基于PLC与触摸屏低温水处理系统改造研究.pdf

经 验 基于 P L C与触摸屏低温水处理系统改造研究 中图分类号 T P 2 7 1 董 晓辉 ．华光翠 中石油天然气股份公 司兰州石化公 司，甘肃 兰州 7 3 0 0 6 0 化企业给水处理 工程中的核心要点 。为了解 决兰州石化 公司 2 0 0 0 t ／ h低 温水处理装 置供水能力不 足和 日常 P L C和变频调速 技术 ，对整个低温水 处理 装置进行相应 的改造 ，为水泵安全可靠运行 、供 水管道平稳供水 同时达到 了节能降耗的 目的 。 低温水处理 系统改造 文献标识码 B 文章编 号1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 01 0 0 8 0 1 6 1 一 O 3 兰州 石化 公 司 2 0 0 0 t ／ h低温 水 处理 装 置 于 1 9 7 6年 4 月施工建设 。1 9 7 8年 8月投用 。该装 置位于西 同 、安 宁 、 七里河三区交界处的迎门滩 、崔家大滩 、马滩 又称为三 滩 地区 ，占地 约 5 0 0 0 m 。装置包 括井群水 源地 系统 、清 水池 系统 、集水池 、泵 房及 输 水系 统 。设计 供 水能 力为 2 0 0 0 t ／ h ．井群水源地共有 2 0眼深 井 ，由于 6 眼井因地下 水位 低 、出水量 小等原 因长期 封存 ，在用 深井 l 4眼 ，实 际供水能力为 8 o 0 ～ 1 0 o O t ／ h_ 2 ] 。 1 供水装 置现状 由于动力厂及石化 厂蓄水量随生产 变化幅度较 大 ，水 泵 负荷呈时变状 态 。给水 泵运行调整 和安全平稳供水 带来 了巨大 的 困难 ．水 泵常 常工 作 在过 载故 障或 低 载耗 能工 况 ．不仅 降低 了水泵的使用寿命 ，同时造成 了巨大的电能 浪 费 。 水 泵 出水 管 线 由 于使 用 年 限长 久 ，腐 蚀 渗 透 现 象 时 有 发生 ，严重影响供水 的可靠 性。同时 ，随着 企业规模 的不 断发 展 ．原 设计 管道 的供 水 流量 已不 满足 现有 工程 的需 要 。需要加大水泵 的出水 能力和加粗供水 管道直径 ，保 证 整个供水系统的供需平衡 。 2装置 改造设计 2 ． 1 改造 内容 由于动力厂及石化厂用水 量随生产变化 幅度较大 。给 低温水两级加压泵房机泵 的运行调整 、平稳供水造成 一定 的 困难 ，2 0 0 5年 8月和 2 0 0 7年 4月对 一级加 压泵及二 级 加压泵采用变频恒压供水控 制系统实施 改造 ．在两级 加压 泵房新增变频器及 P L C控制 系统 ，通过 供水管网压力与机 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 l 泵电机转速的 自动控制实现 供水流量范 围的 自动调节 ，保 证 了低温水供水水压 的平稳缓 变 ，满足 了稳 定供水的生产 需要 ．同时具有很好 的节能效果 。 2 ． 2设 计 方案 按 工程实 际要求 ．利用潜水 泵将井 群水源地地 下 8 0 1 0 0米 的 1 1 o c ～ 1 3 低温地 下水 抽 出地面 ，通 过东线 、中 线 、西线三条管线 阀门将低温水送人两条 D N 5 0 0输水主管 网中 ．经 主管网将低温水送往一 级加压泵房处东 西两座容 量各 为 1 0 0 0 m 的清 水池 中。清水 池 内的清水 经过一 级泵 房 清水泵加 压至 0 ． 2 3 MP a ～ 0 ．