工業(yè)水系統(tǒng)的DCS控制及過程分析

1、發(fā)表在世界儀表自動化論文 工業(yè)水系統(tǒng)的DCS控制及過程分析儀表DCS Control &Process Analyzer Imstruments for Introduction Water System浙江省天正設計工程有限公司熱電分院（浙江省石油化工設計院）楊學熊 錢麗亞 2005 .1（杭州310005）本文發(fā)表刊登在世界儀表自動化2005，NO5香港出版,（INTERNATIONAL INSTRUMENTION & AUTOMATION， HONG KONG ）工業(yè)水系統(tǒng)的DCS控制及過程分析儀表DCS Control &Process Analyzer Ims

2、truments for Introduction Water System楊學熊 錢麗亞（杭州 310012）總結(jié)工業(yè)水預處理控制，化學水處理控制并且對國內(nèi)外過程分析儀表現(xiàn)狀，作了闡述提出改進對策及線路。企求進一步提升在水系統(tǒng)方面的控制水平，其思考方式探討形式也具有普遍借鑒意義。摘要：工業(yè)水處理系統(tǒng)的控制，采用DCS子站的形式，把過程分析和熱工參數(shù)進入DCS系統(tǒng)并與工業(yè)攝像組成完整的監(jiān)控系統(tǒng)，本文還敘述了工業(yè)水處理系統(tǒng)的檢測與分析儀表的特殊性，以引起足夠的重視。關(guān)鍵詞：工業(yè)水處理系統(tǒng)，DCS子站，過程分析儀表。工業(yè)水系統(tǒng)一般由工業(yè)水系統(tǒng)預處理子系統(tǒng)及化學水處理子系統(tǒng)組成。是熱(電廠)電廠，煉

3、油廠/石油化工廠的主要組成部分?，F(xiàn)代工廠/裝置設計時，都把工業(yè)水系統(tǒng)作為主工藝（主廠房）不可分割的一部分，把工業(yè)水系統(tǒng)納入DCS控制子系統(tǒng)，而其過程分析參量，作為過程質(zhì)量控制的重要的參數(shù)也進入DCS子系統(tǒng)。1.工業(yè)水系統(tǒng)的DCS控制1.1工業(yè)水處理系統(tǒng)工藝流程及儀表測點江湖水經(jīng)取水泵提升進入一體化凈水器，經(jīng)澄清、加藥凈化后流入清水池，然后一部分去化學水處理裝置，另一部分經(jīng)冷卻塔水池作為冷卻循環(huán)水使用。見圖1（工業(yè)水預處理系統(tǒng)P&I圖）。主要檢測儀表為取水泵出口流量用電磁流量計，去化水站的電磁流量計，因為水資源取費問題，故用取水泵出口流量經(jīng)DCS計算總量，較之用堰式流量計更為精確。需控制

4、的設備有一體化凈水器程序啟閉的電磁閥電動門；水泵進出口的電動門，還有水泵的開/停。設計中所有電磁閥電動門的啟/閉，水泵電機的開/停，均進入DCS控制。1.2化學水處理工藝流程及測點 從工業(yè)水預處理系統(tǒng)來的物理清潔水進入化水站然后流入機械過濾器（高效纖維過濾器），然后進入陽床經(jīng)中間水箱水泵進入陰床、混床，最后流入除鹽水箱。其間有再生用的酸堿槽及計量槽。主要檢測儀表為陽床/陰床/混床的出口流量及分析點，中和池及除鹽水的分析點。酸堿貯槽計量槽的液位及配液用流量。2.工業(yè)水系統(tǒng)的DCS子站工業(yè)水系統(tǒng)在現(xiàn)場操作控制室設置DCS子站，完成水系統(tǒng)的順序控制（SCC），現(xiàn)場測量參數(shù)數(shù)據(jù)的實時采集（DAS），同

