PLC控制在膜法除硝裝置中的應用

周紅燕

（新疆石河子中發化工有限責任公司，新疆 石河子 832000）

新疆天業股份有限公司引進的膜法除硝裝置，配套采用德國西門子PLC系統SIMATIC ET 200M型控制系統，基于Windows XP操作系統，使其具有開放的操作環境，結構合理、性能較高、便于日常使用及維護[1]。

1 工藝過程及控制要點

1.1 工藝原理

納濾膜表面孔徑為0.5～1.0 nm，膜表面帶有一定的電荷。其運行原理是在高于溶液滲透壓的壓力下，對二價離子或高價離子，如硫酸根離子具有很高且穩定的截留率，而對一價離子則有較高的透過率。膜材料為帶有芳香結構的酰胺類材料，可以允許較高的操作壓力。

1.2 工藝過程

膜法除硝單元處理流程框圖見圖1。

經預處理系統向MDD膜過濾單元提供合格的淡鹽水。鹽水經過冷卻、pH值調節并通過活性炭除去其中的游離氯。處理過的鹽水在送入MDD進料貯槽之前，先通過鹽水過濾器進行機械雜質過濾，防止堵膜。經預處理器處理后的鹽水在一定壓力下通過MDD膜，使硫酸根被阻隔，從而得到低硝滲透液并返回配水罐，生成的濃縮液鹽水進入后處理冷凍工序進行分離。而后，經MDD膜過濾處理過程中產生的濃硝鹽水通過冷卻結晶和離心的方法回收十水硫酸鈉。

2 控制系統簡介

2.1 系統簡介

此套膜法除硝裝置配套采用了德國西門子PLC公司生產的SIMATIC ET 200M自動化過程控制系統。供電電源PS采用307，5A；CPU模塊使用的是CPU315-2DP（V3.0，6ES7315-2AH14-0AB0）中央處理器。在硬件信號輸入與輸出模塊的選擇上，開關量 輸 入 模 塊 DI：16XDC24V （6ES7321-1BL00-0AA0）1塊；開關量輸出模塊DO：16XDC24V/0.5A（6ES7323-1BL00-OAA0）一塊；模擬量輸入模塊AI：8X12Bit（6ES7331-7KF02-0AB0）8 塊；模擬量輸出模塊 AO：8X12Bit （6ES7332-5HF00-0AB0）2塊；通訊模塊采用了S7 300 MPI SIMATIC NET SIMATIC CP 5611卡，上位機和下位機PLC之間即通過此CP5611卡進行連接。基本操作系統軟件為Windows XP/Server Pack 2，因制作報表所必須安裝的Office XP（過程數據報表支持），使其具有相對開放的操作環境。下位機組態軟件采用SIMATIC MANAGER STEP 7 S7/M7/C7 （版本：V5.4 INCL SP3 Chinese K 5.4 3.0），上位機組態軟件采用SIMATIC WinCC（版本：V6.2ASIA V6.2.0.8）。此套膜法除硝裝置配套2臺現場操作站，可實現單獨每臺PC機具有編譯及組態功能，亦可實現站間相互通訊、數據管理、控制操作、狀態監視等功能，滿足了工藝操作所需條件。

2.2 系統特點

下位機技術軟件平臺為SIMATIC STEP7基本組態軟件進行硬件組態、控制程序編制，是S7-300可編程控制器用于組態和編程的標準軟件包。使用此標準軟件包，可達到強大的工藝及操作功能的組態及管理。上位機所用技術軟件為Wincc系統，Wincc是SIMATIC視窗控制中心，基于Windows2000和WindowsXP平臺上的功能強大的上位計算機監控和數據采集系統（HMI/SCADA），主要用于完成過程監控、與PLC通訊、標準接口、編程接口、報表設計、變量記錄、報警存檔等功能。其生動形象的動態圖形及操作界面通過用戶和過程數據進行相互聯接及實時使用。

3 控制方案實施

3.1 操作控制單元實施

依據其特殊生產工藝，此工藝環節可簡化為“單元處理”模式。從工藝處理角度出發，分別建立如下操作畫面。預處理單元→一次鹽水單元→冷凍單元→膜過濾單元→輔助工藝→參數總覽→曲線畫面→報警畫面→用戶登陸。在上述單元畫面操作中，操作較為頻繁的為預處理及膜過濾單元。每個單元畫面均有重要操作的閥類、罐類、管線等類的數據顯示（如液位、壓力、溫度、閥位等）、趨勢調用、歷史紀錄等操作。并用不同的色彩和聲音分別設置，便于觀察直觀且生動，方便操作人員的操作及分析，數據查詢及優化操作，調用相關控制分組畫面切換，保存歷史趨勢畫面，調用報警與過程信息等提供了極為便捷的途徑。其中，在參數總覽與曲線畫面，具有可對所有常規數據及參數的趨勢曲線進行查詢、保存及參照等功能；在報警畫面中，可依據報警設置及提示對生產工藝各指標發生變化及異常的情況進行提示，通過其內部報警程序的調節也可達到一些簡單或稍復雜的連鎖控制，使操作人員對操作情況進行詳細參照并采取果斷的應急措施，保證生產的安全穩定性；用戶登陸可以確保整個系統的安全穩定性，可根據用戶工藝及管理需要，設置不同操作及監視級別并設定相應的操作權限等。

3.2 常規控制方案實施

常規控制多為實時數據，模擬量輸入顯示較多。PLC控制系統對多個區域進行溫度、液位、壓力、流量現場數據傳輸。這些區域包括各個控制單元，如脫氯塔pH值數據、鹽水緩沖罐液位數據、濃縮液密度、進過濾器pH值等數據，還包括一些常規泵類、閥類的開啟及停止控制功能，可通過PLC強大的常規控制功能來實現及完善。進活性碳塔進口溫度TV-8102就是一個簡單的PID常規控制。

3.3 復雜控制方案實施

常規工業化PLC控制趨勢可說明，采用基于常規PLC的自動控制方案是由一系列功能模塊控制來完成，較好的協調性、較短的切換或循環時間、便捷高效的程序以及裝置成本精簡等表明，PLC控制的優勢明顯可鑒。程序工程人員可依據生產所需條件對其進行編程，用戶可通過人機最全面（HMI）來完成操作功能。對于復雜控制回路，如對預處理單元進過濾器前pH值的調節，加1個鹽酸入口閥開度調節閥AV-8101，其主要與鹽酸進入流量 （AIA-8101）相關聯。在實際生產中，此閥的控制原與鹽水緩沖罐液（LIC-8101）位相關聯，但因控制不穩定，進行了程序的修改。

此外，還可依據PLC自帶的一些開發性、可擴展性及系統的兼容性，實現方便快捷地與多種通信設備互連及通訊，達到精簡額外的設備及設施、降低生產成本及附加，以避免更繁瑣的維護以及更多的配套軟件。在復雜控制方案實施中，要求組態工程師對工藝熟知及掌握一定的工藝操作技能，從而將PLC自動化控制系統和現場控制真正結合為一個高度優化的控制方案。

4 結語

此裝置配套PLC自動化控制系統投入運行后，生產工藝更加合理且安全穩定，自動化控制精度較高，提高了膜法除硝裝置的總體性能，控制功能得到完善和提升，運行效率高，質量穩定，改善了操作環境及操作強度，取得了可觀的經濟效益和社會效益，值得在行業中推廣應用。