DCS在分布式能源站化學(xué)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用

鄭煒

[摘? ? 要]? 某分布式能源站新建化學(xué)水處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用和利時MACS V650系統(tǒng)，主要介紹了和利時MACS V650系統(tǒng)特點、硬件設(shè)計、軟件功能等，并針對DCS在調(diào)試應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題提出邏輯優(yōu)化和解決方案。

[關(guān)鍵詞]水處理系統(tǒng);和利時MACSV6;程控;設(shè)計與應(yīng)用

[中圖分類號]TM61 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）02–0–03

Application of DCS in Chemical Water Treatment System of? Distributed Energy Station

Zheng Wei

[Abstract]A new chemical water treatment system is built in a distributed energy station， and the control system adopts Hollysys Macs V650 system. This paper introduces the characteristics of Hollysys Macs V650 system， mainly including the hardware design and software functions of Hollysys Macs V6 control system， and puts forward logic optimization and solutions to the problems in the commissioning and application of DCS.

[Keywords]water treatment system; hollysys macv6; program control; design and application

某分布式能源站新建2×40 MW級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，在工程建設(shè)階段，經(jīng)過收資、論證和進行可行性分析與方案比較，從設(shè)計開始把化學(xué)水處理系統(tǒng)納入全廠的DCS控制，代替電廠傳統(tǒng)使用的PLC控制，實現(xiàn)其與聯(lián)合循環(huán)機組一起在全廠集控室進行集中監(jiān)控，提高自動化水平。

1 鍋爐補給水系統(tǒng)總工藝流程

本工程項目鍋爐補給水處理采用兩級反滲透膜法水處理工藝，工藝流程如下：自來水→清水箱→超濾進水泵→超濾保安過濾器→超濾膜組件→超濾產(chǎn)水箱→超濾產(chǎn)水泵→一級反滲透保安過濾器→一級反滲透高壓泵→一級反滲透膜組件→一級反滲透產(chǎn)水箱→一級反滲透產(chǎn)水泵→二級反滲透保安過濾器→二級反滲透高壓泵→二級反滲透膜組件→除鹽水箱→除鹽水泵→主廠房。

整套系統(tǒng)的設(shè)計除配藥、清洗外，按無人值守運行設(shè)計考慮，化水車間不設(shè)運行控制室。

2 水處理控制系統(tǒng)配置

該分布式能源站是按全廠DCS系統(tǒng)一體化要求配置的，包括主廠房（2套機組和公用系統(tǒng)）和輔助車間，化學(xué)水處理系統(tǒng)與其他輔助車間（如天然氣調(diào)壓站、空壓機等）的監(jiān)控一起組成DCS全廠公用系統(tǒng)，并與#1機組DCS和#2機組DCS通過交換機聯(lián)網(wǎng)在一起。

本項目DCS系統(tǒng)采用和利時MACSV650，是由和利時公司基于先進自動化技術(shù)開發(fā)的集成工業(yè)自動化系統(tǒng)，將多年開發(fā)的各種自動化系統(tǒng)和設(shè)備進行有機結(jié)合，MACSV650控制系統(tǒng)技術(shù)更先進，功能更強大。

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

MACSV650系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為上、下兩層，分為監(jiān)測控制層和現(xiàn)場控制層。

監(jiān)測控制層為雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它通過一個TCP/IP協(xié)議的冗余以太網(wǎng)與下層進行通信，將經(jīng)過處理的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)顯示給操作員，并將操作員指令傳遞給下層。各個設(shè)備（包括操作員站、工程師站、歷史站、通訊站、控制站和打印機等）通過交換機連成網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)場控制層主要包括DP總線、I/O模塊等，DPU通過DP總線與I/O設(shè)備進行通信，I/O設(shè)備將采集數(shù)據(jù)傳輸給控制站中的DPU，由它按照預(yù)先下裝的算法處理數(shù)據(jù)并將需要顯示的數(shù)據(jù)傳遞給監(jiān)測控制層，從上層操作員站來的以及控制站生成的指令也將被傳遞給現(xiàn)場執(zhí)行器。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)配置

DCS在化水車間的電子間設(shè)置了1個化水系統(tǒng)遠程DPU站，包括1個DPU主控柜和2個擴展柜，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)到集控室的公用系統(tǒng)操作員站、工程師站及歷史站等，實現(xiàn)全能源站一體化控制。