5、時向中央控制器提供傳遞水系統(tǒng)的生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)資料和運轉(zhuǎn)的狀態(tài)信號。2.1順序控制：完成工業(yè)水預處理系統(tǒng)的順序控制：工業(yè)水預處理的一體化凈水器有其特有的開啟運轉(zhuǎn)程序，其電磁閥電動門按凈水器程序的要求啟/閉，還有水泵進口/出口的電動門啟/閉，水泵電機的開/停均進入DCS子站。電動門控制一般為：命令啟（DO） 命令閉（DO） 已啟（DI） 已閉（DI） L/R切換（DI）電動機的控制一般為：命令開（DO） 命令停（DO） 運行（DI） 故障（DI） A/H切換（DI） 電流（AI）儀表測點均用4-20mA模擬量輸入DCS。2.3數(shù)據(jù)采集（DAS-遠程I/O站）在現(xiàn)場采用智能儀表主要有 臺ROSEM

6、OUNT智能壓力/差壓變送器， 臺電磁流量計， 臺金屬管遠傳轉(zhuǎn)子流量計， 臺UMD99投入式靜壓液位變送器， 磁性浮子液位計， 浮球液位控制器?，F(xiàn)場分析儀表：電導儀/PH計/鈉度計共計有 臺2.4操作員站主機：Pentium處理器，40G硬盤，256M內(nèi)存，32M顯存液晶CRT：Dell21”CRT（最大分辨率1600x1280），CD-ROM。操作員站提供流程圖畫面實時參數(shù)顯示，列表，操作，歷史數(shù)據(jù)再現(xiàn)，可在打印機上輸出，運行WindowsNT/2000操作系統(tǒng)OS操作員站為全能配置。圖象操作數(shù)據(jù)一致。3.接入的中央控制室及與子站的通信3.1接入的中央控制室水系統(tǒng)操作員站通過通信總線進入中央

7、控制室的DCS系統(tǒng)，在中央控制室可以顯示水系統(tǒng)DCS子站的實時數(shù)據(jù)庫，P&I圖形實時顯示，趨勢報表等系統(tǒng)數(shù)據(jù)的生成和下裝，完成對子站系統(tǒng)自診斷和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的列表和后備，運行在WindowsNT/2000操作系統(tǒng)。同時中央控制室的工程師站可以對水泵的DCS子站進行系統(tǒng)組態(tài)，下裝。在授權(quán)的情況下，可以對DCS子站進行在線或離線修改。為中央控制室值長等管理人員了解水系統(tǒng)運行情況，為指導制定決策提供數(shù)據(jù)，從而對設備、人員優(yōu)化管理。實現(xiàn)過程的優(yōu)化和動態(tài)綜合自動化管理。3.2DCS系統(tǒng)功能可以實現(xiàn)對整個水預處理、化學水處理、工藝流程實時監(jiān)測動態(tài)模擬。所有數(shù)據(jù)的采集與存儲以及實時趨勢曲線描述自動定時班

8、報表、日報表、月報表以及年報表的打印輸出超限報警以對報警信號的匯總、存儲、報警報表打印輸出。三級權(quán)限，操作員級-監(jiān)測、檢查，但對畫面等不能修改。工程師級-可對相應畫面，參考數(shù)據(jù)報表作適當修改。經(jīng)理級-可全面瀏覽監(jiān)視。3.3通信及總線水系統(tǒng)DCS子站與中央控制室DCS主系統(tǒng)通過通信總線（雙絞線或光纜）接入?？偩€：一般用FF基金會總線（以ROSEMOUNT為代表），PROFIBUS總線（以西門子為代表）鑒于從成熟的角度考慮，以PROFIBUS總線為首選。PROFIBUS設有PA過程自動，DP工廠自動化，用令牌傳遞，多主站協(xié)議，持有令牌的站可輪詢其它站。傳遞速率9.6Kbit/s（或12Mbit/s

9、）。遠程I/O站有明顯的優(yōu)點，可以減少電纜布線。在遠程I/O站可以設操作員站，也可設操作員站，也可以直接通信進DCS主系統(tǒng)，作為無人操作。在具體實施中，根據(jù)具體情況，設計成以下幾種形式：采用DCS子系統(tǒng)，設有操作員站，信號用總線傳送至中央控制室的DCS大系統(tǒng)采用DCS子站與PLC相銜接的方式設計中也有嘗試用現(xiàn)場總線儀表，以節(jié)省電纜（光纜）安裝工程量。攝像監(jiān)視系統(tǒng)單獨成系統(tǒng)，也可設計成攝像進入DCS成畫中畫的兼容系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線IEC61158幾經(jīng)波折，已通過8個總線為其國際標準：基金會現(xiàn)場總線FF（Foundation Fieldbus）,IEC 技術(shù)報告（FFH1）；Control Net現(xiàn)場

