精处理控制系统存在的问题及改进方法

精处理控制系统存在的问题及改进方法

作者：冯东膂

来源：《中国高新技术企业》2016年第02期

摘要：文章从实际运用的角度，阐述了有代表性的六个问题的故障现象，分析了各问题产生的软硬件原因，综述了热工控制方面的解决方案和过程，对问题产生的深层原因进行了剖析，并结合工作经验给出了建设性的意见。

关键词：凝结水精处理；UNITY PRO；Citec；阀门控制；设计处理流量文献标识码：A

中图分类号：TM621 文章编号：1009-2374（2016）02-0030-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.02.014

1 系统简介

此凝结水精处理设计处理流量为1452t/h，压力为4.0MPa，设计温度不超过55℃。系统由2×50%前置过滤系统加3×50%球形高速混床系统组成，一套高速混床体外再生系统以及过滤器反洗系统（预留与另一扩建机组公用），再生系统运行设计压力值为0.6MPa。采用目前国内先进的“完全分离法”或称“高塔分离法”，树脂界面检测装置光电比色方法。凝结水精处理系统按氨周期运行设计。此系统由两台前置过滤器和三台高混各采用并联形式连接，扩建的两台机共用一套再生装置和反洗装置。正常运行情况下，两台高混运行，一台备用。当一台高混失效时，应首先投入备用高混，确认备用高混投入运行后，再解列失效高混。而一台过滤器失效时，将自动打开50%过滤器旁路门进行50%流量调节，再解列失效过滤器。高混失效退出运行后，若再生系统处于再生结束状态，即树脂分离罐（SPT）内仅有混脂，阳再生兼储存罐（CRT）内有再生好的备份树脂，则失效高混的树脂输往树脂分离罐（SPT）进行阴、阳树脂的清洗、分离，然后将阳再生兼储存罐中的备份树脂送入高混。阳、阴混合树脂分离采用目前国内较先进的高塔分离技术，此工艺技术可以使阴、阳树脂的交叉污染降低到0.1%以下。设计阳、阴树脂体积比为1∶1。在阴阳树脂界面附近，有一层0.8m的隔离树脂层，即混脂层，其中阳树脂高0.3m、阴树脂高0.5m，混床树脂床层总高度1.1m。当电导率、钠含量、压差、二氧化硅中任何一项升高达设定值时，自动投运第三台备用混床，失效凝结水精处理混床自动退出运行，失效树脂用水/气力输送至体外再生系统，以进行分离和彻底的化学再生。已再生好的备用树脂自储存罐输送至该混床中，并正洗至出水电导率合格后备用。在混床出水电导率合格前，用再循环泵进行循环冲洗。控制系统硬件由Quantam 系列组成。下位组态软件使用Unity Pro XL V3.1。上位机组态软件为CitectScada V7.10，操作系统是windows XP。现场控制执行机构大多为单控气动阀，分离塔稳流调节门、高混旁路阀以及前置过滤器旁路阀为电动调节阀。

此系统自2009年投产以来，多次出现异常，运行人员反映控制系统程序混乱，发生过系统阀门误动，引起凝结水压力波动较大，造成凝结水泵联动等问题。

2 问题描述

（1）2010年1月某日，运行人员在进行完凝结水精处理高效混床前置过滤器清洗后投运系统时，凝结水母管压力突降至1.0MPa，凝结水泵备用泵联动；（2）程序执行暂停后，当前步序不显示，运行人员无法判断工艺流程的执行情况；（3）再生系统树脂再生时，高速混床不能投运；（4）再生组、高混从组操方式改成点操方式后，系统部分低压阀门误动作；（5）热水三通调节阀失灵，不起作用。以上问题的存在对系统安全运行造成了威胁，同时也给运行人员安全使用这套系统形成了隐患。

3 故障分析

针对所出现的问题，我们分类别地进行了分析和长时间的跟踪。其中部分故障是现场设备故障，但更多的是系统在设计和控制程序编制时以及后期调试期考虑不周留下的隐患。对前置过滤器清洗后投运系统时，引起凝结水泵备用泵联动的情况。通过对运行操作记录查看和现场询问后发现：（1）运行在进行清洗前置过滤器后投运过程中未到就地查看就地前置过滤器压力检测仪表；（2）前置过滤器升压门在开启过程中有卡塞的现象，有时会开不到位；（3）前置过滤器投运过程中在程控方式下未对升压门的开位进行判断，只是按时间进行程序跳步；（4）远方（PLC中）没有设计前置过滤器、高效混床的压力信号，只有满水信号。

综合发现的情况和程序分析的结果以及凝结水泵母管压力联动的历史曲线分析，可以发现此次设备联动属正确动作。主要原因是前置过滤器在投运过程中的升压步升压门开启不到位，容器升压不足，导致在投运过程中造成系统瞬间泄压，设备受到冲击。

