SGR-PLC在中水回用控制系統(tǒng)中的實例應(yīng)用

田沛霖 劉圣義 張建賓 文康林 田民格

欣格瑞（山東）環(huán)境科技有限公司 山東 濟(jì)寧 272400

1 項目概述

安徽某化工股份有限公司中水回用原水來自廢水處理后的達(dá)標(biāo)廢水（GB18918—2002一級A標(biāo)準(zhǔn)），回用規(guī)模3000m3/d，采用工藝：全自動預(yù)處理器+活性炭過濾+超濾（UF）+反滲透（RO）。產(chǎn)水可回用于車間生產(chǎn)；濃水匯入現(xiàn)有蒸發(fā)系統(tǒng)處理，實現(xiàn)綜合循環(huán)利用，具有較好的社會、經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益。

1.1 工藝流程

工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

1.2 系統(tǒng)配置

1.2.1 全自動預(yù)處理器

由預(yù)沉淀區(qū)和過濾區(qū)組成。

特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計使布水更均勻，處理效率更高、過濾效果更好。

排泥及濾料反沖洗自動化。

1.2.2 活性炭過濾器

活性炭過濾器濾料以活性炭為主，具有機(jī)械過濾和吸附的作用。當(dāng)濾料達(dá)到載留飽和，出水水質(zhì)惡化，或前后壓差升高達(dá)到設(shè)定條件時，進(jìn)行反洗。

1.2.3 超濾+反滲透裝置

超濾裝置（UF，0.001～0.01μm）和反滲透膜裝置（RO，0.0001μm）設(shè)置在線檢測儀表、自動控制閥和調(diào)節(jié)閥，均采用全自動運(yùn)行方式，運(yùn)行、切換、反洗、正沖、加藥、報警等工序全部由可編程邏輯控制器（PLC）控制系統(tǒng)完成。

系統(tǒng)脫鹽率高達(dá)99.5%，運(yùn)行壓力低，穩(wěn)定性能良好。

設(shè)置不合格排放自動控制閥，當(dāng)產(chǎn)水不符合要求時，自動切換。同時在產(chǎn)水側(cè)還設(shè)置超壓爆破膜，當(dāng)背壓超過限值，自動爆破，防止膜元件損壞。

就地操作盤上可啟/停每臺泵及控制閥；在就地儀表盤上可方便讀出各檢測運(yùn)行參數(shù)；集中取樣裝置可對每支膜元件產(chǎn)水取樣，便于故障檢測。

1.2.4 加藥系統(tǒng)和水泵

整個系統(tǒng)設(shè)有功能性加藥裝置和水泵，采用PLC全自動控制系統(tǒng)聯(lián)動運(yùn)行，保證本系統(tǒng)各設(shè)備單元的安全可靠運(yùn)行。

1.2.5 自控和儀表

系統(tǒng)設(shè)有多臺就地操作盤和就地儀表盤，就地操作盤上配置設(shè)備運(yùn)行指示燈、控制鈕和報警指示燈、報警器，對各泵、控制閥等用電設(shè)備和系統(tǒng)控制點的運(yùn)行、停止、故障等進(jìn)行顯示和報警，設(shè)有手/自轉(zhuǎn)換鈕，在手動狀態(tài)下可隨時啟停各泵閥等；就地儀表盤就地顯示系統(tǒng)各運(yùn)行參數(shù)。

控制方式切換到手動狀態(tài)時，操作員可以在就地通過機(jī)旁操作箱柜上的按鈕和旋鈕根據(jù)工藝流程手動單步操作設(shè)備的泵閥運(yùn)行各套裝置，可根據(jù)就地箱上的指示燈、設(shè)備上的閥門位置標(biāo)志以及就地顯示儀表監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

控制方式切換到自動狀態(tài)時，操作員可以在控制室上位機(jī)監(jiān)控畫面上通過鼠標(biāo)點擊設(shè)備的投運(yùn)或停運(yùn)按鈕，讓設(shè)備按PLC程序設(shè)定好的步驟自動投運(yùn)或停止各裝置。

本系統(tǒng)在控制室PLC控制柜內(nèi)設(shè)置一套西門子300系列的可編程控制器，將各節(jié)點儀表采集和傳輸?shù)膮?shù)傳輸至PLC控制系統(tǒng)，控制器通過IO模塊及繼電器回路控制系統(tǒng)中的各泵閥等。

