精處理控制系統(tǒng)存在的問題及改進(jìn)方法

摘要：文章從實(shí)際運(yùn)用的角度，闡述了有代表性的六個(gè)問題的故障現(xiàn)象，分析了各問題產(chǎn)生的軟硬件原因，綜述了熱工控制方面的解決方案和過程，對問題產(chǎn)生的深層原因進(jìn)行了剖析，并結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)給出了建設(shè)性的意見。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水精處理；UNITY PRO；Citec；閥門控制；設(shè)計(jì)處理流量 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）02-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.014

1 系統(tǒng)簡介

此凝結(jié)水精處理設(shè)計(jì)處理流量為1452t/h，壓力為4.0MPa，設(shè)計(jì)溫度不超過55℃。系統(tǒng)由2×50%前置過濾系統(tǒng)加3×50%球形高速混床系統(tǒng)組成，一套高速混床體外再生系統(tǒng)以及過濾器反洗系統(tǒng)（預(yù)留與另一擴(kuò)建機(jī)組公用），再生系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)壓力值為0.6MPa。采用目前國內(nèi)先進(jìn)的“完全分離法”或稱“高塔分離法”，樹脂界面檢測裝置光電比色方法。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)按氨周期運(yùn)行設(shè)計(jì)。此系統(tǒng)由兩臺前置過濾器和三臺高混各采用并聯(lián)形式連接，擴(kuò)建的兩臺機(jī)共用一套再生裝置和反洗裝置。正常運(yùn)行情況下，兩臺高混運(yùn)行，一臺備用。當(dāng)一臺高混失效時(shí)，應(yīng)首先投入備用高混，確認(rèn)備用高混投入運(yùn)行后，再解列失效高混。而一臺過濾器失效時(shí)，將自動打開50%過濾器旁路門進(jìn)行50%流量調(diào)節(jié)，再解列失效過濾器。高混失效退出運(yùn)行后，若再生系統(tǒng)處于再生結(jié)束狀態(tài)，即樹脂分離罐（SPT）內(nèi)僅有混脂，陽再生兼儲存罐（CRT）內(nèi)有再生好的備份樹脂，則失效高混的樹脂輸往樹脂分離罐（SPT）進(jìn)行陰、陽樹脂的清洗、分離，然后將陽再生兼儲存罐中的備份樹脂送入高混。陽、陰混合樹脂分離采用目前國內(nèi)較先進(jìn)的高塔分離技術(shù)，此工藝技術(shù)可以使陰、陽樹脂的交叉污染降低到0.1%以下。設(shè)計(jì)陽、陰樹脂體積比為1∶1。在陰陽樹脂界面附近，有一層0.8m的隔離樹脂層，即混脂層，其中陽樹脂高0.3m、陰樹脂高0.5m，混床樹脂床層總高度1.1m。當(dāng)電導(dǎo)率、鈉含量、壓差、二氧化硅中任何一項(xiàng)升高達(dá)設(shè)定值時(shí)，自動投運(yùn)第三臺備用混床，失效凝結(jié)水精處理混床自動退出運(yùn)行，失效樹脂用水/氣力輸送至體外再生系統(tǒng)，以進(jìn)行分離和徹底的化學(xué)再生。已再生好的備用樹脂自儲存罐輸送至該混床中，并正洗至出水電導(dǎo)率合格后備用。在混床出水電導(dǎo)率合格前，用再循環(huán)泵進(jìn)行循環(huán)沖洗。控制系統(tǒng)硬件由Quantam 系列組成。下位組態(tài)軟件使用Unity Pro XL V3.1。上位機(jī)組態(tài)軟件為CitectScada V7.10，操作系統(tǒng)是windows XP?，F(xiàn)場控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)大多為單控氣動閥，分離塔穩(wěn)流調(diào)節(jié)門、高混旁路閥以及前置過濾器旁路閥為電動調(diào)節(jié)閥。

