苦咸水淡化裝置控制系統(tǒng)

摘 要：本文介紹了我國出水量最大的苦咸水淡化裝置控制系統(tǒng)的設計思想和構(gòu)成。重點介紹了控制系統(tǒng)的主要功能以及軟、硬件的配置。其大型PLC系統(tǒng)的成功應用，為在水處理行業(yè)進一步的推廣提供了寶貴的經(jīng)驗。
關鍵詞：可編程控制器 順序控制 聯(lián)鎖保護 硬件 軟件 組態(tài)

1 引言
2000年9月我國出水量最大的日產(chǎn)18000噸苦咸水淡化裝置在河北滄化集團滄井化工股份有限公司內(nèi)建成投產(chǎn)。它的建成對緩解該地區(qū)深層地下水資源的開采，保證化工生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定和長周期地運行具有特別重要的意義。該裝置包括原料水的預處理系統(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備及先進的控制系統(tǒng)．經(jīng)過一段時間的運行，控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠。各項指標均達到設計要求。下面簡要介紹一下該裝置的控制系統(tǒng)。
2 設計原則
2.1 先進性
自動控制系統(tǒng)的發(fā)展是其它高新技術發(fā)展的產(chǎn)物。隨著計算機技術、網(wǎng)絡技術等高新技術的發(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)能否正常運行，同時也關系到PVC裝置能否長周期的正常運行，以減少對設備的損害和裝置停車造成的經(jīng)濟損失。因此，我們對控制系統(tǒng)的選型給予了極大的重視。根據(jù)該系統(tǒng)工藝的特點，重點是系統(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和美國AB的SLC—500系列的PLC?？梢哉f，它們代表了當今水處理系統(tǒng)先進的控制水平。
2．2 可靠性和安全性
控制系統(tǒng)的可靠性是評估控制系統(tǒng)的一個重要指標。隨著科技的不斷進步，冗余容錯技術、加密技術等得到了廣泛的應用，這些都大大提高了系統(tǒng)的可靠性。我們采用了兩臺互為冗余的工控機操作站，操作人員可以在任一臺操作站上對由兩套PLC分別控制的四套淡化裝置進行監(jiān)控。電源部分配備UPS不間斷電源，保證了系統(tǒng)在電源故障時有足夠時間采取緊急的安全措施。另外在裝置現(xiàn)場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，有就地手動和遠程控制，遠程控制又可通過操作站顯示畫面進行手動操作和自動程序運行。
操作方式的多樣化和靈活性有利于系統(tǒng)的連續(xù)運行和故障處理。
2.3 可操作性
整個控制系統(tǒng)由兩套工控機和兩套PLC構(gòu)成，具有相互的統(tǒng)一性和獨立性監(jiān)控系統(tǒng)具有動態(tài)工藝流程畫面，人機界面清晰友好，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，操作簡單易學，便于一般操作人員掌握。
3 系統(tǒng)控制及聯(lián)鎖保護
3.1 計算機的應用
控制系統(tǒng)由工控機操作站及可編程控制器PLC構(gòu)成一個分散采樣，集中監(jiān)視操作的控制系統(tǒng)。對水處理系統(tǒng)的水質(zhì)、溫度、流量、濁度、PH值、液位、電導率、壓力等相關物理量的模擬信號進行實時監(jiān)測、顯示、存儲、統(tǒng)計制表和打印。還可對主要運行參數(shù)的歷史趨勢進行查詢，當運行參數(shù)超限時進行聲光報警。同時，系統(tǒng)工藝流程圖采用動態(tài)畫面模擬顯示，除了一個全部裝置的總貌畫面外，還把它分成若干個單元畫面，點擊其中的任一臺設備又都可進入一個單獨的畫面進行手／自動切換操作。另外，畫面上設備的顏色還能隨著其運行狀態(tài)的改變而改變．使操作管理人員能直觀，生動地觀察設備的運行工況。
控制系統(tǒng)構(gòu)成圖如下所示：

