淺談脫鹽水PLC的升級改造

付 英，張 磊

（河南煤化集團中原大化儀表公司，河南濮陽 457004）

0 引 言

蒸汽是化工廠中的主要動力源和工藝原料之一，其品質的好壞，脫鹽水的質量起著至關重要的作用。河南中原大化集團脫鹽水有A、B、C共3個系列，設計生產能力均為205～225t／h，采用雙室雙層浮動床及混床兩級處理工藝，整個裝置的運行，再生的控制及操作采用德國西門子SIMATIC.S5－135UPLC控制系統。由于該控制系統已經連續運行了18a，面臨故障高發和備件供應短缺的問題，公司決定于2008年度大修中對A、B、C 3個系列進行升級改造。

對以前A、B、C 3個系列的兩套S5PLC系統進行升級為S7－400，并把控制盤裝有二次表顯示的S7－300PLC系統聯接到S7－400中，利用已有的信號線、端子柜等外圍設施，僅對脫鹽水PLC控制系統自身進行改造，這樣，可以節省投資，又可以縮短施工周期。

1 工藝簡介

1.1 原水預處理

黃河水經市自來水廠處理后，濁度≤5mg／L，進入生產消防水池內，由加壓泵房5臺機械過濾器進一步除去雜質后，進入3臺弱酸離子交換器即弱酸陽床，除去碳酸鹽，再經2臺脫氣塔脫除CO2，使堿度不大于0.5mmol／L，變成軟水進入補充水槽。

1.2 脫鹽水處理

軟水由給水泵送往2臺活性炭過濾器，除去水中的有機物后進入陽床，除去大部分陽離子，然后進入陰床，除去大部分陰離子，使一級脫鹽水的電導率≤5μS／cm，當電導率≤0.2μS／cm，SiO2≤20μg／L后，合格的脫鹽水進入脫鹽水儲槽，由脫鹽水泵送到合成、尿素、三聚氰胺等界區。

2 配置方案

2.1 硬件配置

選用SIMENS PCS7冗余系統替換原有2個S5以及S7－300系統，新系統設1個控制柜，2個I／O柜，配置1臺工程師站，3臺操作員站，采用環形冗余工業以太網（ETHERNET）構成通訊網絡。

新配置了冗余化控制單元，包括2塊S7－417HCPU卡，以太網通訊卡CP443－1，通過OSM以太網實現與上位PC機的數據通訊，并為實現工廠級以太局域網提供接口，下層控制網通過西門子PROFIBUS DP總線，連接CPU與各ET－200M（現場I／O單元），實現下層數據通訊。在保留了20%的系統擴展余量后，設有冗余的I／O卡：38個16點的（SM321）DI卡，16個32點的（SM322）DO卡，2個8點的（SM331）AI卡，從而實現了電源冗余，CPU冗余，通訊冗余，輸入輸出模塊冗余。

2.2 軟件配置

工程師站（OP1）以WINDOWS XP作為系統環境，控制軟件采用PCS7ES－SOFTWARE（V6.1），可在線對整個系統進行組態，參數修改，開發等；并進行多種模式操作，同時負責日常報表打印，事故打印和數據記錄等。操作員站（OP2，OP3，OP4）以WINDOWS 2000作為系統環境，通過SIEMENS以太網卡，可以讀取和寫入網絡上的PLC站點的數據，通過工控軟件PCS7OS－SOFTWARE（V6.1）實現監控整個工藝參數變化，設備運行，故障發生等情況。

3 控制方案

3.1 程序設計

本次改造中的老GRAPH5程序無法轉換到GRAPH7，加之工藝人員對程序設計提出了新要求，因此，新設計的程序實現了第個程序對各自的GRAPH塊；各程序間實現了關聯屏蔽，即執行運行程序時，無法執行再生程序；增加了新的時間計時功能。

3.2 程序簡介

脫鹽水工藝流程的特點是順序化控制，在每一個順序中完成相應的閥門或電機的開關啟停，也可以是空操作。根據工藝條件設有5個工作程序，即運行程序、一級除鹽（短再生）程序、二級除鹽（長再生）程序、弱酸陽床運行和弱酸陽床再生，其中，長再生工序多達84步，既有線性控制，又有同步運行，同時內部還嵌套程序分支和交替分支。

3.3 操作方案

脫鹽水A、B、C 3個系列和程序做到一個系統中，每個系列均能獨立工作。例如，對于A系列的運行，短再生和長再生3個程序來說，正常生產只能有一個執行，不能同時執行，一個程序只有執行結束，方可啟動其他程序。3個弱酸陽床的運行和再生程序也是不能同時執行，只能執行運行或再生程序，所有程序均設有 “手動”和 “自動”方式，“強制”和閥門總 “復位”按鈕，全中文的操作界面方便了工藝人員操作。

3.4 GRAPH7順序控塊

新脫鹽水控制系統共用了16個順序塊，通過這16個順序塊，PLC對脫鹽水A、B、C 3個系列進行自動控制，生產出合格的脫鹽水，滿足生產的需要，因此，在PCS7中應用最多的為GRAPH7順控塊，現重點對其應用作一介紹。

所謂順序控制就是按照生產工藝預先規定的順序，在各個輸入信號的作用下，根據內部狀態和時間的順序，使生產過程的各個執行機構自動地有秩序地進行操作。順序塊在運行時，是一步接一步地往下運行的，既要監測前面一步執行動作的反饋，如條件滿足，則程序往下一步進行，否則，不進行；又要完成此步所執行的動作，這種動作可受時間限制。舉A系列運行程序FB509中的一段程序來說明順序塊的運行過程，如圖1。

圖1 FB509順序控制第8步

本程序段為第8步，即S8；90P3A是電機位號，“AE90P3A”是啟動信號，“AA90P3A”是動信號，“RM90P3A”是運行信號，“MW92：＝6”為傳送到WINCC的步號，“CSH90005”為脫鹽水電導率的監測信號，“A－UQ”是強制往下執行信號。S8步要求執行的動作為，啟泵90P003A，當時間大于9s，泵的運行信號“RM90P3A”為1和電導“CSH90005”為0，達到了工藝要求，則往下一步進行，否則，停留在此步。如果確認現場電機動作正常，電導率實際值也符合要求，僅由于電機運行反饋或電導率監測信號本身故障造成的不能往下一步進行，并且往下一步進行沒有危險的話，可以再點強制按鈕使“A－UQ”置1，程序往下一步進行。

3.5 計時顯示功能

由于工藝操作人員要求把重要步驟的執行時間能顯示出來，因此新增了計時顯示功能，計時程序做在FB3中，實現了從0開始分鐘計時，設定時間到計時結束，下次計時計時器自動清零，如圖2。

4 小 結

（1）硬件方面要具有高可靠性，從PLC到輸入輸出卡件實現冗余化，這樣可大大地提高系統的穩定性，減少系統的維護量。

（2）I／O卡具有帶電插拔功能。

（3）可在線對整個系統進行組態，參數修改，開發等。

圖2 計時顯示功能圖

（4）應用軟件WINCC的設計，方便直觀，便于進行系統用戶軟件的編制，調試工作。

（5）軟件具有友好的人機界面，編程容易，操作方便，使用中文語言，且具有較強的容錯能力。