DCS為電廠運行和維護人員提供了高性能、高可靠性、快速響應(yīng)以及維護便捷的操作接口，可以及時了解現(xiàn)場工況，發(fā)出操作指令。操作員站功能包括：數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)節(jié)、報警、趨勢、總貌圖、模擬流程圖、數(shù)據(jù)一覽、日志管理、事件順序記錄、報表和數(shù)據(jù)統(tǒng)計、顯示管理、人機對話、打印管理、系統(tǒng)故障診斷及故障監(jiān)視、操作員在線參數(shù)設(shè)定、存檔數(shù)據(jù)的離線查詢等。流程畫面包括：超濾系統(tǒng)，一級反滲透系統(tǒng)，二級反滲透系統(tǒng)，壓縮空氣系統(tǒng)，加NaClO及還原劑系統(tǒng)，加酸及阻垢劑系統(tǒng)，加堿系統(tǒng)，清洗系統(tǒng)，回收水及廢水處理系統(tǒng)等。

3 水處理的控制功能

化學(xué)水處理系統(tǒng)所有控制閥采用就地和遠程控制方式，即使在DCS系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通過就地控制實現(xiàn)手動制水，保證機組鍋爐運行的可靠性?？刂葡渖线x用3位選擇開關(guān)，分別為就地開、就地關(guān)、遠程控制。選擇遠程控制時，控制閥由DCS控制。

程序控制除配藥、清洗外，實現(xiàn)了全自動控制。超濾裝置程控范圍由超濾提升泵、自清洗過濾器、UF裝置（含加藥清洗裝置）、500 m3清水箱、60 m3超濾水箱等組成。一、二級反滲透系統(tǒng)（RO）程控范圍由一級提升泵、一級高壓泵、保安過濾器、一級RO、一級50 m3反滲透產(chǎn)水箱、二級提升泵、二級高壓泵、二級RO、500 m3除鹽水箱及加藥清洗裝置等組成。以一級反滲透系統(tǒng)（RO）為例，一級RO裝置程控的步序表及邏輯組態(tài)如表1、圖/2所示。

DCS邏輯組態(tài)采用SQC功能塊實現(xiàn)順控功能，一個SQC功能塊總步數(shù)可在3～100設(shè)置，可設(shè)置反饋信號、步驟間隔時間、步驟失敗時間、跳步允許、執(zhí)行順序開關(guān)及循環(huán)開關(guān)等，適用于如幾個設(shè)備按順序開，第一個設(shè)備開到位后接著開第二個設(shè)備，依次類推。整個水處理系統(tǒng)有很多個工序步驟程控，且同一個步序?qū)?yīng)的氣動閥、泵也按設(shè)置好的順序開/啟，使用SQC功能塊來實現(xiàn)既方便又直觀。

對于高壓泵，嚴禁在開啟進水閥、濃水排放閥的情況下開啟高壓泵，否則可能對反滲透膜造成不可恢復(fù)的破壞（要求閉閥啟泵）。同時在RO高壓泵設(shè)置了連鎖保護，在高壓泵的進水口和出水口均裝有壓力開關(guān)：當供水量不足造成高壓泵入口壓力過低（≤0.2 MPa）時保護動作停高壓泵，防止泵的入口氣化和在膜組件中產(chǎn)生水錘現(xiàn)象;當高壓泵啟動一段時間后，如果泵出口閥門未能及時打開，造成泵出口壓力過高（≥1.5 MPa）保護動作停高壓泵。

RO裝置的保安過濾器進出口裝有差壓變送器，當差壓超過某設(shè)定值時，保護會自動切斷高壓泵供電，保護系統(tǒng)設(shè)備不受損害。

RO裝置中進水壓力、段間壓力及濃水壓力之間的連鎖保護：當（進水壓力-段間壓力）≧定值的1.15倍時報警并進行化學(xué)清洗，當≧定值1.30倍時報警并延時20 s停反滲透裝置。同樣，當（段間壓力-濃水壓力）≧定值1.15倍時報警并進行化學(xué)清洗，當≧定值1.30倍時報警并延時20 s停反滲透裝置。

