基于PLC和冗余技术的水处理DCS系统的应用

沈　江，刘云龙 ，杨朝霞（金川集团信息与自动化工程有限公司,甘肃 金昌 737100）

基于PLC和冗余技术的水处理DCS系统的应用

沈江，刘云龙 ，杨朝霞
（金川集团信息与自动化工程有限公司,甘肃 金昌 737100）

介绍了化学水处理的特殊工艺流程，并详细说明该流程采用的和利时DCS系统冗余网络结构，分析了DCS系统的控制及连锁要求和流量计、浊度仪等智能仪表的选用原则。

控制理论与控制工程；PLC；DCS；智能仪表

0　引言

水处理就是通过化学、物理和生物方法，除去生水中的大分子的悬浮颗粒、小分子的钙镁离子等有害微粒，达到工艺要求的水质的过程[1]。对于我厂这样一个采、选、冶、化一体化矿业集团而言，生水净化尤为重要，处理后的水质质量关系到全厂各类设备是否安全、经济运行。

1　水处理工艺流程

常见的水的软化与脱盐工艺包括离子交换法和膜法两大类[2]。由于生水软化关系到锅炉、汽机和化工、冶炼设备安全运行的大问题，所以我厂水处理采用离子交换法和膜法并用的工艺流程。其工艺流程包括：生水经过生水箱、机械过滤器、超滤过滤器、中水箱、一级反渗透、一级淡水箱、二级反渗透、二级淡水箱、混床（离子交换）、除盐水箱等，依次除去水质的悬浮物、胶体、各种阴阳离子等杂质后，供锅炉使用。

（1）水的混凝处理——机械过滤器。混凝过程就是向水中加入混凝剂，使生水中的杂质产生凝聚，变成大颗粒下沉而被过滤的过程。机械过滤器利用絮凝过滤原理去除水中的悬浮物、浊度以及部分微生物和有机物。机械过滤器共有十台，生水在其中的正常运行流速8.5m3/ h,产水水质指标主要是浊度＜3NTU。

（2）超滤装置。超滤是由膜表面机械筛分、膜孔阻滞和膜表面及膜孔吸附的综合效应，以筛滤为主，用于截留水中胶体大小的颗粒，而水和低分子量溶质则允许透过膜。超滤装置设置四套，每套超滤装置产水156m3/h，水质：SDI＜3,浊度＜0.2NTU。

（3）反渗透装置。反渗透膜关键部分为高分子复合膜，原水在外界压力的作用下通过高分子复合膜分成两部分：渗透水和浓缩水。浓缩水则含有较高盐分的盐水，而渗透水是经过反渗透膜后脱除了盐分的纯净水。反渗透装置包括四套一级反渗透装置、四套二级反渗透装置。每级反渗透装置各有4个系列。一级反渗透每个系列产水120m3/h，脱盐率97%以上，二级反渗透每系列产水100m3/h，脱盐率90%以上。

（4）离子交换装置。所谓混床就是将H型阳离子交换树脂和OH型阴离子交换树脂按一定比例混合，放在同一交换器内，用于除去水中有害的阴阳离子的过程。该法可将水中的各种盐类几乎除尽。共设三台混床，每台运行流量200m3/h，产水水中要求：DD＜0.2us/ cm,SiO2＜20ug/L。

2　DCS系统设计要求

该项目的自控系统要求便于监控、操作和维护，能够实现整个系统运行的集中自动控制，达到无专职操作人员的要求。现场设备要求采用远程自动控制结合手动控制的方式，各设备运行状态可在控制室内显示，如各构筑物水位，泵、阀、风机的运行状态，故障报警及流量等情况，同时配置各类监控仪表，随时监测出水量和水质的变化。系统结构如图2所示。

（1）DCS系统测点及卡件配置。由工艺流程和控制要求，确定系统选用和利时公司的DCS系统，主机架选用FM802机架。系统中的I/O点数约1400个，主要是压力、流量、温度、液位、浊度、PH值、ORP值。

（2）控制要求。1）控制系统需从生水箱至混床出口间全部工艺运行实现自动控制，整个系统采用PLC自动控制，并可以进行自动和手动切换。为保证系统稳定运行，设安全可靠地GE-UPS稳压电源；2）两级反渗透系统根据超滤水箱、产水箱、中间水箱及系统制水量采用自动控制方式。反渗透系统的启动、运行、停机备用灯过程均有PLC控制。现场可以手自动切换。每套反渗透系统能独立运行，也可同时运行。控制方式采用遥控机就地操作结合的方式，且能相互勿扰切换；3）控制系统的功能：自动启动水泵；根据加药箱液位自动开停加药泵；所有种类药剂的注入量能根据进水量自动调节；根据水箱液位高低自动开停上下游水泵；反渗透高压泵与反渗透进出水压力连锁；多介质过滤器、超滤装置、反渗透、混床出水水质与相应的控制阀门连锁；过滤器过滤与反洗交替控制；4）连锁保护和紧急停车注意包括：水箱水位与泵的连锁、报警，紧急停车，在水位不足时通过plc在中央控制室上位机上声光报警，提示操作员采取相应措施；反渗透高压泵在供水不足或阀门为开启时，在泵前泵后采用压力开关与泵连锁保护；为防止开机时突然启动是的“水锤”对反渗透膜和管道系统的危害采用变频消除“水锤”现象。

（3）水处理系统监控要求。1）多介质过滤器、超滤装置、一二级反渗透除盐设备及混床由DCS自动控制，并可以在控制室通过按钮、键盘进行远方操作；2）生水加热器温度用蒸汽进口电动调节阀调节，管路上设生水温度变送器，送温度信号至监控室；3）各种泵、风机出口设压力表；各转动设备的启停状态、设备故障、远方允许、电机电流计保护回路故障灯信号均能在LCD上显示，并在上位对其进行远方启停；4）各种水箱、储罐和计量箱设液位指示，高低液位报警信号送至监控室。

3　结语

该工程于2011年2月份投入运行，其DCS系统运行稳定可靠，数据显示准确，减少了现场操作和监控人员的劳动强度。实际产水水质相当理想，SiO2＜0.2ug/L,电导率＜0.1us/cm,超过设计生产用水水质标准。

[1]王颖.DCS在中水回用装置的应用[J].化工自动化及仪表，2011(12):1512—1514.

[2]辽宁省电力工业局，电厂化学[M].中国电力出版社,2005(02):159—215.

[3]管其勇，基于分布式控制系统的通信软件开发实现[M].制造业自动化,2011,33(10):32—35.

[4]苗军.热力过程自动化[M].中国电力出版社,2006(01):158—169.

沈江，男，硕士，工程师，研究领域：计算机应用。