DCS 和上位机在稀土淋洗废水中的应用

楼华敏，王万成，李建飞

（中煤科工集团杭州研究院有限公司，浙江 杭州 311201）

引言

某稀土公司为了节能减排，实现资源的循环利用，对生产过程中产生的淋洗水废水进行治理，废水产生于车间生产线。同时，随着经济的发展，人工的成本也在急速上涨，原来传统的手工操作，陆续被自动化程度较高的设备替代。尤其在一些高污染的环境下，人力资源显得尤为紧张，因此迫切的需要一套成熟稳定的系统，节约能源。

1 工艺流程和控制要求

本次设计包含淋洗水纳滤系统，其中w（NH4Cl）=0.1%～0.2%，淋洗水作为纳滤系统的原水，经除油、超滤、纳滤处理后，产出的淡水直接回用于生产线。根据数据显示，该废水的废水量为500 m3/d，系统运行时间为24 h/d。现在淋洗废水为例，其具体工艺包含超滤、除油过滤器、纳滤系统、ED系统。

淋洗废水提升至超滤系统，利用致密的超滤膜过滤去除废水中的悬浮物、胶体等。超滤透过液进入除油过滤器，利用活性炭的高效吸附功能去除废水中的油分，然后进入纳滤系统，回收70%水作为配碳铵用水回用，30%浓水进入后续膜浓缩系统原水池。膜法阶段采用全自动化控制系统，控制要求：淋洗的出水经超滤循环泵进入超滤膜系统，超滤浓水回流至超滤原水箱，产水经过除油滤器进入原水箱。原水箱水经过过滤、加压进入NF系统。NF每运行4 h反洗一次，产水进入业主的配碳氨车间，进行回用。浓水进入ED系统，ED系统，分为2级，每运行4 h进行相应的倒极，对应的浓水转入后续处理，产水经过处理后直接回用。

2 自动控制设计

整个系统分布在独立的两个车间，每个车间两层，根据现场工地的实际性，保证污水处理过程当中的安全可靠性和生产的连续性，提高自动化水平，控制系统采用上位机、DCS可编程控制器等组成的控制系统硬件结构。该系统为现场分布式控制、集中监视的全自动化、智能化控制系统，现场仪表通过信号采集统一在工控机上显示，并且记录，为后期系统更加稳定运行提供保证。系统通过以太网网络把现场的诺干站点跟中控室紧密连接起来，避免布线的繁琐，提高准确性和施工效率，并且实现数据的实时记录、故障报警、状态监测、动态显示、报表分析，这些给系统工艺的分析提供了有力的数据，保证系统稳定运行。

系统的结构和功能。根据废水工艺，本工艺自动化监控系统的IO点数914个，具体分布：DI点529、DO点235、AI点145、AO点5个。控制结构的选择应考虑废水处理工艺要求和控制本身的特点，要采用目前水处理行业先进控制方案。水处理单元平行设备多、采样信号分散、控制点遍布全厂、现场干扰大、安装工程量大，调试、维护、检修时要迅速就地观察自控阀门、水泵等动作；维护检修时能便捷地找到故障。自动化程度高集中监控符合工艺和控制两方面的发展趋势，减少了不必要的误操作。

本设计经反复深入对比，优选出稳定性极高的DCS系统。在整套系统内，DCS控制系统通过分站或者主站对二次仪表进行输入信号的采集，在主控内进行运算并作出判断，根据判断结果发出指令，控制整套系统内的动力设备启停和气动或电动阀门的开闭。

DCS控制系统的主体设备包括1套集成调试好的DCS控制柜、1套冗余的控制处理器、1套冗余的DC24V电源、1套AC220 V电源、1套冗余的通讯网络、1套数字量和模拟量输入输出模块、1套工程师站、1套组态软件和1台打印机。

3 软件设计

控制系统选用DCS控制系统，能实现现场所有自动化仪表、水泵等的实时状态反馈、记录、存储，以及分时存储、自动输出、打印报表等人性化功能及界面，把一套抽象的水处理系统展现的活灵活现。DCS采用得是GCS，友好的编程语言以及完善的模块化，既节省编程时间又能提高编程精度，避免重复的功能块编写，比如水泵、阀门、模拟量处理，直接调用即可。本次选择的DCS平台产品是面向工厂自动化领域推出的产品，平台集成了多种控制功能、可视化、网络和信息技术，为各种应用程序提供完全集成化解决方案。整个平台基于UCP通用通信协议网络进行构架，使产品适应现场分散的试用场合。

3.1 主控系统的特点

冗余措施。主控制器采用主备双模冗余配置，设计有硬件冗余切换和故障自检电路。两个主控制器进行热备份，它们同时接收网络数据，同时做控制运算，但只有一个输出运算结果，实时更新数据。一旦工作主控发生故障，备份主控自动进入工作状态，而且切换工作是无忧的。

电源冗余，电源模块为特殊设计，功率大、稳定性好，均实现冗余配置，多个电源并联使用，均流运行，当其中一个故障时，另外一个自动承担全部负载。

分散隔离措施。全分布只能I/O模块，可集中、可分散，开关量输入选用端子型继电器进行隔离，开关量输出选用中间继电器进行隔离，模拟量输入输出均用隔离器进行隔离。

迅速维修措施。自我诊断，每个模块均有CPU，周期性进行自诊断。故障指示，每个模块有状态指示灯。带电插拔，控制器和模块均可以带电插拔，对系统不产生影响，这是为了保证某些模块故障时，系统自动切换到备用板，便于系统维护。

3.2 整个DCS控制系统特点

安全可靠性要最高；能满足复杂的先进的控制要求；能实时在线维护和修改；与整厂的CS系统无缝联接，数据交换顺畅可靠。

针对本项目系统，I/O预留30%的余量，计算机控制所用电源，配置不间断电源。如图1所示。

4 结语

人类对环境要求越来越高，工业环保事业飞速发展，对相应的环保自动化也迫切需求。期望在以后的环保工业项目中，自动化系统的使用与推广越来越广泛。尤其是像稀土高污染的工业环保项目中，更应该普及化。