此系統(tǒng)自2009年投產(chǎn)以來，多次出現(xiàn)異常，運(yùn)行人員反映控制系統(tǒng)程序混亂，發(fā)生過系統(tǒng)閥門誤動，引起凝結(jié)水壓力波動較大，造成凝結(jié)水泵聯(lián)動等問題。

2 問題描述

（1）2010年1月某日，運(yùn)行人員在進(jìn)行完凝結(jié)水精處理高效混床前置過濾器清洗后投運(yùn)系統(tǒng)時(shí)，凝結(jié)水母管壓力突降至1.0MPa，凝結(jié)水泵備用泵聯(lián)動；（2）程序執(zhí)行暫停后，當(dāng)前步序不顯示，運(yùn)行人員無法判斷工藝流程的執(zhí)行情況；（3）再生系統(tǒng)樹脂再生時(shí)，高速混床不能投運(yùn)；（4）再生組、高混從組操方式改成點(diǎn)操方式后，系統(tǒng)部分低壓閥門誤動作；（5）熱水三通調(diào)節(jié)閥失靈，不起作用。以上問題的存在對系統(tǒng)安全運(yùn)行造成了威脅，同時(shí)也給運(yùn)行人員安全使用這套系統(tǒng)形成了隱患。

3 故障分析

針對所出現(xiàn)的問題，我們分類別地進(jìn)行了分析和長時(shí)間的跟蹤。其中部分故障是現(xiàn)場設(shè)備故障，但更多的是系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和控制程序編制時(shí)以及后期調(diào)試期考慮不周留下的隱患。對前置過濾器清洗后投運(yùn)系統(tǒng)時(shí)，引起凝結(jié)水泵備用泵聯(lián)動的情況。通過對運(yùn)行操作記錄查看和現(xiàn)場詢問后發(fā)現(xiàn)：（1）運(yùn)行在進(jìn)行清洗前置過濾器后投運(yùn)過程中未到就地查看就地前置過濾器壓力檢測儀表；（2）前置過濾器升壓門在開啟過程中有卡塞的現(xiàn)象，有時(shí)會開不到位；（3）前置過濾器投運(yùn)過程中在程控方式下未對升壓門的開位進(jìn)行判斷，只是按時(shí)間進(jìn)行程序跳步；（4）遠(yuǎn)方（PLC中）沒有設(shè)計(jì)前置過濾器、高效混床的壓力信號，只有滿水信號。

綜合發(fā)現(xiàn)的情況和程序分析的結(jié)果以及凝結(jié)水泵母管壓力聯(lián)動的歷史曲線分析，可以發(fā)現(xiàn)此次設(shè)備聯(lián)動屬正確動作。主要原因是前置過濾器在投運(yùn)過程中的升壓步升壓門開啟不到位，容器升壓不足，導(dǎo)致在投運(yùn)過程中造成系統(tǒng)瞬間泄壓，設(shè)備受到?jīng)_擊。

針對“程序執(zhí)行暫停后，當(dāng)前步序不顯示”，分析PLC控制程序和上位組態(tài)程序，在PLC程序中有一個(gè)寄存器寄存當(dāng)前步號，但上位組態(tài)程序未對其進(jìn)行索引應(yīng)用，導(dǎo)致運(yùn)行人員在遇到現(xiàn)場設(shè)備需要暫停程序處理后，不知現(xiàn)在程序的步序（有的步序執(zhí)行時(shí)間很長，而且反復(fù)多次，例如再生程序中的空氣擦洗步，運(yùn)行人員可能需要兩天的操作，這就有可能導(dǎo)致執(zhí)行暫停的人和后續(xù)恢復(fù)的人不是同一人或不在同一班），這種情況極易造成操作上混亂或者運(yùn)行人員思路混亂，從而導(dǎo)致運(yùn)行工藝混亂或時(shí)間過長。