3.2 自動順序控制功能
(1)系統(tǒng)的順序控制功能主要應用在細沙雙濾料過濾器的運行中，通過對每臺過濾器上近10個閥門的順序控制來完成過濾器的投運、停止、反洗和正洗過程。過濾器的失效停運可根據(jù)各過濾器進口流量的累計值及瞬時流量來確定。遠程手動時，畫面根據(jù)流量累計達到設定值時提示進行清洗，自動時則由上位機判斷自動進行清洗。
(2)反滲透系統(tǒng)的啟停操作可以由PLC實行順序控制，也可以通過點擊鼠標對每一臺設備進行手動單操，由CRT監(jiān)視各設備的運行狀態(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)進水流量的大小，通過上位機、PLC對計量泵進行比例調(diào)節(jié)。在自動狀態(tài)下，可在CRT操作畫面上進行比例參數(shù)的設定和修改，也可手動直接改變輸出值，調(diào)節(jié)計量泵加藥量的大小。
3.4 高壓泵的聯(lián)鎖保護
每套反滲透的高壓泵進出口都分別裝有低壓保護開關和高壓保護開關，當高壓泵入口壓力低于某一設定值時，進口開關信號會自動停止高壓泵的運行，并由CRT報警，以保護高壓泵不在空操作情況下運行。當高壓泵出口壓力超過某設定值時，出口開關會自動發(fā)出信號送PLC，PLC經(jīng)延時后如慢開門(慢開功能通過PLC的程序來實現(xiàn))未打開，出口壓力仍高于設定值，則由PLC發(fā)出信號自動停止高壓泵的運行，以保護高壓泵不在憋壓工況下運行。
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、高壓自動啟停等聯(lián)鎖保護裝置。
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AB的SLC-500系列產(chǎn)品，具有模塊化設計，可以根據(jù)系統(tǒng)控制要求進行模塊配置，并具有一定的擴展功能。其模塊式處理器具有高達20K的指令內(nèi)存能力。選用的DH+(Data Highway Plus)是一個局域網(wǎng)，用于支持遠程編程和數(shù)據(jù)采集的工廠級應用網(wǎng)，通訊速度更快。上位機選用了研華工控機兩臺，它具有能承受惡劣工作環(huán)境的影響，平均無故障時間長的特點。同時，配備了大屏幕高清晰彩色顯示器及打印機，SANTAK的UPS在電源系統(tǒng)故障時能保證供電30分鐘。現(xiàn)場儀表選用進口SIGNET的流量、PH、溫度、電導等系列產(chǎn)品，以及GFI的在線濁度分析儀，具有檢測穩(wěn)定、可靠、精度高的特點。另外，還選用了進口EBRO的氣動、電動閥門，這些都為系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運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SLC—500處理器以Windows操作系統(tǒng)為基礎的梯形圖邏輯編程軟件包。具有統(tǒng)一項目查看、靈活的梯形圖編輯器、拖放式操作、簡易的通訊配置等特點?？梢宰畲笙薅鹊靥岣哕浖阅埽?jié)省開發(fā)時間提高生產(chǎn)力。研華工控機內(nèi)裝有Rsview32，它是基于組件的用于監(jiān)視與控制自動化設備和過程的集成的人機界面軟件?？蓪崿F(xiàn)數(shù)據(jù)通訊、畫面的動態(tài)顯示，包括工藝流程圖、儀表圖、單機設備圖、趨勢畫面、報警一覽等．該系統(tǒng)還可進行在線參數(shù)修改，圖形報表打印等，人機界面親切友好．通過顯示畫面對系統(tǒng)進行安全準確的操作控制，是目前國內(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)過一段時間的運行，各項指標達到了設計要求，經(jīng)過進一步的總結(jié)，為今后的不斷完善和推廣應用積累了理論和實踐的寶貴經(jīng)驗。