DCS在分布式能源站化學(xué)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用

鄭煒

[摘? ? 要]? 某分布式能源站新建化學(xué)水處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用和利時(shí)MACS V650系統(tǒng)，主要介紹了和利時(shí)MACS V650系統(tǒng)特點(diǎn)、硬件設(shè)計(jì)、軟件功能等，并針對(duì)DCS在調(diào)試應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提出邏輯優(yōu)化和解決方案。

[關(guān)鍵詞]水處理系統(tǒng);和利時(shí)MACSV6;程控;設(shè)計(jì)與應(yīng)用

[中圖分類(lèi)號(hào)]TM61 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）02–0–03

Application of DCS in Chemical Water Treatment System of? Distributed Energy Station

Zheng Wei

[Abstract]A new chemical water treatment system is built in a distributed energy station， and the control system adopts Hollysys Macs V650 system. This paper introduces the characteristics of Hollysys Macs V650 system， mainly including the hardware design and software functions of Hollysys Macs V6 control system， and puts forward logic optimization and solutions to the problems in the commissioning and application of DCS.

[Keywords]water treatment system; hollysys macv6; program control; design and application

某分布式能源站新建2×40 MW級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，在工程建設(shè)階段，經(jīng)過(guò)收資、論證和進(jìn)行可行性分析與方案比較，從設(shè)計(jì)開(kāi)始把化學(xué)水處理系統(tǒng)納入全廠的DCS控制，代替電廠傳統(tǒng)使用的PLC控制，實(shí)現(xiàn)其與聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一起在全廠集控室進(jìn)行集中監(jiān)控，提高自動(dòng)化水平。

1 鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)總工藝流程

本工程項(xiàng)目鍋爐補(bǔ)給水處理采用兩級(jí)反滲透膜法水處理工藝，工藝流程如下：自來(lái)水→清水箱→超濾進(jìn)水泵→超濾保安過(guò)濾器→超濾膜組件→超濾產(chǎn)水箱→超濾產(chǎn)水泵→一級(jí)反滲透保安過(guò)濾器→一級(jí)反滲透高壓泵→一級(jí)反滲透膜組件→一級(jí)反滲透產(chǎn)水箱→一級(jí)反滲透產(chǎn)水泵→二級(jí)反滲透保安過(guò)濾器→二級(jí)反滲透高壓泵→二級(jí)反滲透膜組件→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房。

整套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)除配藥、清洗外，按無(wú)人值守運(yùn)行設(shè)計(jì)考慮，化水車(chē)間不設(shè)運(yùn)行控制室。

2 水處理控制系統(tǒng)配置

該分布式能源站是按全廠DCS系統(tǒng)一體化要求配置的，包括主廠房（2套機(jī)組和公用系統(tǒng)）和輔助車(chē)間，化學(xué)水處理系統(tǒng)與其他輔助車(chē)間（如天然氣調(diào)壓站、空壓機(jī)等）的監(jiān)控一起組成DCS全廠公用系統(tǒng)，并與#1機(jī)組DCS和#2機(jī)組DCS通過(guò)交換機(jī)聯(lián)網(wǎng)在一起。

本項(xiàng)目DCS系統(tǒng)采用和利時(shí)MACSV650，是由和利時(shí)公司基于先進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)開(kāi)發(fā)的集成工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，將多年開(kāi)發(fā)的各種自動(dòng)化系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，MACSV650控制系統(tǒng)技術(shù)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)大。

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

MACSV650系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為上、下兩層，分為監(jiān)測(cè)控制層和現(xiàn)場(chǎng)控制層。

監(jiān)測(cè)控制層為雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)一個(gè)TCP/IP協(xié)議的冗余以太網(wǎng)與下層進(jìn)行通信，將經(jīng)過(guò)處理的現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)顯示給操作員，并將操作員指令傳遞給下層。各個(gè)設(shè)備（包括操作員站、工程師站、歷史站、通訊站、控制站和打印機(jī)等）通過(guò)交換機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場(chǎng)控制層主要包括DP總線、I/O模塊等，DPU通過(guò)DP總線與I/O設(shè)備進(jìn)行通信，I/O設(shè)備將采集數(shù)據(jù)傳輸給控制站中的DPU，由它按照預(yù)先下裝的算法處理數(shù)據(jù)并將需要顯示的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)測(cè)控制層，從上層操作員站來(lái)的以及控制站生成的指令也將被傳遞給現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)配置

DCS在化水車(chē)間的電子間設(shè)置了1個(gè)化水系統(tǒng)遠(yuǎn)程DPU站，包括1個(gè)DPU主控柜和2個(gè)擴(kuò)展柜，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)到集控室的公用系統(tǒng)操作員站、工程師站及歷史站等，實(shí)現(xiàn)全能源站一體化控制。

