工业除盐水处理中的自动控制的应用

工业除盐水处理中的自动控制的应用
【摘要】工业除盐水处理设备机组众多，步续复杂，使用PLC结合画面监控软件可有效提高生产效率，优化人员配置。

本文介绍的是基于Intouch软件和西门子PLC进行集中处理除盐水站的运行、监控、报警的应用。

【关键词】Intouch；PLC；Profibus-dp
工业除盐水，指的是利用多介质过滤、超滤、反渗透等水处理工艺，除去水中的悬浮物、无机盐离子、胶体等杂质后，所得到的一种供工业上使用的“纯净”水。

除盐水根据用途的不同，允许水中含有微量杂质；所含的杂质越少，水的纯度就越高，制水的工艺也就越复杂以及成本也越高。

复杂的制水工艺，对设备的自动控制的要求也相应较高。

江苏某钢厂新建成一座除盐水站，一期工程产能分别为：一级除盐水600m3/h，二级除盐水400m3/h。

该除盐水站采用了Intouch 监控软件和西门子S7-300 PLC组成的自动化控制系统。

1 系统组成
1.1 硬件组态
系统硬件由三台工控机和一套PLC控制系统组成。

除盐水站控制室内布置两台工控机，作为操作员站和工程师站；由于除盐水站的二级除盐水主要供应热电厂，所以在距离除盐水站1千米左右的热电厂控制室内，布置一台工控机作为备用操作员站。

PLC控制系统由西门子S7-300系列的CPU317-2DP/PN进行主站组态，采用Profibus-dp 通讯方式连接5套ET200M分布式从站，网络组态图如下：
1.2 软件
监控软件为Wonderware公司提供的Intouch V12开发版，PLC编程软件为西门子STEP7 V5.5版。

Intouch通过安装相应的接口软件即可与大部分的PLC 实现连接。

本系统中，通过安装DASEVER2.0并设置相应参数后即可和西门子PLC实现以太网连接。

2 工艺流程及控制方式
除盐水站中共含有换热器、多介质过滤器、超滤机组、一级反渗透机组、二级反渗透机组、水泵以及过程检测仪表等设备，工艺路线如下：
工业原水通过电动阀注入原水池，原水池中安装投入式液位计一只，实现原水池低液位自动开阀补水，高液位自动关阀。

池中蓄积的原水经原水泵增压后进入换热器，换热器进出水管道内各安装一只PT100热电阻，通过反馈信号控制阀门开度，使得经过蒸汽换热后的近似恒温原水流入多介质过滤器。

多介质过滤器共八套，每套含有七组阀门，分别是进水阀、产水阀、正排阀、反排阀、反洗阀、排气阀、进气阀。

投入运行后，七组阀门通过PLC进行控制，按照设定的步序启闭，每产水24小时，反洗一次；反洗结束后，自动循环产水。

多介质过滤处理后的水进入超滤机组进一步滤去杂质，超滤机组共四套，每套含八组阀门，产水周期为40分钟，每周期反洗一次，反洗后循环产水；为保护超滤机组滤芯，通过计数器计量反洗次数，每24个周期后，反洗时打开加药泵，将定量的次氯酸钠或盐酸分别注入反洗管路清洁滤芯。

根据超滤机组和多介质过滤器的产水能力进行配套机组，每两套多介质过滤器为一套超滤机组供水。

他们的启停是联动的，由原水池液位和超滤水池液位连锁控制。

当超滤水池中液位（通常为水箱高度的2/3）时，打开机组进水阀门，启动原水泵供水；当超滤水池高液位时，先停止原水泵，随后停止多介质和超滤机组。

当原水池液位低液位时，为保护原水泵程序设置禁止启动机组。

一级反渗透机组共四套，每套含四组阀门。

超滤水池的液位同样参与到一级反渗透机组的启停中，超滤水池液位低时同样禁止启动一级反渗透机组。

中液位时，允许启动一级反渗透，一级反渗透在运行时，开启加药泵在进水总管内需注入阻垢剂和还原剂，用以保护反渗透滤芯。

加药泵的运行反馈信号与反渗透机组的进水阀联锁，同时进水阀开到位信号与反渗透机组的增压泵和高压泵启动信号是联锁的。

二级反渗透机组共三套，每套含三组阀门。

机组的启停，同样受一级除盐水箱液位影响，液位高度信号计入联锁程序。

一级和二级反渗透的产出的除盐水的通过外输泵送往用户。

由于用户的用水量的不确定性，故外输泵采用的是变频控制的恒压供水方式。

3 程序编制
（1）本工程中外输泵的恒压供水，在STEP7软件编程时均采用的是PID功能块FB41，通过预设的管道压力，以及采集的实时压力值，进行PID调节，输出4～20mA信号作为变频器的给定值，从而改变水泵叶轮转速，使管道内压力趋近于设定值。

（2）换热器进出水的温度控制则使用了PID功能块FB58，与FB41相比，FB58多了“控制带”的功能。

由于温度控制回路是一个有明显滞后特性的对象，实际的调节过程中，在过程值偏离设定值较大时，调节过程过于缓慢，而在接近设定值时容易出现较大的超调。

从上述的两个问题出发，PID应该满足这样的功能：
1）在偏差超过一定的范围（控制带以外）时，PID输出最大或者最小的调节量，让温度值快速回到一个小的范围中，以缩短回路的调节时间；
2）在设定值（控制带以内）附近时，越靠近调节量变化越小，以防止超调。

FB58的“控制带”功能解决了在偏差较大时PID调节过于缓慢的问题。

（3）本工程中的多介质过滤器机组、超滤机组、一二级反渗透机组，机组种类多，编程时采用分别编制各机组的FB功能块，配合不同的背景数据块，调用块时仅仅变更管脚参数，即可达到简化程序，降低工作量的目的。

（4）画面中设置了报警和趋势记录。

报警画面中记录了机组运行过程中的，非正常状态，譬如阀门启闭超时、液位超限、变频器报警、电机过热保护等。

趋势记录中记载了设备运行过程中的各项过程检测值，譬如水质参数（电导率、PH 值、ORP值），流体相关参数（压力、温度、流量），电机运行参数（频率、电流）等。

（5）本工程中设置了两台操作员站和一台工程师站，配置了两级密码赋予不同的权限。

操作员站能执行画面监控、操作的功能，但不能修改工艺参数，譬如机组内步序运行时间、外输管道压力设定等。

工程师站则无功能限制。

若不进行用户登录，则画面仅能执行监视功能。

4 结束语
除盐水制水工艺中，根据产水量的大小不同，可以配置数量不等的机组，PLC 和监控软件相结合的应用，使得自动控制高度集成化，可有效提高生产效率、降低生产成本、优化人员配置。

参考文献：
[1]《用STEP 7编程》.2010.
[2]《温度PID控制功能块FB58使用入门》.2011.。