對“再生系統(tǒng)樹脂再生時(shí)，高速混床不能投運(yùn)”，我們進(jìn)行了在線監(jiān)視分析?？刂瞥绦蛑性谠偕到y(tǒng)樹脂再生時(shí)禁止開啟高速混床高壓側(cè)的閥門，在詢問了廠家以及對系統(tǒng)和運(yùn)行工藝分析后得知這樣的設(shè)計(jì)只是防止高壓的凝結(jié)水對再生系統(tǒng)的沖擊，而實(shí)際上只是需要高壓側(cè)的閥門打開時(shí)不同時(shí)開低壓側(cè)閥門即可，在樹脂進(jìn)行再生時(shí)是可以投運(yùn)混床的。

對“控制方式從成組方式切到點(diǎn)操方式時(shí)，低壓閥門誤動”的情況，在長期的跟蹤和下位程序分析后，我們改寫了部分閥門動作的允許條件。但問題沒有得到根本解決，此問題還反映在，隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間越長，閥門誤動的次數(shù)會增加且閥門種類會不一樣，并不一定是低壓閥門誤動，實(shí)際過程中也出現(xiàn)了高壓閥門誤動的情況。

單分析下位程序，并未發(fā)現(xiàn)明顯的不足之處。

在跟蹤過程中技術(shù)人員反映有的閥門控制面板上的指令“燈”不消失，而且有的是“開”和“關(guān)”都亮著。對閥門進(jìn)行點(diǎn)操操作，開關(guān)閥門都正常，就是指令“燈”不消失。進(jìn)行在線監(jiān)視，證實(shí)上位機(jī)指令確實(shí)沒有復(fù)歸。根據(jù)Citec的功能函數(shù)的介紹，上位機(jī)所采用的是2s的脈沖控制指令，Citec的指令直接對PLC內(nèi)存進(jìn)行操作，并沒有其他中間環(huán)節(jié)，那為什么上位機(jī)的指令不“消失”呢？在調(diào)試時(shí)，運(yùn)行人員在上位機(jī)對閥門操作面板的指令按鈕進(jìn)行重復(fù)操作，可以復(fù)歸指令。針對這種現(xiàn)象，技術(shù)人員對上位軟件中的閥門操作面班進(jìn)行深層次的剖析。在對指令不消失的閥門操作面板進(jìn)行指令重復(fù)操作，2s后指令復(fù)歸。從這一點(diǎn)觀察，功能函數(shù)并沒有出錯(cuò)。那么問題很可能在操作面板與操作系統(tǒng)內(nèi)存管理之間上存在問題。操作面板實(shí)際是一個(gè)彈出窗口，在Windows中對窗口的操作實(shí)際是根據(jù)窗口句柄指向的地址進(jìn)行內(nèi)存操作，如果窗口句柄關(guān)閉，則在窗口中的局部變量就不能被操作。在上位機(jī)的操作實(shí)際是將指令操作到計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，操作系統(tǒng)再根據(jù)組態(tài)軟件定義的IP地址與PLC進(jìn)行內(nèi)存映射，從而通訊時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。根據(jù)這種思想，技術(shù)人員根據(jù)平常觀察到的運(yùn)行操作習(xí)慣，快速地進(jìn)行閥門點(diǎn)操，同時(shí)在2s之內(nèi)關(guān)閉控制面板，成功地將指令“鎖存”，找到了故障出現(xiàn)的真正原因。

熱水三通調(diào)節(jié)閥是一個(gè)氣動調(diào)節(jié)閥，而且不帶模擬量反饋裝置。運(yùn)行人員手動根據(jù)閥后溫度進(jìn)行開度調(diào)節(jié)，實(shí)際是一個(gè)開環(huán)調(diào)節(jié)。閥門在開啟的前10%的區(qū)間，閥后的溫度變化很小，在20%～80%的區(qū)間，溫度上升趨勢從緩慢到迅速，而且從24%后是線性度較好的部分，冷熱水混合充分，調(diào)節(jié)變化較快。根據(jù)閥門特性曲線，技術(shù)人員在現(xiàn)場進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，實(shí)際的特性曲線如下：