3 5 M P a ，然后将 清水送人 管径 为 D N 6 0 0和 D N 4 0 0的两 条南北输 水环 线管 网中 ，向二级 加 压泵 房 8 0 0 m ， 清 水 池 和 动 力 厂 供 水 。 二 级 泵 房 处 的 8 0 o m 清水 池 内的水 源通过 自流形式 流入容 积 2 0 6 m 的集 水池 中．经二级加压泵房 内离心式加压泵加压 至 0 ． 3 5 MP a O ． 5 MP a，经 两 条 DN6 0 0出水 管 线 送 往 石 化 厂 。整 个 设 计 方 案 中主要设备型号如表 】 所 示。 表 1 工程主要设备表 名称 东线潜 水泵 中线潜水 泵 西 线潜水泵 一级 加压泵 二级加压系 动力殴 备 数目 8 台 3 台 4 台 3 台 3 台 名称 主 管网 环网 管线 动力 厂出线 打化 厂出 线 管网 D N 6 O O ＼ D N 4 0 0 D N 4 0 0 D N 6 0 0 型号 D N 5 0 0 两条 各 一 一 条 J{ j‘备 名称 一级清水 池 二级清 水池 集水池 水 池 容量 1 0 0 0 m 8 0 0 m 2 0 6 m 按照上述供水方案 ，可 以画出相应的供水工 艺流程如 图 l所 示 。 [二] Ⅱ ， ～ 交流 图 1 供 水丁艺 流程 图 3 P L C供水控制 系统 兰州石化公司供水改造T程采用由 P L C系统 做常规的 监控操 作 “ ，P L C系统 选用 西门子 S 7 2 0 0型 P L C及上 位 监 控 计 算 机 组 成 的控 制 系 统 ．S 7 2 0 0型 P L C采 用 C P U2 2 6 CN 型 C P U．S 7 2 0 0 型 P L C与控 制 室上 位 机 和现 场触 摸 屏用 R S 4 8 5进 行 通讯 ，控制 室上位 机 采用 MC G S通 用 版组 态软件 编程 和 监控 。共 有 两套 系统 ．主要 用 于一 级 加压 泵房 和二级 加 压泵 房 岗位 离心 泵 的 操作 及运行参数的监控。 3 ． 1 恒 压供 水变 频 P I D控 制 为 了完成 对 供 水水 压 的变 频恒 压控制 ，需要 变频 器 自动 采集 目标量 和 反馈 量作 为系统 环稳定后再对主调节器进行参数设定 ，保 证了主调节器工 作在一个无外界干扰的精确控制 系统 中 。从而使整个供水 系统达到恒压供水 的稳定运行工况。 3 ． 2控 制 系统 功能 本系统操作界面为计算机操作界 面。根据流程 图数据 显示 ，操作人员通过对 鼠标器 和操作 员键 盘的操作 ，可 随 时监控生产 运行过程中的液位 、压力 、流量和设备 开停 等 运 行状 态。可根据需 要进行远程／ 本地 、变频／ 工频 手动调 节 ，维 持生产 正常 运行 。操作 既 可在操 作 室显示 屏上 完 成 ，也可在现场操作柜触 摸屏完成 。 3 ． 3人机界 面 为了方便运行 人员对 整个供 水系统运行 情况 的监控 ． 通过 MC G S运行环境仿真软件设计 了一个供水 系统 运行工 况监控人机界面。通过液晶显示屏上 的人机界 面 ，运行人 分析判断的标 准 。从而进行相应 电源频率调整。 变频器有两个模拟量控 制信号 的输入端。 3 ． 1 ． 1目标量 供水 系统 目标量 即管道出水 口处的水压 ，本 次设计 中 根据 用水量 的多少来确定 需水量 的大小 ，通过 日常统计 ， 计算 出整个石化 系统 中需水 量的平均压力 ，并 在变频器进 行水压初设的 目标定义。 3 ． 1 ．2反馈量 由于动力厂 和化工 厂的需水量随时 间呈 波动现状 。因 此为 了实现 系统能 够保证 出水量 与需水 量 实时 相等 的功 能．