DCS為電廠運(yùn)行和維護(hù)人員提供了高性能、高可靠性、快速響應(yīng)以及維護(hù)便捷的操作接口，可以及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)工況，發(fā)出操作指令。操作員站功能包括：數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)節(jié)、報(bào)警、趨勢(shì)、總貌圖、模擬流程圖、數(shù)據(jù)一覽、日志管理、事件順序記錄、報(bào)表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、顯示管理、人機(jī)對(duì)話、打印管理、系統(tǒng)故障診斷及故障監(jiān)視、操作員在線參數(shù)設(shè)定、存檔數(shù)據(jù)的離線查詢(xún)等。流程畫(huà)面包括：超濾系統(tǒng)，一級(jí)反滲透系統(tǒng)，二級(jí)反滲透系統(tǒng)，壓縮空氣系統(tǒng)，加NaClO及還原劑系統(tǒng)，加酸及阻垢劑系統(tǒng)，加堿系統(tǒng)，清洗系統(tǒng)，回收水及廢水處理系統(tǒng)等。

3 水處理的控制功能

化學(xué)水處理系統(tǒng)所有控制閥采用就地和遠(yuǎn)程控制方式，即使在DCS系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通過(guò)就地控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)制水，保證機(jī)組鍋爐運(yùn)行的可靠性?？刂葡渖线x用3位選擇開(kāi)關(guān)，分別為就地開(kāi)、就地關(guān)、遠(yuǎn)程控制。選擇遠(yuǎn)程控制時(shí)，控制閥由DCS控制。

程序控制除配藥、清洗外，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)控制。超濾裝置程控范圍由超濾提升泵、自清洗過(guò)濾器、UF裝置（含加藥清洗裝置）、500 m3清水箱、60 m3超濾水箱等組成。一、二級(jí)反滲透系統(tǒng)（RO）程控范圍由一級(jí)提升泵、一級(jí)高壓泵、保安過(guò)濾器、一級(jí)RO、一級(jí)50 m3反滲透產(chǎn)水箱、二級(jí)提升泵、二級(jí)高壓泵、二級(jí)RO、500 m3除鹽水箱及加藥清洗裝置等組成。以一級(jí)反滲透系統(tǒng)（RO）為例，一級(jí)RO裝置程控的步序表及邏輯組態(tài)如表1、圖/2所示。

DCS邏輯組態(tài)采用SQC功能塊實(shí)現(xiàn)順控功能，一個(gè)SQC功能塊總步數(shù)可在3～100設(shè)置，可設(shè)置反饋信號(hào)、步驟間隔時(shí)間、步驟失敗時(shí)間、跳步允許、執(zhí)行順序開(kāi)關(guān)及循環(huán)開(kāi)關(guān)等，適用于如幾個(gè)設(shè)備按順序開(kāi)，第一個(gè)設(shè)備開(kāi)到位后接著開(kāi)第二個(gè)設(shè)備，依次類(lèi)推。整個(gè)水處理系統(tǒng)有很多個(gè)工序步驟程控，且同一個(gè)步序?qū)?yīng)的氣動(dòng)閥、泵也按設(shè)置好的順序開(kāi)/啟，使用SQC功能塊來(lái)實(shí)現(xiàn)既方便又直觀。

對(duì)于高壓泵，嚴(yán)禁在開(kāi)啟進(jìn)水閥、濃水排放閥的情況下開(kāi)啟高壓泵，否則可能對(duì)反滲透膜造成不可恢復(fù)的破壞（要求閉閥啟泵）。同時(shí)在RO高壓泵設(shè)置了連鎖保護(hù)，在高壓泵的進(jìn)水口和出水口均裝有壓力開(kāi)關(guān)：當(dāng)供水量不足造成高壓泵入口壓力過(guò)低（≤0.2 MPa）時(shí)保護(hù)動(dòng)作停高壓泵，防止泵的入口氣化和在膜組件中產(chǎn)生水錘現(xiàn)象;當(dāng)高壓泵啟動(dòng)一段時(shí)間后，如果泵出口閥門(mén)未能及時(shí)打開(kāi)，造成泵出口壓力過(guò)高（≥1.5 MPa）保護(hù)動(dòng)作停高壓泵。

RO裝置的保安過(guò)濾器進(jìn)出口裝有差壓變送器，當(dāng)差壓超過(guò)某設(shè)定值時(shí)，保護(hù)會(huì)自動(dòng)切斷高壓泵供電，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備不受損害。

RO裝置中進(jìn)水壓力、段間壓力及濃水壓力之間的連鎖保護(hù)：當(dāng)（進(jìn)水壓力-段間壓力）≧定值的1.15倍時(shí)報(bào)警并進(jìn)行化學(xué)清洗，當(dāng)≧定值1.30倍時(shí)報(bào)警并延時(shí)20 s停反滲透裝置。同樣，當(dāng)（段間壓力-濃水壓力）≧定值1.15倍時(shí)報(bào)警并進(jìn)行化學(xué)清洗，當(dāng)≧定值1.30倍時(shí)報(bào)警并延時(shí)20 s停反滲透裝置。

