精處理控制系統存在的問題及改進方法

摘要：文章從實際運用的角度，闡述了有代表性的六個問題的故障現象，分析了各問題產生的軟硬件原因，綜述了熱工控制方面的解決方案和過程，對問題產生的深層原因進行了剖析，并結合工作經驗給出了建設性的意見。

關鍵詞：凝結水精處理；UNITY PRO；Citec；閥門控制；設計處理流量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）02-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.014

1 系統簡介

此凝結水精處理設計處理流量為1452t/h，壓力為4.0MPa，設計溫度不超過55℃。系統由2×50%前置過濾系統加3×50%球形高速混床系統組成，一套高速混床體外再生系統以及過濾器反洗系統（預留與另一擴建機組公用），再生系統運行設計壓力值為0.6MPa。采用目前國內先進的“完全分離法”或稱“高塔分離法”，樹脂界面檢測裝置光電比色方法。凝結水精處理系統按氨周期運行設計。此系統由兩臺前置過濾器和三臺高混各采用并聯形式連接，擴建的兩臺機共用一套再生裝置和反洗裝置。正常運行情況下，兩臺高混運行，一臺備用。當一臺高混失效時，應首先投入備用高混，確認備用高混投入運行后，再解列失效高混。而一臺過濾器失效時，將自動打開50%過濾器旁路門進行50%流量調節，再解列失效過濾器。高混失效退出運行后，若再生系統處于再生結束狀態，即樹脂分離罐（SPT）內僅有混脂，陽再生兼儲存罐（CRT）內有再生好的備份樹脂，則失效高混的樹脂輸往樹脂分離罐（SPT）進行陰、陽樹脂的清洗、分離，然后將陽再生兼儲存罐中的備份樹脂送入高混。陽、陰混合樹脂分離采用目前國內較先進的高塔分離技術，此工藝技術可以使陰、陽樹脂的交叉污染降低到0.1%以下。設計陽、陰樹脂體積比為1∶1。在陰陽樹脂界面附近，有一層0.8m的隔離樹脂層，即混脂層，其中陽樹脂高0.3m、陰樹脂高0.5m，混床樹脂床層總高度1.1m。當電導率、鈉含量、壓差、二氧化硅中任何一項升高達設定值時，自動投運第三臺備用混床，失效凝結水精處理混床自動退出運行，失效樹脂用水/氣力輸送至體外再生系統，以進行分離和徹底的化學再生。已再生好的備用樹脂自儲存罐輸送至該混床中，并正洗至出水電導率合格后備用。在混床出水電導率合格前，用再循環泵進行循環沖洗。控制系統硬件由Quantam 系列組成。下位組態軟件使用Unity Pro XL V3.1。上位機組態軟件為CitectScada V7.10，操作系統是windows XP。現場控制執行機構大多為單控氣動閥，分離塔穩流調節門、高混旁路閥以及前置過濾器旁路閥為電動調節閥。

此系統自2009年投產以來，多次出現異常，運行人員反映控制系統程序混亂，發生過系統閥門誤動，引起凝結水壓力波動較大，造成凝結水泵聯動等問題。

2 問題描述

（1）2010年1月某日，運行人員在進行完凝結水精處理高效混床前置過濾器清洗后投運系統時，凝結水母管壓力突降至1.0MPa，凝結水泵備用泵聯動；（2）程序執行暫停后，當前步序不顯示，運行人員無法判斷工藝流程的執行情況；（3）再生系統樹脂再生時，高速混床不能投運；（4）再生組、高混從組操方式改成點操方式后，系統部分低壓閥門誤動作；（5）熱水三通調節閥失靈，不起作用。以上問題的存在對系統安全運行造成了威脅，同時也給運行人員安全使用這套系統形成了隱患。

3 故障分析

針對所出現的問題，我們分類別地進行了分析和長時間的跟蹤。其中部分故障是現場設備故障，但更多的是系統在設計和控制程序編制時以及后期調試期考慮不周留下的隱患。對前置過濾器清洗后投運系統時，引起凝結水泵備用泵聯動的情況。通過對運行操作記錄查看和現場詢問后發現：（1）運行在進行清洗前置過濾器后投運過程中未到就地查看就地前置過濾器壓力檢測儀表；（2）前置過濾器升壓門在開啟過程中有卡塞的現象，有時會開不到位；（3）前置過濾器投運過程中在程控方式下未對升壓門的開位進行判斷，只是按時間進行程序跳步；（4）遠方（PLC中）沒有設計前置過濾器、高效混床的壓力信號，只有滿水信號。

綜合發現的情況和程序分析的結果以及凝結水泵母管壓力聯動的歷史曲線分析，可以發現此次設備聯動屬正確動作。主要原因是前置過濾器在投運過程中的升壓步升壓門開啟不到位，容器升壓不足，導致在投運過程中造成系統瞬間泄壓，設備受到沖擊。

針對“程序執行暫停后，當前步序不顯示”，分析PLC控制程序和上位組態程序，在PLC程序中有一個寄存器寄存當前步號，但上位組態程序未對其進行索引應用，導致運行人員在遇到現場設備需要暫停程序處理后，不知現在程序的步序（有的步序執行時間很長，而且反復多次，例如再生程序中的空氣擦洗步，運行人員可能需要兩天的操作，這就有可能導致執行暫停的人和后續恢復的人不是同一人或不在同一班），這種情況極易造成操作上混亂或者運行人員思路混亂，從而導致運行工藝混亂或時間過長。