利用 出水 口传感器 所获得的需水压力模拟量 通过数据 通 信电缆 以反馈 量形 式传 送 给变频 器 ，与 目标量 进行 比 较 。确定水泵电机 的转 速大小 。 3 ． 1 ．3 P I D优 化 整个供水系统 的逻辑计算 采用 P I D优化方式 ，其具体 逻辑框图见图 2所示。 从 图 2中可 以看 出。整个供水系统对上水箱 液位 水 泵出口和下水箱 液位 水 泵进 口两处 的干扰 ，均设置 了主 、副双闭环控制优化结构 ，采用 P I D算 法进行系统 的 优化控制提高了供水系统供水的整体精度 和效果 。在对供 水系统进行 P 1 D调 节时 ，先整定副调节器相关参 数 ，当副 罔 2 P I D优化逻辑框 图 员可以清晰 、方便地检测各水泵单元 的运行工况 。并可 以 通过对应 的命令调节水泵 的启停 ．实现了对水泵 的远程控 制 。图 3即为一级加压泵站的系统界面图。 从 罔 3中可 以看 出．整个 界面就是一级泵站 的系统仿 真 图形 ．在 界面 中 ，以动 态形式显 示两个 1 0 0 0 m 清水 池 的水位 、三 台加压泵 的工作情 况 、电机的 电压状态 、出水 口 的压 力 和 流 量 、 出水 口 的 总 出 水 量 等 信 息 。 同时 设 置 了 图 3 一 级 加 压 泵站 系统 界 面图 经验 修改恒压值和离线检修两个 电子按 钮 ，可 以对 水泵的参数 进行手动设置 ，同时 由于 系统 采用 变频调速技 术 ，系统 自 身可以通过 出水 口需水压力 自动调整变频器 的频率 ，保证 水泵一直运行在高效工况 ，减 少电能的损耗 。在图 中采用 相应规范的颜色作为各类运行 状况 的标识 ，如 水泵 电机 处有 一 圆点 ．当圆点 处 于红 色状 态代 表水 泵正 在工 作状 态 当圆点处 于绿色状态代表水泵处于停止或检修状态 。 3 ． 4故障报警界面 供 水系统 中的故 障报 警界 面属 于主界 面的重叠 窗 口 。 通过相应的电子按钮就可 以显示 出供水系统 中故 障类型和 故障参数。当供水系统 自动检测 到某台水泵 出现 事故或故 障时 ．就会 自动跳闸保护 ，并通 过相应 的报警 器提醒运行 人员检查相应的装备 。同时运 行人员可 以通过 点击主界面 上的 “ 故障详情”按钮 了解 系统 故障的其他详情 ，在故 障 详情窗 口中 ，会通过相应 的模 拟指示信号灯 或数值 曲线表 格指示出水泵的故 障类 型及对应 的参数值 。 3 ． 5压 力值 设置 对于供水管道 的压力设置既可通过 控制系统上位 机完 成 ，也可通过现场触摸屏输入压力 给定值实现 ，并实时保 证两者间相互 数据通信和共享 。整 个监控系统能 够保 持数 据同步刷 新 ，在触摸屏有实时 显示 ，上位机有实 时显示和 趋势 显示监控调节质量 。 4触摸 屏 系统 在本次供水系统改造工 程中 ，水泵控制采用 P L C与变 频调速技术相结合 的综 合恒压 供水控制 系统 。利 用 MC G S 仿真软件 实现对系统的远程仿真 ，并利用工业触 摸屏实现 对水泵实时 的检测 和控 制。供水系统 中的工 业触摸屏是 与 P L C相互 配套 使用完成对 整个供水系统 的监 控调节 。触摸 屏 系统代 替 了传 统控 制 系统 中的 系统 控制 面板 和仪 器仪 表 ．通过人机对话接 口键 盘输入相关 的元 件参数和工作命 令 ．完成整个供水 系统 的调 节。触摸屏供水 控制系统具有 智能操作 的可视化 界面．可以完成对泵 、管道 、阀门以及 其他附件 的运行工况数据显 示 、参数设 置等功能 。并 以动 态的仿真界面对整个 系统 的实际工况进行 实时动态 的模 拟 仿真 。使工作人员能够 在现 地就能全面 了解 整个供水 系统 的运行工况 。