苦咸水淡化裝置控制系統(tǒng)

摘 要：本文介紹了我國(guó)出水量最大的苦咸水淡化裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和構(gòu)成。重點(diǎn)介紹了控制系統(tǒng)的主要功能以及軟、硬件的配置。其大型PLC系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為在水處理行業(yè)進(jìn)一步的推廣提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：可編程控制器 順序控制 聯(lián)鎖保護(hù) 硬件 軟件 組態(tài)

1 引言
2000年9月我國(guó)出水量最大的日產(chǎn)18000噸苦咸水淡化裝置在河北滄化集團(tuán)滄井化工股份有限公司內(nèi)建成投產(chǎn)。它的建成對(duì)緩解該地區(qū)深層地下水資源的開(kāi)采，保證化工生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定和長(zhǎng)周期地運(yùn)行具有特別重要的意義。該裝置包括原料水的預(yù)處理系統(tǒng)、苦咸水反滲透裝置主體、產(chǎn)品水的后處理和濃鹽水排放等設(shè)備及先進(jìn)的控制系統(tǒng)．經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。下面簡(jiǎn)要介紹一下該裝置的控制系統(tǒng)。
2 設(shè)計(jì)原則
2.1 先進(jìn)性
自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展是其它高新技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，自控系統(tǒng)的更新?lián)Q代的周期日益縮短。這套苦咸水淡化裝置用于為PVC裝置提供生產(chǎn)用水，因此，控制系統(tǒng)不僅水系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，同時(shí)也關(guān)系到PVC裝置能否長(zhǎng)周期的正常運(yùn)行，以減少對(duì)設(shè)備的損害和裝置停車造成的經(jīng)濟(jì)損失。因此，我們對(duì)控制系統(tǒng)的選型給予了極大的重視。根據(jù)該系統(tǒng)工藝的特點(diǎn)，重點(diǎn)是系統(tǒng)的順序控制功能，所以，在硬件方面我們選用了品質(zhì)和性能可靠的研華工控機(jī)和美國(guó)AB的SLC—500系列的PLC。可以說(shuō)，它們代表了當(dāng)今水處理系統(tǒng)先進(jìn)的控制水平。
2．2 可靠性和安全性
控制系統(tǒng)的可靠性是評(píng)估控制系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。隨著科技的不斷進(jìn)步，冗余容錯(cuò)技術(shù)、加密技術(shù)等得到了廣泛的應(yīng)用，這些都大大提高了系統(tǒng)的可靠性。我們采用了兩臺(tái)互為冗余的工控機(jī)操作站，操作人員可以在任一臺(tái)操作站上對(duì)由兩套PLC分別控制的四套淡化裝置進(jìn)行監(jiān)控。電源部分配備UPS不間斷電源，保證了系統(tǒng)在電源故障時(shí)有足夠時(shí)間采取緊急的安全措施。另外在裝置現(xiàn)場(chǎng)還配備了儀表箱和操作箱，便于巡回檢查和就地操作。在其操作方式上，有就地手動(dòng)和遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制又可通過(guò)操作站顯示畫(huà)面進(jìn)行手動(dòng)操作和自動(dòng)程序運(yùn)行。
操作方式的多樣化和靈活性有利于系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行和故障處理。
2.3 可操作性
整個(gè)控制系統(tǒng)由兩套工控機(jī)和兩套PLC構(gòu)成，具有相互的統(tǒng)一性和獨(dú)立性監(jiān)控系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)工藝流程畫(huà)面，人機(jī)界面清晰友好，具有在Windows環(huán)境下提供數(shù)據(jù)采集，監(jiān)控以及信息管理功能，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，便于一般操作人員掌握。
3 系統(tǒng)控制及聯(lián)鎖保護(hù)
3.1 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用
控制系統(tǒng)由工控機(jī)操作站及可編程控制器PLC構(gòu)成一個(gè)分散采樣，集中監(jiān)視操作的控制系統(tǒng)。對(duì)水處理系統(tǒng)的水質(zhì)、溫度、流量、濁度、PH值、液位、電導(dǎo)率、壓力等相關(guān)物理量的模擬信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)制表和打印。還可對(duì)主要運(yùn)行參數(shù)的歷史趨勢(shì)進(jìn)行查詢，當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超限時(shí)進(jìn)行聲光報(bào)警。同時(shí)，系統(tǒng)工藝流程圖采用動(dòng)態(tài)畫(huà)面模擬顯示，除了一個(gè)全部裝置的總貌畫(huà)面外，還把它分成若干個(gè)單元畫(huà)面，點(diǎn)擊其中的任一臺(tái)設(shè)備又都可進(jìn)入一個(gè)單獨(dú)的畫(huà)面進(jìn)行手／自動(dòng)切換操作。另外，畫(huà)面上設(shè)備的顏色還能隨著其運(yùn)行狀態(tài)的改變而改變．使操作管理人員能直觀，生動(dòng)地觀察設(shè)備的運(yùn)行工況。
控制系統(tǒng)構(gòu)成圖如下所示：

