基于PLC和冗余技術(shù)的水處理DCS系統(tǒng)的應(yīng)用

沈　江，劉云龍 ，楊朝霞（金川集團(tuán)信息與自動(dòng)化工程有限公司,甘肅 金昌 737100）

基于PLC和冗余技術(shù)的水處理DCS系統(tǒng)的應(yīng)用

沈江，劉云龍 ，楊朝霞
（金川集團(tuán)信息與自動(dòng)化工程有限公司,甘肅 金昌 737100）

介紹了化學(xué)水處理的特殊工藝流程，并詳細(xì)說明該流程采用的和利時(shí)DCS系統(tǒng)冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分析了DCS系統(tǒng)的控制及連鎖要求和流量計(jì)、濁度儀等智能儀表的選用原則。

控制理論與控制工程；PLC；DCS；智能儀表

0　引言

水處理就是通過化學(xué)、物理和生物方法，除去生水中的大分子的懸浮顆粒、小分子的鈣鎂離子等有害微粒，達(dá)到工藝要求的水質(zhì)的過程[1]。對(duì)于我廠這樣一個(gè)采、選、冶、化一體化礦業(yè)集團(tuán)而言，生水凈化尤為重要，處理后的水質(zhì)質(zhì)量關(guān)系到全廠各類設(shè)備是否安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1　水處理工藝流程

常見的水的軟化與脫鹽工藝包括離子交換法和膜法兩大類[2]。由于生水軟化關(guān)系到鍋爐、汽機(jī)和化工、冶煉設(shè)備安全運(yùn)行的大問題，所以我廠水處理采用離子交換法和膜法并用的工藝流程。其工藝流程包括：生水經(jīng)過生水箱、機(jī)械過濾器、超濾過濾器、中水箱、一級(jí)反滲透、一級(jí)淡水箱、二級(jí)反滲透、二級(jí)淡水箱、混床（離子交換）、除鹽水箱等，依次除去水質(zhì)的懸浮物、膠體、各種陰陽離子等雜質(zhì)后，供鍋爐使用。

（1）水的混凝處理——機(jī)械過濾器?；炷^程就是向水中加入混凝劑，使生水中的雜質(zhì)產(chǎn)生凝聚，變成大顆粒下沉而被過濾的過程。機(jī)械過濾器利用絮凝過濾原理去除水中的懸浮物、濁度以及部分微生物和有機(jī)物。機(jī)械過濾器共有十臺(tái)，生水在其中的正常運(yùn)行流速8.5m3/ h,產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)主要是濁度＜3NTU。

（2）超濾裝置。超濾是由膜表面機(jī)械篩分、膜孔阻滯和膜表面及膜孔吸附的綜合效應(yīng)，以篩濾為主，用于截留水中膠體大小的顆粒，而水和低分子量溶質(zhì)則允許透過膜。超濾裝置設(shè)置四套，每套超濾裝置產(chǎn)水156m3/h，水質(zhì)：SDI＜3,濁度＜0.2NTU。

（3）反滲透裝置。反滲透膜關(guān)鍵部分為高分子復(fù)合膜，原水在外界壓力的作用下通過高分子復(fù)合膜分成兩部分：滲透水和濃縮水。濃縮水則含有較高鹽分的鹽水，而滲透水是經(jīng)過反滲透膜后脫除了鹽分的純凈水。反滲透裝置包括四套一級(jí)反滲透裝置、四套二級(jí)反滲透裝置。每級(jí)反滲透裝置各有4個(gè)系列。一級(jí)反滲透每個(gè)系列產(chǎn)水120m3/h，脫鹽率97%以上，二級(jí)反滲透每系列產(chǎn)水100m3/h，脫鹽率90%以上。

（4）離子交換裝置。所謂混床就是將H型陽離子交換樹脂和OH型陰離子交換樹脂按一定比例混合，放在同一交換器內(nèi)，用于除去水中有害的陰陽離子的過程。該法可將水中的各種鹽類幾乎除盡。共設(shè)三臺(tái)混床，每臺(tái)運(yùn)行流量200m3/h，產(chǎn)水水中要求：DD＜0.2us/ cm,SiO2＜20ug/L。

