡件狀態(tài)、PC機(jī)后網(wǎng)卡狀態(tài)、交換機(jī)狀態(tài)。其次，登錄下位程序檢查通信是否正常。其后通過連接筆記查看硬件狀態(tài)和通信參數(shù)設(shè)置是否一致。逐步排查確認(rèn)故障段或故障點(diǎn)。

4）下位程序無法在線。檢查通訊是否正常，確認(rèn)在線時(shí)提示故障代碼。查看診斷緩沖區(qū)提示信息。上載實(shí)際運(yùn)行程序比較，確定最終原因。

5）CPU故障燈亮（SF、BF）。對(duì)于S7－400系列CPU故障指示燈更多。包括INTF，EXTF，BUS1F，BUS2F，IFM1F.IFM2F等。針對(duì)外部故障，包括I／O卡件離線，DP子站通訊故障等，一般通過在線系統(tǒng)硬件可以方便看出。對(duì)于內(nèi)部故障，包括尋址故障、數(shù)據(jù)溢出、程序?qū)懭?、調(diào)用故障、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器溢出等，通過查看診斷緩沖區(qū)可以方便的查詢、定位故障原因。

5 發(fā)生的典型事故

1）故障現(xiàn)象：循環(huán)水站3＃子站最后一塊AI卡SF燈亮，其下所有通道數(shù)據(jù)為負(fù)開路。

故障處理：進(jìn)入診斷緩沖去，檢查發(fā)現(xiàn)故障信息為，硬件中顯示此AI卡離線，其下所有通道無法訪問。測(cè)量卡件供電電壓僅為20V，低于卡件正常工作電壓。由于卡件供電電源串聯(lián)，至最后一塊AI卡是電壓降過多造成。由總供電端子處引電源重新接線后，卡件正常。后利用機(jī)會(huì)已將機(jī)柜供電回路整改。

2）故障現(xiàn)象：脫鹽水站上位機(jī)數(shù)據(jù)不更新。

故障處理：脫鹽水上位機(jī)與CP之間以太網(wǎng)通訊通過三個(gè)交換機(jī)星型連接實(shí)現(xiàn)。而上位組態(tài)王通訊組態(tài)僅實(shí)現(xiàn)與主CP通訊，結(jié)構(gòu)并未實(shí)現(xiàn)冗余。出現(xiàn)過主備CPU切換，則上位無法正常顯示。另連接主CPU的交換機(jī)接線松動(dòng)則也會(huì)造成連接中斷，現(xiàn)將兩臺(tái)上位機(jī)均連接至主交換機(jī)，其他兩臺(tái)交換機(jī)停運(yùn)。

3）故障現(xiàn)象：后上脫鹽水站CPU停運(yùn)。

故障處理：發(fā)現(xiàn)CPU故障燈SF燈亮、BF燈亮，同時(shí)STOP燈亮。查看診斷信息，發(fā)現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)DP子站離線。將現(xiàn)場(chǎng)控制柜送電后，DP子站恢復(fù)正常，將CPU重新啟動(dòng)后正常。所有故障燈熄滅?，F(xiàn)增加硬件故障中斷OB后，防止因此類原因造成CPU轉(zhuǎn)為STOP。4）故障現(xiàn)象：2＃旁濾器CPU停運(yùn)，HMI設(shè)備失去連接。CPU無法再次啟動(dòng)。

故障處理：掛上筆記本后，發(fā)現(xiàn)無法在線硬件設(shè)備。重新下載硬件設(shè)備提示無法下載。更換存儲(chǔ)卡后，下載正常。HMI設(shè)備通信也正常。分析原因，此現(xiàn)場(chǎng)柜供電由電氣小屋引致，并未從UPS引出。05K001剛出問題，懷疑于此有關(guān)。

6 預(yù)防建議

本套水處理系統(tǒng)，上位采用組態(tài)王，安裝方便。每臺(tái)PC自啟動(dòng)本地服務(wù)器，對(duì)于趨勢(shì)、報(bào)警均存儲(chǔ)在本臺(tái)PC，故對(duì)上位來說只需做好程序備份即可。后上脫鹽水上位機(jī)安裝CP5611通訊卡，在做好程序備份的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該做好備件工作。

對(duì)于下位西門子PLC系列，需要關(guān)注卡件指示燈狀態(tài)，尤其是CPU狀態(tài)燈指示。當(dāng)卡件故障燈亮后，首先查看診斷信息，確定故障相關(guān)信息，可方便有針對(duì)性的處理。

對(duì)于脫鹽水S7－400系統(tǒng)，其存儲(chǔ)卡為FLASH卡，需要在停車時(shí)將程序備份至存儲(chǔ)卡，防止CPU掉電重啟時(shí)，程序不一致無法運(yùn)行。

對(duì)于西門子卡件來說，故障率較高的為AI卡件，故對(duì)AI卡件的維護(hù)要格外關(guān)注。對(duì)于2線制電流與4線制電流回路，盡量做到分卡分配，同時(shí)嚴(yán)格按照規(guī)則接線。對(duì)于不同類型卡件，做好備件工作，防止卡件故障，更換時(shí)同類型卡件不用下載硬件。

對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)PLC柜，一般配備HMI設(shè)備。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較控制室內(nèi)要惡劣的多。對(duì)于設(shè)備的防潮、防塵、防高壓、防電磁干擾等工作要更加注意，大功率動(dòng)設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離控制柜。同時(shí)應(yīng)對(duì)HMI設(shè)備使用更加注意，應(yīng)設(shè)置自休眠功能，同時(shí)還應(yīng)防止陽光直接照射。

Analog input in the IA system

Hu Xuyang
（Zhongyuan Dahua Branch of Henan Energy＆Chemical Group，Puyang Henan 457004，China）

energy chemical industry group in Henan Zhongyuan Dahua Company coal chemical methanol 500 kt／y project，water treatment device is divided into circulating water system，the three part of the desalted water system and sewage treatment system.The system and accident analysis used in water treatment device.

Water treatment；Control system；SIEMENS；PLC

X703

B

1003-6490（2015）02-0031-02

2015－03－28

胡旭陽（1987－），男，山東陽谷人，助理工程師，主要研究方向?yàn)閮x表自動(dòng)化控制。