3.2 自動(dòng)順序控制功能
(1)系統(tǒng)的順序控制功能主要應(yīng)用在細(xì)沙雙濾料過(guò)濾器的運(yùn)行中，通過(guò)對(duì)每臺(tái)過(guò)濾器上近10個(gè)閥門的順序控制來(lái)完成過(guò)濾器的投運(yùn)、停止、反洗和正洗過(guò)程。過(guò)濾器的失效停運(yùn)可根據(jù)各過(guò)濾器進(jìn)口流量的累計(jì)值及瞬時(shí)流量來(lái)確定。遠(yuǎn)程手動(dòng)時(shí)，畫(huà)面根據(jù)流量累計(jì)達(dá)到設(shè)定值時(shí)提示進(jìn)行清洗，自動(dòng)時(shí)則由上位機(jī)判斷自動(dòng)進(jìn)行清洗。
(2)反滲透系統(tǒng)的啟停操作可以由PLC實(shí)行順序控制，也可以通過(guò)點(diǎn)擊鼠標(biāo)對(duì)每一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)單操，由CRT監(jiān)視各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
3．3 加藥系統(tǒng)的模擬控制功能
系統(tǒng)的模擬控制功能主要應(yīng)用在裝置的加藥系統(tǒng)，包括NaOH、NaHSO4、防污堵劑和凝聚劑等的加藥控制。加藥量都是根據(jù)進(jìn)水流量的大小，通過(guò)上位機(jī)、PLC對(duì)計(jì)量泵進(jìn)行比例調(diào)節(jié)。在自動(dòng)狀態(tài)下，可在CRT操作畫(huà)面上進(jìn)行比例參數(shù)的設(shè)定和修改，也可手動(dòng)直接改變輸出值，調(diào)節(jié)計(jì)量泵加藥量的大小。
3.4 高壓泵的聯(lián)鎖保護(hù)
每套反滲透的高壓泵進(jìn)出口都分別裝有低壓保護(hù)開(kāi)關(guān)和高壓保護(hù)開(kāi)關(guān)，當(dāng)高壓泵入口壓力低于某一設(shè)定值時(shí)，進(jìn)口開(kāi)關(guān)信號(hào)會(huì)自動(dòng)停止高壓泵的運(yùn)行，并由CRT報(bào)警，以保護(hù)高壓泵不在空操作情況下運(yùn)行。當(dāng)高壓泵出口壓力超過(guò)某設(shè)定值時(shí)，出口開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)發(fā)出信號(hào)送PLC，PLC經(jīng)延時(shí)后如慢開(kāi)門(慢開(kāi)功能通過(guò)PLC的程序來(lái)實(shí)現(xiàn))未打開(kāi)，出口壓力仍高于設(shè)定值，則由PLC發(fā)出信號(hào)自動(dòng)停止高壓泵的運(yùn)行，以保護(hù)高壓泵不在憋壓工況下運(yùn)行。
3.5 其它
該系統(tǒng)還具有RO清洗水箱恒溫控制回路，自備空壓系統(tǒng)的低、高壓自動(dòng)啟停等聯(lián)鎖保護(hù)裝置。
4 系統(tǒng)硬件配置
系統(tǒng)硬件采取優(yōu)化配置，提高了控制系統(tǒng)的安全性、可靠性，可編程控制器PLC選用美國(guó)AB的SLC-500系列產(chǎn)品，具有模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)系統(tǒng)控制要求進(jìn)行模塊配置，并具有一定的擴(kuò)展功能。其模塊式處理器具有高達(dá)20K的指令內(nèi)存能力。選用的DH+(Data Highway Plus)是一個(gè)局域網(wǎng)，用于支持遠(yuǎn)程編程和數(shù)據(jù)采集的工廠級(jí)應(yīng)用網(wǎng)，通訊速度更快。上位機(jī)選用了研華工控機(jī)兩臺(tái)，它具有能承受惡劣工作環(huán)境的影響，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。同時(shí)，配備了大屏幕高清晰彩色顯示器及打印機(jī)，SANTAK的UPS在電源系統(tǒng)故障時(shí)能保證供電30分鐘?，F(xiàn)場(chǎng)儀表選用進(jìn)口SIGNET的流量、PH、溫度、電導(dǎo)等系列產(chǎn)品，以及GFI的在線濁度分析儀，具有檢測(cè)穩(wěn)定、可靠、精度高的特點(diǎn)。另外，還選用了進(jìn)口EBRO的氣動(dòng)、電動(dòng)閥門，這些都為系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行提供了有力的保障。
5 系統(tǒng)軟件配置
可編程控制器PLC安裝了Rslogix500軟件，它是針對(duì)SLC—500處理器以Windows操作系統(tǒng)為基礎(chǔ)的梯形圖邏輯編程軟件包。具有統(tǒng)一項(xiàng)目查看、靈活的梯形圖編輯器、拖放式操作、簡(jiǎn)易的通訊配置等特點(diǎn)?？梢宰畲笙薅鹊靥岣哕浖阅埽?jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間提高生產(chǎn)力。研華工控機(jī)內(nèi)裝有Rsview32，它是基于組件的用于監(jiān)視與控制自動(dòng)化設(shè)備和過(guò)程的集成的人機(jī)界面軟件。可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、畫(huà)面的動(dòng)態(tài)顯示，包括工藝流程圖、儀表圖、單機(jī)設(shè)備圖、趨勢(shì)畫(huà)面、報(bào)警一覽等．該系統(tǒng)還可進(jìn)行在線參數(shù)修改，圖形報(bào)表打印等，人機(jī)界面親切友好．通過(guò)顯示畫(huà)面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安全準(zhǔn)確的操作控制，是目前國(guó)內(nèi)水處理裝置中最高水平的監(jiān)控系統(tǒng)。
總之，這套控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的總結(jié)，為今后的不斷完善和推廣應(yīng)用積累了理論和實(shí)踐的寶貴經(jīng)驗(yàn)。