2　DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

該項(xiàng)目的自控系統(tǒng)要求便于監(jiān)控、操作和維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的集中自動(dòng)控制，達(dá)到無專職操作人員的要求?，F(xiàn)場設(shè)備要求采用遠(yuǎn)程自動(dòng)控制結(jié)合手動(dòng)控制的方式，各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可在控制室內(nèi)顯示，如各構(gòu)筑物水位，泵、閥、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，故障報(bào)警及流量等情況，同時(shí)配置各類監(jiān)控儀表，隨時(shí)監(jiān)測出水量和水質(zhì)的變化。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（1）DCS系統(tǒng)測點(diǎn)及卡件配置。由工藝流程和控制要求，確定系統(tǒng)選用和利時(shí)公司的DCS系統(tǒng)，主機(jī)架選用FM802機(jī)架。系統(tǒng)中的I/O點(diǎn)數(shù)約1400個(gè)，主要是壓力、流量、溫度、液位、濁度、PH值、ORP值。

（2）控制要求。1）控制系統(tǒng)需從生水箱至混床出口間全部工藝運(yùn)行實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，整個(gè)系統(tǒng)采用PLC自動(dòng)控制，并可以進(jìn)行自動(dòng)和手動(dòng)切換。為保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)安全可靠地GE-UPS穩(wěn)壓電源；2）兩級(jí)反滲透系統(tǒng)根據(jù)超濾水箱、產(chǎn)水箱、中間水箱及系統(tǒng)制水量采用自動(dòng)控制方式。反滲透系統(tǒng)的啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)備用燈過程均有PLC控制?，F(xiàn)場可以手自動(dòng)切換。每套反滲透系統(tǒng)能獨(dú)立運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行?？刂品绞讲捎眠b控機(jī)就地操作結(jié)合的方式，且能相互勿擾切換；3）控制系統(tǒng)的功能：自動(dòng)啟動(dòng)水泵；根據(jù)加藥箱液位自動(dòng)開停加藥泵；所有種類藥劑的注入量能根據(jù)進(jìn)水量自動(dòng)調(diào)節(jié)；根據(jù)水箱液位高低自動(dòng)開停上下游水泵；反滲透高壓泵與反滲透進(jìn)出水壓力連鎖；多介質(zhì)過濾器、超濾裝置、反滲透、混床出水水質(zhì)與相應(yīng)的控制閥門連鎖；過濾器過濾與反洗交替控制；4）連鎖保護(hù)和緊急停車注意包括：水箱水位與泵的連鎖、報(bào)警，緊急停車，在水位不足時(shí)通過plc在中央控制室上位機(jī)上聲光報(bào)警，提示操作員采取相應(yīng)措施；反滲透高壓泵在供水不足或閥門為開啟時(shí)，在泵前泵后采用壓力開關(guān)與泵連鎖保護(hù)；為防止開機(jī)時(shí)突然啟動(dòng)是的“水錘”對(duì)反滲透膜和管道系統(tǒng)的危害采用變頻消除“水錘”現(xiàn)象。

（3）水處理系統(tǒng)監(jiān)控要求。1）多介質(zhì)過濾器、超濾裝置、一二級(jí)反滲透除鹽設(shè)備及混床由DCS自動(dòng)控制，并可以在控制室通過按鈕、鍵盤進(jìn)行遠(yuǎn)方操作；2）生水加熱器溫度用蒸汽進(jìn)口電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，管路上設(shè)生水溫度變送器，送溫度信號(hào)至監(jiān)控室；3）各種泵、風(fēng)機(jī)出口設(shè)壓力表；各轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的啟停狀態(tài)、設(shè)備故障、遠(yuǎn)方允許、電機(jī)電流計(jì)保護(hù)回路故障燈信號(hào)均能在LCD上顯示，并在上位對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)方啟停；4）各種水箱、儲(chǔ)罐和計(jì)量箱設(shè)液位指示，高低液位報(bào)警信號(hào)送至監(jiān)控室。

3　結(jié)語

該工程于2011年2月份投入運(yùn)行，其DCS系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)顯示準(zhǔn)確，減少了現(xiàn)場操作和監(jiān)控人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)際產(chǎn)水水質(zhì)相當(dāng)理想，SiO2＜0.2ug/L,電導(dǎo)率＜0.1us/cm,超過設(shè)計(jì)生產(chǎn)用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]王穎.DCS在中水回用裝置的應(yīng)用[J].化工自動(dòng)化及儀表，2011(12):1512—1514.

[2]遼寧省電力工業(yè)局，電廠化學(xué)[M].中國電力出版社,2005(02):159—215.

[3]管其勇，基于分布式控制系統(tǒng)的通信軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)[M].制造業(yè)自動(dòng)化,2011,33(10):32—35.

[4]苗軍.熱力過程自動(dòng)化[M].中國電力出版社,2006(01):158—169.

沈江，男，碩士，工程師，研究領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。