SGR-PLC在中水回用控制系統中的實例應用

田沛霖 劉圣義 張建賓 文康林 田民格

欣格瑞（山東）環境科技有限公司 山東 濟寧 272400

1 項目概述

安徽某化工股份有限公司中水回用原水來自廢水處理后的達標廢水（GB18918—2002一級A標準），回用規模3000m3/d，采用工藝：全自動預處理器+活性炭過濾+超濾（UF）+反滲透（RO）。產水可回用于車間生產；濃水匯入現有蒸發系統處理，實現綜合循環利用，具有較好的社會、經濟及環境效益。

1.1 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.2 系統配置

1.2.1 全自動預處理器

由預沉淀區和過濾區組成。

特殊的結構設計使布水更均勻，處理效率更高、過濾效果更好。

排泥及濾料反沖洗自動化。

1.2.2 活性炭過濾器

活性炭過濾器濾料以活性炭為主，具有機械過濾和吸附的作用。當濾料達到載留飽和，出水水質惡化，或前后壓差升高達到設定條件時，進行反洗。

1.2.3 超濾+反滲透裝置

超濾裝置（UF，0.001～0.01μm）和反滲透膜裝置（RO，0.0001μm）設置在線檢測儀表、自動控制閥和調節閥，均采用全自動運行方式，運行、切換、反洗、正沖、加藥、報警等工序全部由可編程邏輯控制器（PLC）控制系統完成。

系統脫鹽率高達99.5%，運行壓力低，穩定性能良好。

設置不合格排放自動控制閥，當產水不符合要求時，自動切換。同時在產水側還設置超壓爆破膜，當背壓超過限值，自動爆破，防止膜元件損壞。

就地操作盤上可啟/停每臺泵及控制閥；在就地儀表盤上可方便讀出各檢測運行參數；集中取樣裝置可對每支膜元件產水取樣，便于故障檢測。

1.2.4 加藥系統和水泵

整個系統設有功能性加藥裝置和水泵，采用PLC全自動控制系統聯動運行，保證本系統各設備單元的安全可靠運行。

1.2.5 自控和儀表

系統設有多臺就地操作盤和就地儀表盤，就地操作盤上配置設備運行指示燈、控制鈕和報警指示燈、報警器，對各泵、控制閥等用電設備和系統控制點的運行、停止、故障等進行顯示和報警，設有手/自轉換鈕，在手動狀態下可隨時啟停各泵閥等；就地儀表盤就地顯示系統各運行參數。

控制方式切換到手動狀態時，操作員可以在就地通過機旁操作箱柜上的按鈕和旋鈕根據工藝流程手動單步操作設備的泵閥運行各套裝置，可根據就地箱上的指示燈、設備上的閥門位置標志以及就地顯示儀表監視設備運行狀態。

控制方式切換到自動狀態時，操作員可以在控制室上位機監控畫面上通過鼠標點擊設備的投運或停運按鈕，讓設備按PLC程序設定好的步驟自動投運或停止各裝置。

本系統在控制室PLC控制柜內設置一套西門子300系列的可編程控制器，將各節點儀表采集和傳輸的參數傳輸至PLC控制系統，控制器通過IO模塊及繼電器回路控制系統中的各泵閥等。

控制系統設有相應的報警功能，主要包括水泵風機的故障報警，各裝置工藝參數如壓力、流量、電導、液位等的低限高限報警。當報警信號產生時，就地箱或控制柜上的報警燈會閃爍，警示器發出報警聲響，設備進入鎖定狀態，需操作員主動消除報警聲響，排除故障后按相應的復位按鈕使設備解除鎖定狀態進入待機狀態，并可重新投運。

1.3 系統自動控制

1.3.1 預處理自控

預處理水泵與原水箱和清水池液位連鎖，當水箱水池液位超過設定值時，預處理水泵停止運行；自動出現故障，可切換至手動控制；

1.3.2 超濾自控

超濾裝置各控制單元（包括閥門、反洗泵啟停、反洗藥劑計量泵、產水泵啟停、高壓泵啟停）設手/自動轉換。手動狀態下，可通過就地控制箱控制啟閉；自動狀態下，由PLC根據壓力傳感器控制各閥門啟閉。閥門包括進水氣動閥、正排水氣動閥、產水氣動閥、反洗進氣動閥、反洗上排氣動閥、反洗下排氣動閥、進氣氣動閥、超濾反洗水回收氣動閥打開。

1.3.3 反滲透自控

反滲透裝置根據水箱液位自動開機/停機：根據除鹽水箱液位設定的高低液位值自動執行停止和啟動程序；

系統自動開機時，先檢測超濾產水箱液位，如液位高于高液位，則啟動反滲透進水泵，然后打開RO進水電動慢開閥、濃水排放閥、產水不合格排放閥，進行低壓沖洗，沖洗3～5min后，然后啟動高壓泵，關閉濃水排放閥，產水電導合格后關閉產水不合格排放閥，反滲透裝置進入正常運行狀態；

