基于PLC和冗余技術的水處理DCS系統的應用

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

基于PLC和冗余技術的水處理DCS系統的應用

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

介紹了化學水處理的特殊工藝流程，并詳細說明該流程采用的和利時DCS系統冗余網絡結構，分析了DCS系統的控制及連鎖要求和流量計、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、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，達到工藝要求的水質的過程[1]。對于我廠這樣一個采、選、冶、化一體化礦業集團而言，生水凈化尤為重要，處理后的水質質量關系到全廠各類設備是否安全、經濟運行。

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]。由于生水軟化關系到鍋爐、汽機和化工、冶煉設備安全運行的大問題，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：生水經過生水箱、機械過濾器、超濾過濾器、中水箱、一級反滲透、一級淡水箱、二級反滲透、二級淡水箱、混床（離子交換）、除鹽水箱等，依次除去水質的懸浮物、膠體、各種陰陽離子等雜質后，供鍋爐使用。

（1）水的混凝處理——機械過濾器。混凝過程就是向水中加入混凝劑，使生水中的雜質產生凝聚，變成大顆粒下沉而被過濾的過程。機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物。機械過濾器共有十臺，生水在其中的正常運行流速8.5m3/ h,產水水質指標主要是濁度＜3NTU。

（2）超濾裝置。超濾是由膜表面機械篩分、膜孔阻滯和膜表面及膜孔吸附的綜合效應，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則允許透過膜。超濾裝置設置四套，每套超濾裝置產水156m3/h，水質：SDI＜3,濁度＜0.2NTU。

（3）反滲透裝置。反滲透膜關鍵部分為高分子復合膜，原水在外界壓力的作用下通過高分子復合膜分成兩部分：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反滲透裝置、四套二級反滲透裝置。每級反滲透裝置各有4個系列。一級反滲透每個系列產水120m3/h，脫鹽率97%以上，二級反滲透每系列產水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，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。共設三臺混床，每臺運行流量200m3/h，產水水中要求：DD＜0.2us/ cm,SiO2＜20ug/L。

2　DCS系統設計要求

該項目的自控系統要求便于監控、操作和維護，能夠實現整個系統運行的集中自動控制，達到無專職操作人員的要求?，F場設備要求采用遠程自動控制結合手動控制的方式，各設備運行狀態可在控制室內顯示，如各構筑物水位，泵、閥、風機的運行狀態，故障報警及流量等情況，同時配置各類監控儀表，隨時監測出水量和水質的變化。系統結構如圖2所示。

（1）DCS系統測點及卡件配置。由工藝流程和控制要求，確定系統選用和利時公司的DCS系統，主機架選用FM802機架。系統中的I/O點數約1400個，主要是壓力、流量、溫度、液位、濁度、PH值、ORP值。

（2）控制要求。1）控制系統需從生水箱至混床出口間全部工藝運行實現自動控制，整個系統采用PLC自動控制，并可以進行自動和手動切換。為保證系統穩定運行，設安全可靠地GE-UPS穩壓電源；2）兩級反滲透系統根據超濾水箱、產水箱、中間水箱及系統制水量采用自動控制方式。反滲透系統的啟動、運行、停機備用燈過程均有PLC控制。現場可以手自動切換。每套反滲透系統能獨立運行，也可同時運行?？刂品绞讲捎眠b控機就地操作結合的方式，且能相互勿擾切換；3）控制系統的功能：自動啟動水泵；根據加藥箱液位自動開停加藥泵；所有種類藥劑的注入量能根據進水量自動調節；根據水箱液位高低自動開停上下游水泵；反滲透高壓泵與反滲透進出水壓力連鎖；多介質過濾器、超濾裝置、反滲透、混床出水水質與相應的控制閥門連鎖；過濾器過濾與反洗交替控制；4）連鎖保護和緊急停車注意包括：水箱水位與泵的連鎖、報警，緊急停車，在水位不足時通過plc在中央控制室上位機上聲光報警，提示操作員采取相應措施；反滲透高壓泵在供水不足或閥門為開啟時，在泵前泵后采用壓力開關與泵連鎖保護；為防止開機時突然啟動是的“水錘”對反滲透膜和管道系統的危害采用變頻消除“水錘”現象。

（3）水處理系統監控要求。1）多介質過濾器、超濾裝置、一二級反滲透除鹽設備及混床由DCS自動控制，并可以在控制室通過按鈕、鍵盤進行遠方操作；2）生水加熱器溫度用蒸汽進口電動調節閥調節，管路上設生水溫度變送器，送溫度信號至監控室；3）各種泵、風機出口設壓力表；各轉動設備的啟停狀態、設備故障、遠方允許、電機電流計保護回路故障燈信號均能在LCD上顯示，并在上位對其進行遠方啟停；4）各種水箱、儲罐和計量箱設液位指示，高低液位報警信號送至監控室。

3　結語

該工程于2011年2月份投入運行，其DCS系統運行穩定可靠，數據顯示準確，減少了現場操作和監控人員的勞動強度。實際產水水質相當理想，SiO2＜0.2ug/L,電導率＜0.1us/cm,超過設計生產用水水質標準。

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

[2]遼寧省電力工業局，電廠化學[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的通信軟件開發實現[M].制造業自動化,2011,33(10):32—35.

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

沈江，男，碩士，工程師，研究領域：計算機應用。