對“再生系統樹脂再生時，高速混床不能投運”，我們進行了在線監視分析。控制程序中在再生系統樹脂再生時禁止開啟高速混床高壓側的閥門，在詢問了廠家以及對系統和運行工藝分析后得知這樣的設計只是防止高壓的凝結水對再生系統的沖擊，而實際上只是需要高壓側的閥門打開時不同時開低壓側閥門即可，在樹脂進行再生時是可以投運混床的。

對“控制方式從成組方式切到點操方式時，低壓閥門誤動”的情況，在長期的跟蹤和下位程序分析后，我們改寫了部分閥門動作的允許條件。但問題沒有得到根本解決，此問題還反映在，隨著系統運行時間越長，閥門誤動的次數會增加且閥門種類會不一樣，并不一定是低壓閥門誤動，實際過程中也出現了高壓閥門誤動的情況。

單分析下位程序，并未發現明顯的不足之處。

在跟蹤過程中技術人員反映有的閥門控制面板上的指令“燈”不消失，而且有的是“開”和“關”都亮著。對閥門進行點操操作，開關閥門都正常，就是指令“燈”不消失。進行在線監視，證實上位機指令確實沒有復歸。根據Citec的功能函數的介紹，上位機所采用的是2s的脈沖控制指令，Citec的指令直接對PLC內存進行操作，并沒有其他中間環節，那為什么上位機的指令不“消失”呢？在調試時，運行人員在上位機對閥門操作面板的指令按鈕進行重復操作，可以復歸指令。針對這種現象，技術人員對上位軟件中的閥門操作面班進行深層次的剖析。在對指令不消失的閥門操作面板進行指令重復操作，2s后指令復歸。從這一點觀察，功能函數并沒有出錯。那么問題很可能在操作面板與操作系統內存管理之間上存在問題。操作面板實際是一個彈出窗口，在Windows中對窗口的操作實際是根據窗口句柄指向的地址進行內存操作，如果窗口句柄關閉，則在窗口中的局部變量就不能被操作。在上位機的操作實際是將指令操作到計算機的內存中，操作系統再根據組態軟件定義的IP地址與PLC進行內存映射，從而通訊時進行數據交換。根據這種思想，技術人員根據平常觀察到的運行操作習慣，快速地進行閥門點操，同時在2s之內關閉控制面板，成功地將指令“鎖存”，找到了故障出現的真正原因。

熱水三通調節閥是一個氣動調節閥，而且不帶模擬量反饋裝置。運行人員手動根據閥后溫度進行開度調節，實際是一個開環調節。閥門在開啟的前10%的區間，閥后的溫度變化很小，在20%～80%的區間，溫度上升趨勢從緩慢到迅速，而且從24%后是線性度較好的部分，冷熱水混合充分，調節變化較快。根據閥門特性曲線，技術人員在現場進行了相關試驗，實際的特性曲線如下：

調節嚴重滯后，而且后期變化太快，運行人員根據溫度變化調節常常反映不過來，導致熱水溫度不穩，影響樹脂再生流程及樹脂再生效果。在現場進行檢查，控制輸出信號穩定且連續，但在閥門動作上卻滯后很多。觀察發現，氣動調節閥關死后，調節器沒有氣息聲，調節啟動初期，閥門有卡塞現象，綜合分析，應該是調節器調試不到位，行程末端過調，導致調節行程過短，影響調節效果。

4 解決方案及建議

根據問題原因以及后期對控制邏輯的分析，在閥門控制上增加下列內容：（1）系統所有閥門設備增加故障顯示；（2）閥門故障后增加報警功能，故障時設備附近顯示“閥門故障”報警。在報警列表中可以做事故查詢；（3）系統投運和再生設置故障自動暫停功能，輸送不設暫停。閥門開啟不到位，判定為故障自動暫停；增加故障跳過功能，對不重要的故障，如個別閥信號有問題引起的暫停可以跳過運行下一步；（4）高壓閥門與低壓閥門設置連鎖，高壓閥開時低壓閥必須關閉，但低壓閥有未關嚴密的情況時高壓閥自動關閉，但投運后除外，投運過程中在升壓前自動走升壓程序，升壓完后如有發生低壓閥開的情況程序走到投運，進出水閥也不能打開，投運失敗；（5）在上位機程序中對閥門操作面板精靈進行修改，在控制信號脈沖未消失前禁止關閉操作面板（將關閉按鈕不使能）。

通過對各問題的妥善處理，現設備運行穩定，維護量大大降低。然而，探尋問題產生的原因，可以看出大部分是在安裝調試階段考慮不周或經驗不足。現在大型主流PLC邏輯編寫多采用模塊化的功能塊，現場的各種邏輯條件只需要在外圍，根據接口進行搭建。這樣一方面減少控制邏輯編寫的工作量；另一方面邏輯更加具有可讀性。在編寫人機接口相關程序時，應注重運行人員操作習慣，特別是擴建機組，在界面風格、操作方式應該盡量與前期工程保持一致。在調試期間，需按調試規程以及相關規定盡量將工作細化，從而找出系統可能存在的問題，給予根本上的解決。控制系統方面存在的問題，哪怕是因為考慮不充分而留下的一個小錯，隨著某些耦合因素的出現，總會暴露出來，只是時間不同，造成的后果不同。所以熱控人員必須通過不斷學習，吸取他人的經驗教訓，舉一反三，長期細致工作才能使系統更加完善。

參考文獻

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[2]大唐金電化學二期規程[S].2009.

[3]國家經濟貿易委員會.火力發電廠熱工控制系統設計技術規定（DL/T 5175-2003）[S].

作者簡介：馮東膂（1975-），男，湖南湘潭人，湖南大唐華銀金竹山火力發電分公司輔控班班長，熱控作業工程師，研究方向：計算機應用。

（責任編輯：周 瓊）