10、總線，<美>羅克威爾公司(Rockwell)為代表；Profibus現(xiàn)場總線，<德>西門子公司（siemens）為代表；P-Net現(xiàn)場總線，<丹麥>Process Data為代表；FF HSE現(xiàn)場總線，<美>菲歇-羅斯蒙特(Fisher-Rosemount)為代表；Swiff Net現(xiàn)場總線，<美>波音公司為代表；World FIP現(xiàn)場總線，<法國>阿爾斯通公司（Alstom）為代表；Interbus現(xiàn)場總線，<德>Phoenix control公司為代表。HART只是一種過渡性的現(xiàn)場總線標準，用位號疊加實現(xiàn)模

11、擬和數(shù)字信號雙向通信互不干擾，同步進行。通信總線為雙冗余。4.水系統(tǒng)的過程分析儀表4.1過程分析測點水處理系統(tǒng)在線連續(xù)測量的過程分析儀表有下列幾種：陽床出口的鈉表0-10ppb陰床及混床出口用電導度儀0-10us/cm，電極常數(shù)0.01；出口除鹽水的電導度儀及PH計；中和池的PH計，用沉入式，0-14PH可調(diào)；配酸堿溶液用的酸濃度計，堿濃度計；也有在混床出口用硅酸鹽檢測計，但費用較高。4.2水系統(tǒng)對過程分析儀表要求：穩(wěn)定性分析儀不僅在于測量的精度，在實際運用中更著重于穩(wěn)定性，重復性好。一般信號輸入部分要求有高阻抗的轉(zhuǎn)換器，保持1012的輸入阻抗在工廠惡劣的環(huán)境下保證持久穩(wěn)定的高阻抗輸入，從而保

12、證測量的穩(wěn)定性。水過程分析儀中，多數(shù)采用電化學測量原理，傳悉 器多數(shù)為玻璃電極型，內(nèi)阻較高，而且會有溫漂。所以國外多數(shù)用MOSFET為基礎構(gòu)成的高輸入阻抗的差動放大器并且用非線性反饋未補償溫漂。溫度補償范圍在-10100范圍內(nèi)。這樣的高阻信號的差動放大可以實現(xiàn)1091015的輸入阻抗保證了持久穩(wěn)定的高輸入阻抗。確保儀表信號的取得與轉(zhuǎn)換成4-20mA標準信號。，從而實施了儀表的穩(wěn)定性?？垢蓴_性好使用隔離輸入技術(shù)，測量電路與輸入電路之間采用隔離技術(shù)，提高抗干擾能力，關(guān)鍵器件。反饋電阻，傳輸線都采取屏蔽，這些裝配細節(jié)上的屏蔽防靜電措施，可以減少干擾的影響。外殼要達IP54的標準防護等級（相當于NEM

13、A4，當然要求IP65的標準也應該可以）上述的國外應用的電路與措施，應該（也有）在國內(nèi)過程分析儀中應用實施，以提高過程分析儀預定與質(zhì)量。量程可調(diào)一般為適應現(xiàn)場的變化，PH、電導均有量程可調(diào)的功能輸出信號及安裝輸出信號均為4-20mA.DC。而且可以帶有隔離通信接口，MODEM隔離接口。也可以與齊納安全柵配套作成本安防爆的形式。安裝均為管道流通形式。5. 工業(yè)水系統(tǒng)的攝像監(jiān)視 為了便于管理，使工廠（裝置）進入無人值班（或減少值班人員）。在各水泵房，水池設置了工業(yè)攝像頭，引線進入水系統(tǒng)操作員站（OS），也可以攝像監(jiān)視系統(tǒng)自成獨立系統(tǒng)。攝像頭可以270轉(zhuǎn)角遙控（在OS站）這樣提高了水系統(tǒng)監(jiān)控的水平。因為熱工參數(shù)模擬量較多，所以我們并沒有設計成全SCADA系統(tǒng)。6.結(jié)束語：工業(yè)水系統(tǒng)的（原水預處理，化學水處理）