控制系統(tǒng)設(shè)有相應(yīng)的報警功能，主要包括水泵風(fēng)機(jī)的故障報警，各裝置工藝參數(shù)如壓力、流量、電導(dǎo)、液位等的低限高限報警。當(dāng)報警信號產(chǎn)生時，就地箱或控制柜上的報警燈會閃爍，警示器發(fā)出報警聲響，設(shè)備進(jìn)入鎖定狀態(tài)，需操作員主動消除報警聲響，排除故障后按相應(yīng)的復(fù)位按鈕使設(shè)備解除鎖定狀態(tài)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，并可重新投運(yùn)。

1.3 系統(tǒng)自動控制

1.3.1 預(yù)處理自控

預(yù)處理水泵與原水箱和清水池液位連鎖，當(dāng)水箱水池液位超過設(shè)定值時，預(yù)處理水泵停止運(yùn)行；自動出現(xiàn)故障，可切換至手動控制；

1.3.2 超濾自控

超濾裝置各控制單元（包括閥門、反洗泵啟停、反洗藥劑計量泵、產(chǎn)水泵啟停、高壓泵啟停）設(shè)手/自動轉(zhuǎn)換。手動狀態(tài)下，可通過就地控制箱控制啟閉；自動狀態(tài)下，由PLC根據(jù)壓力傳感器控制各閥門啟閉。閥門包括進(jìn)水氣動閥、正排水氣動閥、產(chǎn)水氣動閥、反洗進(jìn)氣動閥、反洗上排氣動閥、反洗下排氣動閥、進(jìn)氣氣動閥、超濾反洗水回收氣動閥打開。

1.3.3 反滲透自控

反滲透裝置根據(jù)水箱液位自動開機(jī)/停機(jī)：根據(jù)除鹽水箱液位設(shè)定的高低液位值自動執(zhí)行停止和啟動程序；

系統(tǒng)自動開機(jī)時，先檢測超濾產(chǎn)水箱液位，如液位高于高液位，則啟動反滲透進(jìn)水泵，然后打開RO進(jìn)水電動慢開閥、濃水排放閥、產(chǎn)水不合格排放閥，進(jìn)行低壓沖洗，沖洗3～5min后，然后啟動高壓泵，關(guān)閉濃水排放閥，產(chǎn)水電導(dǎo)合格后關(guān)閉產(chǎn)水不合格排放閥，反滲透裝置進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)；

自動停機(jī)時，先打開濃水排放閥，然后停止高壓泵，用超濾產(chǎn)水沖洗膜組件，沖洗2～3min后，先停止反滲透進(jìn)水泵，再關(guān)閉進(jìn)水閥、關(guān)閉濃水排放閥，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)；

運(yùn)行8h，自動打開濃水排放閥，沖洗膜組件濃水側(cè)；沖洗幾分鐘后關(guān)閉濃水排放閥；

每臺高壓泵入口裝設(shè)低壓開關(guān)，當(dāng)泵入口壓力低于0.05MPa時，壓力控制器動作，使高壓泵停止運(yùn)行，保證高壓泵的安全；出口裝設(shè)高壓開關(guān)，當(dāng)泵出口壓力持續(xù)高于2.0MPa時，壓力控制器動作，使高壓泵停止運(yùn)行，保證高壓泵、膜元件、膜殼的安全；

具備手動/自動切換功能，自動出現(xiàn)故障，可切換至手動控制；

具備就地/程控切換功能，各泵、自動閥門的運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)傳至工控機(jī)，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和就地控制。

2 自控系統(tǒng)選用簡述

2.1 液位變送器

本套系統(tǒng)選用靜壓液位變送器，該液位變送器受水池波動影響極小，更能避免水池內(nèi)外溫差造成的蒸汽對液位計探頭的干擾。

2.2 儀表

在本系統(tǒng)中儀表數(shù)據(jù)不僅是觀察水質(zhì)水量的重要依據(jù)，更是控制系統(tǒng)運(yùn)行的必備條件，而系統(tǒng)所涉及水箱、過濾器、超濾、反滲透等都遠(yuǎn)高于地面，故儀表的選擇應(yīng)為穩(wěn)定性強(qiáng)、且易于觀察的分體式儀表。

2.3 閥門

閥門采用氣動和電動閥門。經(jīng)常開關(guān)的閥門選用氣動閥門；對快開且有沖擊性要求的地方采用電動慢開閥。

2.4 水泵控制方式

水泵采用變頻控制，可以減少水泵對電網(wǎng)的沖擊，根據(jù)系統(tǒng)實際壓力、流量等數(shù)據(jù)來自動調(diào)節(jié)頻率的高低。對用水端采用變頻器-PID控制保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定的供水。