自動停機時，先打開濃水排放閥，然后停止高壓泵，用超濾產水沖洗膜組件，沖洗2～3min后，先停止反滲透進水泵，再關閉進水閥、關閉濃水排放閥，進入待機狀態；

運行8h，自動打開濃水排放閥，沖洗膜組件濃水側；沖洗幾分鐘后關閉濃水排放閥；

每臺高壓泵入口裝設低壓開關，當泵入口壓力低于0.05MPa時，壓力控制器動作，使高壓泵停止運行，保證高壓泵的安全；出口裝設高壓開關，當泵出口壓力持續高于2.0MPa時，壓力控制器動作，使高壓泵停止運行，保證高壓泵、膜元件、膜殼的安全；

具備手動/自動切換功能，自動出現故障，可切換至手動控制；

具備就地/程控切換功能，各泵、自動閥門的運行狀態遠傳至工控機，可實現遠程控制和就地控制。

2 自控系統選用簡述

2.1 液位變送器

本套系統選用靜壓液位變送器，該液位變送器受水池波動影響極小，更能避免水池內外溫差造成的蒸汽對液位計探頭的干擾。

2.2 儀表

在本系統中儀表數據不僅是觀察水質水量的重要依據，更是控制系統運行的必備條件，而系統所涉及水箱、過濾器、超濾、反滲透等都遠高于地面，故儀表的選擇應為穩定性強、且易于觀察的分體式儀表。

2.3 閥門

閥門采用氣動和電動閥門。經常開關的閥門選用氣動閥門；對快開且有沖擊性要求的地方采用電動慢開閥。

2.4 水泵控制方式

水泵采用變頻控制，可以減少水泵對電網的沖擊，根據系統實際壓力、流量等數據來自動調節頻率的高低。對用水端采用變頻器-PID控制保證系統連續穩定的供水。

3 自控要點和異常應對措施

3.1 異常應對措施

3.1.1 水錘效應危害及控制措施

水錘效應：流體在管道內平穩流動時，后方閥門快速關閉的情況下，管道里的流體對管道，對閥門產生強有力的沖擊力，就像錘子大力敲打一樣。其害處輕則管道、閥門異常震動，重則管道破裂或者閥門損壞。

以氣動閥門為例，避免水錘現象的方法：

更換具有緩慢關閉功能的閥門；

閥門的出氣口處加裝氣動接頭式節流閥，通過壓力的調節來使閥門避免快速關閉的現象出現；

在程序端對程序進行優化，停止時先關閉水泵，延時一定時間后再關閉閥門，使兩者動作時間錯開。

水錘效應在超濾膜設備上也是常出現的問題之一，全自動預處理裝置和超濾膜裝置的閥門都是需要頻繁啟停的設備，避免水錘效應可以減少因水錘現象對設備、管道、閥門造成的危害；減少此現象造成的異常震動；增加設備的使用壽命和減少維修人員的負擔。

4.1.2 信號干擾及控制措施

信號干擾是經常遇到同時又很難解決的問題。造成信號干擾的原因很多，如變頻器工作產生的電磁信號干擾；配電室強電對弱電信號的干擾；接地系統不完善造成的信號干擾；PLC至儀表間產生的信號干擾等。信號的干擾不僅僅是使儀表數據顯示不準確，指示燈帶干擾電壓，更為嚴重的是影響設備的控制，燒壞儀表模塊。

排除干擾信號要多方面下手，多途徑切斷干擾信號：

（1）完善接地系統

接地系統按要求正規合理的布置是消除干擾信號的最重要的一步，在實際工程中最好做到PLC信號電纜的單獨接地，避免系統接地網與PLC信號電纜混接一起造成的干擾通過信號電纜流入模塊。

（2）PLC模塊接地

各PLC廠家不同，模塊型號也不相同，接地的方法也不同，嚴格按照所用模塊的接線方式做好接地線，從源頭上排除接地干擾，最大限度的保證系統的正常穩定運行。

（3）等電位

在1個帶電線路中如果選定2個測試點，測得它們之間沒有電壓即沒有電勢差，則認定這2個測試點是等電勢的，它們之間也是沒有阻值的。造成干擾的很多原因是沒有做等電位連接，干擾信號從一端流入后另一端無法流出，所攜帶的干擾信號作用到模塊、儀表上，對其形成干擾。整個系統的等電位連接是沒有取巧余地的，必須做好連接。

3.2 系統的連鎖控制和程序優化

系統的運行遵循一定的邏輯性，在自動化程序中要對各設備的狀態進行判斷來決定系統的運行與否：液位達到條件后，先開啟進水和出水閥門，等PLC接收到閥門反饋信號后再啟動水泵，這樣做的目的是先開啟閥門再啟動水泵，避免水泵開啟后閥門未啟動對管道造成的沖擊。程序編寫過程中如果設定為液位達到條件后，啟動水泵、進水閥門、出水閥門，就會因某一設備出現故障未能正常動作而系統沒有連鎖判斷繼續運行，對設備管道等造成損害，甚至帶來更大的安全隱患。

4 結束語

由于水資源的短缺及廢水對環境造成的污染問題，使得廢水的綜合利用變得越來越重要，各企業正逐步對廢水處理及回用設施、設備進行升級改造，末端治理不再是僅僅滿足于排入下一級污水處理廠，而是加大投資力度，對末端治理后的中水進行回用，達到廢水的循環利用，以減少水資源的消耗。