针对“程序执行暂停后，当前步序不显示”，分析PLC控制程序和上位组态程序，在PLC 程序中有一个寄存器寄存当前步号，但上位组态程序未对其进行索引应用，导致运行人员在遇到现场设备需要暂停程序处理后，不知现在程序的步序（有的步序执行时间很长，而且反复多次，例如再生程序中的空气擦洗步，运行人员可能需要两天的操作，这就有可能导致执行暂停的人和后续恢复的人不是同一人或不在同一班），这种情况极易造成操作上混乱或者运行人员思路混乱，从而导致运行工艺混乱或时间过长。

对“再生系统树脂再生时，高速混床不能投运”，我们进行了在线监视分析。控制程序中在再生系统树脂再生时禁止开启高速混床高压侧的阀门，在询问了厂家以及对系统和运行工艺分析后得知这样的设计只是防止高压的凝结水对再生系统的冲击，而实际上只是需要高压侧的阀门打开时不同时开低压侧阀门即可，在树脂进行再生时是可以投运混床的。

对“控制方式从成组方式切到点操方式时，低压阀门误动”的情况，在长期的跟踪和下位程序分析后，我们改写了部分阀门动作的允许条件。但问题没有得到根本解决，此问题还反映在，随着系统运行时间越长，阀门误动的次数会增加且阀门种类会不一样，并不一定是低压阀门误动，实际过程中也出现了高压阀门误动的情况。

单分析下位程序，并未发现明显的不足之处。

在跟踪过程中技术人员反映有的阀门控制面板上的指令“灯”不消失，而且有的是“开”和“关”都亮着。对阀门进行点操操作，开关阀门都正常，就是指令“灯”不消失。进行在线监视，证实上位机指令确实没有复归。根据Citec的功能函数的介绍，上位机所采用的是2s的脉冲控制指令，Citec的指令直接对PLC内存进行操作，并没有其他中间环节，那为什么上位机的指令不“消失”呢？在调试时，运行人员在上位机对阀门操作面板的指令按钮进行重复操作，可以复归指令。针对这种现象，技术人员对上位软件中的阀门操作面班进行深层次的剖析。在对指令不消失的阀门操作面板进行指令重复操作，2s后指令复归。从这一点观察，功能函数并没有出错。那么问题很可能在操作面板与操作系统内存管理之间上存在问题。操作面板实际是一个弹出窗口，在Windows中对窗口的操作实际是根据窗口句柄指向的地址进行内存操作，如果窗口句柄关闭，则在窗口中的局部变量就不能被操作。在上位机的操作实际是将指令操作到计算机的内存中，操作系统再根据组态软件定义的IP地址与PLC进行内存映射，从而通讯时进行数据交换。根据这种思想，技术人员根据平常观察到的运行操作习惯，快速地进行阀门点操，同时在2s之内关闭控制面板，成功地将指令“锁存”，找到了故障出现的真正原因。

热水三通调节阀是一个气动调节阀，而且不带模拟量反馈装置。运行人员手动根据阀后温度进行开度调节，实际是一个开环调节。阀门在开启的前10%的区间，阀后的温度变化很小，在20%～80%的区间，温度上升趋势从缓慢到迅速，而且从24%后是线性度较好的部分，冷热水混合充分，调节变化较快。根据阀门特性曲线，技术人员在现场进行了相关试验，实际的特性曲线如下：

调节严重滞后，而且后期变化太快，运行人员根据温度变化调节常常反映不过来，导致热水温度不稳，影响树脂再生流程及树脂再生效果。在现场进行检查，控制输出信号稳定且连续，但在阀门动作上却滞后很多。观察发现，气动调节阀关死后，调节器没有气息声，调节启动初期，阀门有卡塞现象，综合分析，应该是调节器调试不到位，行程末端过调，导致调节行程过短，影响调节效果。

4 解决方案及建议

根据问题原因以及后期对控制逻辑的分析，在阀门控制上增加下列内容：（1）系统所有阀门设备增加故障显示；（2）阀门故障后增加报警功能，故障时设备附近显示“阀门故障”报警。在报警列表中可以做事故查询；（3）系统投运和再生设置故障自动暂停功能，输送不设暂停。阀门开启不到位，判定为故障自动暂停；增加故障跳过功能，对不重要的故障，如个别阀信号有问题引起的暂停可以跳过运行下一步；（4）高压阀门与低压阀门设置连锁，高压阀开时低压阀必须关闭，但低压阀有未关严密的情况时高压阀自动关闭，但投运后除外，投运过程中在升压前自动走升压程序，升压完后如有发生低压阀开的情况程序走到投运，进出水阀也不能打开，投运失败；（5）在上位机程序中对阀门操作面板精灵进行修改，在控制信号脉冲未消失前禁止关闭操作面板（将关闭按钮不使能）。