4 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決辦法

4.1 水處理系統(tǒng)儀用壓縮空氣罐改為單獨配置

能源站全廠壓縮空氣系統(tǒng)配置了3臺空氣壓縮機，并設(shè)有專門的儀用壓縮空氣罐。但水處理系統(tǒng)廠家開始只配了1臺儀控與工藝生產(chǎn)共用氣的壓縮空氣罐。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)當超濾保安過濾器進入UF氣洗步序時，生產(chǎn)用氣量一下子大增，多于空氣罐的進氣量，使得空氣罐壓力很快降下來，造成氣動閥由于氣壓不夠動作不正常，程控系統(tǒng)失靈。為此，在水處理系統(tǒng)增加1臺儀用壓縮空氣罐單獨供氣給氣動閥后，氣動閥的動作未出現(xiàn)異常。

4.2 反饋信號處理問題

為了防止對DCS卡件的強電沖擊，對于外部輸入開關(guān)量信號全部使用隔離繼電器實現(xiàn)現(xiàn)場與I/O卡件的電氣隔離。由于大部分電機設(shè)備只有一個運行反饋信號，若要用運行停止信號做連鎖時，只能用運行信號取非，若此時隔離繼電器電源失電，運行信號變?yōu)?，邏輯判斷也認為是停止，但實際設(shè)備并未停止，容易引起設(shè)備誤動。為此增加泵電流信號判斷，若電流小于定值，且運行信號反饋消失，才確定設(shè)備已停止。

4.3 超濾裝置程控邏輯優(yōu)化

在調(diào)試過程中，超濾裝置程控邏輯出現(xiàn)需要根據(jù)選擇的清水泵、原水殺菌劑計量泵、超濾反洗水泵、反洗殺菌劑計量泵、反洗酸計量泵、反洗堿計量泵等條件進行邏輯運行及反洗，當其中只要有一個條件不滿足（或門）達到停機條件，邏輯都會進行停機或者啟動不了。由于超濾裝置共有3套，而反洗水泵、原水計量泵、反洗計量泵等各有兩臺，如果3套超濾裝置同時邏輯程控運行，就會有其中一套超濾裝置啟動不了或者在反洗程序步驟中完成不了進行停機的問題。

清水泵、反洗水泵、原水計量泵及反洗計量泵等配置為兩臺泵，一用一備，有連鎖啟動備用泵保護。為了能滿足3套超濾裝置同時運行，程控邏輯做了相應(yīng)修改優(yōu)化：①增加超濾裝置（運行時間）檢測步序，當超濾過濾器檢測到有其他過濾器正處于“步序反洗”至“步序正洗”時，該超濾過濾器保持繼續(xù)運行，直到條件滿足才轉(zhuǎn)到反洗。若進入反洗時檢測到有其他超濾過濾器還處于運行狀態(tài)，則清水泵保持運行狀態(tài)。②3套超濾裝置錯開運行或按運行時數(shù)結(jié)束時的先后順序排隊進入下個步序，根據(jù)《超濾裝置運行步序表》的步序自動開啟相應(yīng)的氣動閥、泵，同一步序的氣動閥、泵也按設(shè)置好的順序依次開啟。當其中某個設(shè)備未能按照原定程序進行時，超濾裝置發(fā)出報警并提示，超濾裝置停止運行，運行時間將保持在停止發(fā)生的那一刻。程控邏輯優(yōu)化后，運行無異常。

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)投運后，實現(xiàn)了化學(xué)水處理系統(tǒng)的程序控制，明顯提高了自動化控制水平，水處理設(shè)備運行穩(wěn)定，保證了發(fā)電機組的用水需要。由于控制水平的提高，制水過程中產(chǎn)生的廢水量明顯減少，起到了一定環(huán)保節(jié)能增效。同時DCS在火力發(fā)電行業(yè)的普及應(yīng)用，也促進了DCS技術(shù)的改進，不斷推出技術(shù)更先進、功能更強大的智能型DCS。本系統(tǒng)的成功應(yīng)用，對同類型機組在設(shè)計、運行方面等有很好的借鑒意義。

參考文獻

[1] 王常力，羅安.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設(shè)計與應(yīng)用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[2] 李京文.國產(chǎn)與進口DCS進入競爭時代：國產(chǎn)DCS系統(tǒng)發(fā)展的新階段[J].世界儀表與自動化，2011，（3）：16-20.

[3] 李培元，周柏青.火力發(fā)電廠水處理及水質(zhì)控制[M].北京：中國電力出版社，2018.