4 調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決辦法

4.1 水處理系統(tǒng)儀用壓縮空氣罐改為單獨(dú)配置

能源站全廠壓縮空氣系統(tǒng)配置了3臺(tái)空氣壓縮機(jī)，并設(shè)有專(zhuān)門(mén)的儀用壓縮空氣罐。但水處理系統(tǒng)廠家開(kāi)始只配了1臺(tái)儀控與工藝生產(chǎn)共用氣的壓縮空氣罐。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)超濾保安過(guò)濾器進(jìn)入U(xiǎn)F氣洗步序時(shí)，生產(chǎn)用氣量一下子大增，多于空氣罐的進(jìn)氣量，使得空氣罐壓力很快降下來(lái)，造成氣動(dòng)閥由于氣壓不夠動(dòng)作不正常，程控系統(tǒng)失靈。為此，在水處理系統(tǒng)增加1臺(tái)儀用壓縮空氣罐單獨(dú)供氣給氣動(dòng)閥后，氣動(dòng)閥的動(dòng)作未出現(xiàn)異常。

4.2 反饋信號(hào)處理問(wèn)題

為了防止對(duì)DCS卡件的強(qiáng)電沖擊，對(duì)于外部輸入開(kāi)關(guān)量信號(hào)全部使用隔離繼電器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與I/O卡件的電氣隔離。由于大部分電機(jī)設(shè)備只有一個(gè)運(yùn)行反饋信號(hào)，若要用運(yùn)行停止信號(hào)做連鎖時(shí)，只能用運(yùn)行信號(hào)取非，若此時(shí)隔離繼電器電源失電，運(yùn)行信號(hào)變?yōu)?，邏輯判斷也認(rèn)為是停止，但實(shí)際設(shè)備并未停止，容易引起設(shè)備誤動(dòng)。為此增加泵電流信號(hào)判斷，若電流小于定值，且運(yùn)行信號(hào)反饋消失，才確定設(shè)備已停止。

4.3 超濾裝置程控邏輯優(yōu)化

在調(diào)試過(guò)程中，超濾裝置程控邏輯出現(xiàn)需要根據(jù)選擇的清水泵、原水殺菌劑計(jì)量泵、超濾反洗水泵、反洗殺菌劑計(jì)量泵、反洗酸計(jì)量泵、反洗堿計(jì)量泵等條件進(jìn)行邏輯運(yùn)行及反洗，當(dāng)其中只要有一個(gè)條件不滿(mǎn)足（或門(mén)）達(dá)到停機(jī)條件，邏輯都會(huì)進(jìn)行停機(jī)或者啟動(dòng)不了。由于超濾裝置共有3套，而反洗水泵、原水計(jì)量泵、反洗計(jì)量泵等各有兩臺(tái)，如果3套超濾裝置同時(shí)邏輯程控運(yùn)行，就會(huì)有其中一套超濾裝置啟動(dòng)不了或者在反洗程序步驟中完成不了進(jìn)行停機(jī)的問(wèn)題。

清水泵、反洗水泵、原水計(jì)量泵及反洗計(jì)量泵等配置為兩臺(tái)泵，一用一備，有連鎖啟動(dòng)備用泵保護(hù)。為了能滿(mǎn)足3套超濾裝置同時(shí)運(yùn)行，程控邏輯做了相應(yīng)修改優(yōu)化：①增加超濾裝置（運(yùn)行時(shí)間）檢測(cè)步序，當(dāng)超濾過(guò)濾器檢測(cè)到有其他過(guò)濾器正處于“步序反洗”至“步序正洗”時(shí)，該超濾過(guò)濾器保持繼續(xù)運(yùn)行，直到條件滿(mǎn)足才轉(zhuǎn)到反洗。若進(jìn)入反洗時(shí)檢測(cè)到有其他超濾過(guò)濾器還處于運(yùn)行狀態(tài)，則清水泵保持運(yùn)行狀態(tài)。②3套超濾裝置錯(cuò)開(kāi)運(yùn)行或按運(yùn)行時(shí)數(shù)結(jié)束時(shí)的先后順序排隊(duì)進(jìn)入下個(gè)步序，根據(jù)《超濾裝置運(yùn)行步序表》的步序自動(dòng)開(kāi)啟相應(yīng)的氣動(dòng)閥、泵，同一步序的氣動(dòng)閥、泵也按設(shè)置好的順序依次開(kāi)啟。當(dāng)其中某個(gè)設(shè)備未能按照原定程序進(jìn)行時(shí)，超濾裝置發(fā)出報(bào)警并提示，超濾裝置停止運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間將保持在停止發(fā)生的那一刻。程控邏輯優(yōu)化后，運(yùn)行無(wú)異常。

5 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)投運(yùn)后，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)水處理系統(tǒng)的程序控制，明顯提高了自動(dòng)化控制水平，水處理設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，保證了發(fā)電機(jī)組的用水需要。由于控制水平的提高，制水過(guò)程中產(chǎn)生的廢水量明顯減少，起到了一定環(huán)保節(jié)能增效。同時(shí)DCS在火力發(fā)電行業(yè)的普及應(yīng)用，也促進(jìn)了DCS技術(shù)的改進(jìn)，不斷推出技術(shù)更先進(jìn)、功能更強(qiáng)大的智能型DCS。本系統(tǒng)的成功應(yīng)用，對(duì)同類(lèi)型機(jī)組在設(shè)計(jì)、運(yùn)行方面等有很好的借鑒意義。

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