3 自控要點和異常應(yīng)對措施

3.1 異常應(yīng)對措施

3.1.1 水錘效應(yīng)危害及控制措施

水錘效應(yīng)：流體在管道內(nèi)平穩(wěn)流動時，后方閥門快速關(guān)閉的情況下，管道里的流體對管道，對閥門產(chǎn)生強(qiáng)有力的沖擊力，就像錘子大力敲打一樣。其害處輕則管道、閥門異常震動，重則管道破裂或者閥門損壞。

以氣動閥門為例，避免水錘現(xiàn)象的方法：

更換具有緩慢關(guān)閉功能的閥門；

閥門的出氣口處加裝氣動接頭式節(jié)流閥，通過壓力的調(diào)節(jié)來使閥門避免快速關(guān)閉的現(xiàn)象出現(xiàn)；

在程序端對程序進(jìn)行優(yōu)化，停止時先關(guān)閉水泵，延時一定時間后再關(guān)閉閥門，使兩者動作時間錯開。

水錘效應(yīng)在超濾膜設(shè)備上也是常出現(xiàn)的問題之一，全自動預(yù)處理裝置和超濾膜裝置的閥門都是需要頻繁啟停的設(shè)備，避免水錘效應(yīng)可以減少因水錘現(xiàn)象對設(shè)備、管道、閥門造成的危害；減少此現(xiàn)象造成的異常震動；增加設(shè)備的使用壽命和減少維修人員的負(fù)擔(dān)。

4.1.2 信號干擾及控制措施

信號干擾是經(jīng)常遇到同時又很難解決的問題。造成信號干擾的原因很多，如變頻器工作產(chǎn)生的電磁信號干擾；配電室強(qiáng)電對弱電信號的干擾；接地系統(tǒng)不完善造成的信號干擾；PLC至儀表間產(chǎn)生的信號干擾等。信號的干擾不僅僅是使儀表數(shù)據(jù)顯示不準(zhǔn)確，指示燈帶干擾電壓，更為嚴(yán)重的是影響設(shè)備的控制，燒壞儀表模塊。

排除干擾信號要多方面下手，多途徑切斷干擾信號：

（1）完善接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)按要求正規(guī)合理的布置是消除干擾信號的最重要的一步，在實際工程中最好做到PLC信號電纜的單獨(dú)接地，避免系統(tǒng)接地網(wǎng)與PLC信號電纜混接一起造成的干擾通過信號電纜流入模塊。

（2）PLC模塊接地

各PLC廠家不同，模塊型號也不相同，接地的方法也不同，嚴(yán)格按照所用模塊的接線方式做好接地線，從源頭上排除接地干擾，最大限度的保證系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）等電位

在1個帶電線路中如果選定2個測試點，測得它們之間沒有電壓即沒有電勢差，則認(rèn)定這2個測試點是等電勢的，它們之間也是沒有阻值的。造成干擾的很多原因是沒有做等電位連接，干擾信號從一端流入后另一端無法流出，所攜帶的干擾信號作用到模塊、儀表上，對其形成干擾。整個系統(tǒng)的等電位連接是沒有取巧余地的，必須做好連接。

3.2 系統(tǒng)的連鎖控制和程序優(yōu)化

系統(tǒng)的運(yùn)行遵循一定的邏輯性，在自動化程序中要對各設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷來決定系統(tǒng)的運(yùn)行與否：液位達(dá)到條件后，先開啟進(jìn)水和出水閥門，等PLC接收到閥門反饋信號后再啟動水泵，這樣做的目的是先開啟閥門再啟動水泵，避免水泵開啟后閥門未啟動對管道造成的沖擊。程序編寫過程中如果設(shè)定為液位達(dá)到條件后，啟動水泵、進(jìn)水閥門、出水閥門，就會因某一設(shè)備出現(xiàn)故障未能正常動作而系統(tǒng)沒有連鎖判斷繼續(xù)運(yùn)行，對設(shè)備管道等造成損害，甚至帶來更大的安全隱患。

4 結(jié)束語

由于水資源的短缺及廢水對環(huán)境造成的污染問題，使得廢水的綜合利用變得越來越重要，各企業(yè)正逐步對廢水處理及回用設(shè)施、設(shè)備進(jìn)行升級改造，末端治理不再是僅僅滿足于排入下一級污水處理廠，而是加大投資力度，對末端治理后的中水進(jìn)行回用，達(dá)到廢水的循環(huán)利用，以減少水資源的消耗。