能够对 系统进 行实时地调 整维护 ，保证供水 的安全可靠性 。大大减少 了不必要 的电能 浪费 ，提高 了供 水系统整体综 合 自动化水平 。 5改造效益 兰州石化公司供水 系统 的 P L C恒压供水 系统 改造 工程 的完工 ，给企业带来 了巨大的经济效 益 ，具体表现在 以下 几 个 方 面 1 供水 系统采用需要 压力 ，通过变频 系统 自动调节 变频 器的频率 ，在保证 了管道 出水压力 的恒 定 ，提高 了供 水 可靠性 的前提下 ，大大节 省了电能 资源 ，达到节能降耗 的 目的 2 采用 触摸屏与 P L C相结合的综合控制系统 ，可 以 实现对水泵的远程或现地控 制 。提高 了运 行数据的处理效 率 ，保证 了供 水的可靠性 ； 3 以可视化界面作 为整个系统 的监 控画面 ，可 以通 过人机接 口完成对 系统 的监 控 ，提高 了运 行人员 的工作效 率 ，降低 了运行人员的工作量。 6结束 语 利用 P L C与触摸屏相结合对 兰州石化公司供水系统进 行改造 ．实现 了系统恒压供水 的要求 ，能够 实时可靠地为 用水 户提供 足量的水源 。同时达 到节能降耗 的 目的 ，提高 了企业整体生产效率和市场竞争力。 参 考文献 [ 1 ]游晓凡 ，张远柱 ，宋琦文 ，等．低温低 浊度 地表水 源水 处理 设 计 的新 思路[ J ]．水处 理技 术 ，2 0 0 9 ，3 5 1 1 1 0 4 1 0 7 ． [ 2 ] 中国石 油兰 州石 化公 司．低 温 水处 理 装置 操作 规程[ Z ]． 2 0 o 9 ． [ 3 ]陈在平．可编程控制 器技 术与应用 系统设计[ M]．北京 机 械工业 出版社 ．2 0 0 2 ． [ 4]王子 文，骆 建华．电梯 P L C控制策略及其程 序设计 [ J ]．起 重运输机械 。2 0 0 6 0 7 1 4 1 7 ． 第 一作者简 介 董晓辉 ，男 ，1 9 7 5年生 ，河南 洛阳人 ．大学 专 科 。助理工程师 。研究领域 工业企业电气 自动化应用。 编辑 王智圣 上接 第 6 7页 艺的研 究 [ J ]．电镀 与环保 ，2 0 0 9 ，2 9 5 2 O 一 2 3 ． [ 6 ] 吕雪飞 ，李淑英．环 保型铜及 其合金化 学抛 光与钝化 新工 艺 [ J ]．材料保护 ，2 0 0 6 ，3 9 9 2 5 2 7 ． [ 7 ] 肖鑫．环保 型铜及铜舍金化 学抛光[ J ]．电镀 与环保 。2 0 0 4， 2 4 1 3 1 - 3 2 ． [ 8 ]李 贤成．黄铜 件无黄 烟化 学抛 光 [ J ]．电镀 与环保 ，2 0 0 9， 2 9 6 4 3 - 4 4 ． [ 9 ]梁成浩 ，刘霞 ，黄乃 宝，等．金及 其合金抛光技 术的研 究进 展 [ J ]．电镀与涂饰 ，2 0 0 9，2 8 5 2 7 3 O ． [ 1 O ]颜 宝锋 ，上官小红．铜舍金 化学抛 光技 术的研究 [ J ]．表 面 技 术 。2 0 0 6 ，3 5 3 5 7 5 8 ． [ 1 1 ] 彭荣华 ，李 国斌 ，马凇 江．铜及其 合金 化 学抛 光 工艺研 究 [ J ]．材料保护 ．2 o o 5 ，3 8 6 3 0 ～ 3 2 ． [ 1 2 ]郭贤烙 ， 肖鑫，易翔 ，等．铜及铜合金化 学抛光及钝化 的研 究 [ J 】．表 面技 术，2 0 0 1 ，3 0 2 3 5 3 6 ． 第一作者 简介 李区 ，男 ， 1 9 5 1 年 生 ，广东怀 集人 。大 学专 科 。工程师 。研究领域 机械设备 。已发表论 文 3篇 。 编辑 向 飞 [二] 丑二