調(diào)節(jié)嚴(yán)重滯后，而且后期變化太快，運(yùn)行人員根據(jù)溫度變化調(diào)節(jié)常常反映不過來，導(dǎo)致熱水溫度不穩(wěn)，影響樹脂再生流程及樹脂再生效果。在現(xiàn)場進(jìn)行檢查，控制輸出信號穩(wěn)定且連續(xù)，但在閥門動作上卻滯后很多。觀察發(fā)現(xiàn)，氣動調(diào)節(jié)閥關(guān)死后，調(diào)節(jié)器沒有氣息聲，調(diào)節(jié)啟動初期，閥門有卡塞現(xiàn)象，綜合分析，應(yīng)該是調(diào)節(jié)器調(diào)試不到位，行程末端過調(diào)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)行程過短，影響調(diào)節(jié)效果。

4 解決方案及建議

根據(jù)問題原因以及后期對控制邏輯的分析，在閥門控制上增加下列內(nèi)容：（1）系統(tǒng)所有閥門設(shè)備增加故障顯示；（2）閥門故障后增加報(bào)警功能，故障時(shí)設(shè)備附近顯示“閥門故障”報(bào)警。在報(bào)警列表中可以做事故查詢；（3）系統(tǒng)投運(yùn)和再生設(shè)置故障自動暫停功能，輸送不設(shè)暫停。閥門開啟不到位，判定為故障自動暫停；增加故障跳過功能，對不重要的故障，如個(gè)別閥信號有問題引起的暫停可以跳過運(yùn)行下一步；（4）高壓閥門與低壓閥門設(shè)置連鎖，高壓閥開時(shí)低壓閥必須關(guān)閉，但低壓閥有未關(guān)嚴(yán)密的情況時(shí)高壓閥自動關(guān)閉，但投運(yùn)后除外，投運(yùn)過程中在升壓前自動走升壓程序，升壓完后如有發(fā)生低壓閥開的情況程序走到投運(yùn)，進(jìn)出水閥也不能打開，投運(yùn)失??；（5）在上位機(jī)程序中對閥門操作面板精靈進(jìn)行修改，在控制信號脈沖未消失前禁止關(guān)閉操作面板（將關(guān)閉按鈕不使能）。

通過對各問題的妥善處理，現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量大大降低。然而，探尋問題產(chǎn)生的原因，可以看出大部分是在安裝調(diào)試階段考慮不周或經(jīng)驗(yàn)不足?，F(xiàn)在大型主流PLC邏輯編寫多采用模塊化的功能塊，現(xiàn)場的各種邏輯條件只需要在外圍，根據(jù)接口進(jìn)行搭建。這樣一方面減少控制邏輯編寫的工作量；另一方面邏輯更加具有可讀性。在編寫人機(jī)接口相關(guān)程序時(shí)，應(yīng)注重運(yùn)行人員操作習(xí)慣，特別是擴(kuò)建機(jī)組，在界面風(fēng)格、操作方式應(yīng)該盡量與前期工程保持一致。在調(diào)試期間，需按調(diào)試規(guī)程以及相關(guān)規(guī)定盡量將工作細(xì)化，從而找出系統(tǒng)可能存在的問題，給予根本上的解決?？刂葡到y(tǒng)方面存在的問題，哪怕是因?yàn)榭紤]不充分而留下的一個(gè)小錯(cuò)，隨著某些耦合因素的出現(xiàn)，總會暴露出來，只是時(shí)間不同，造成的后果不同。所以熱控人員必須通過不斷學(xué)習(xí)，吸取他人的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，舉一反三，長期細(xì)致工作才能使系統(tǒng)更加完善。

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作者簡介：馮東膂（1975-），男，湖南湘潭人，湖南大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司輔控班班長，熱控作業(yè)工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：周 瓊）