6ES7235-0KD22-0XA8使用方式

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一、前言：


随着近年来行业的蓬勃发展，国内很多化工厂都相继上马年产10万吨的双加压法生产线，而四合一机组就是生产线的心脏。可编程控制器（PLC）以其在操作、控制、效率和精度等各个方面所具有的无法比拟的优点，了工业生产中的各个领域，在旋转风机的控制中也占有的位置。尤其旋转风机本身具有喘振特性，要求控制系统作出反应，这就加凸显了PLC控制的优势。这里以四合一机组的控制为例子，对GE公司的90_70系列PLC在此领域的应用做一个介绍。

二、工艺要求：

四合一机组由轴流压缩机、NOX压缩机、尾气透平膨胀机、汽轮机、变速箱，和配套辅机，包括润滑调节油站和相关阀门等件组成。四合一机组中，轴流压缩机、NOX压缩机为耗功设备，尾气透平膨胀机、汽轮机为原动机，共同驱动轴流压缩机、NOX压缩机。轴流压缩机是工程的原料压缩机，轴流压缩机所压缩的空气与混合后进入氧化炉，进行氧化反应，生成的氧化合物混和气经废热锅炉进行热交换，然后进行速冷，温度降至60℃，经脱水后进入NOX压缩机，经过压缩的气体进入吸收塔，制成，从塔逸出的尾气经预热、过热后进入膨胀机做功，回收能量，尾气做功后经烟囱排入大气。

自控系统要求检测系统过程参数，计算后对作用到执行机构上，使过程参数符合工艺要求；对各个工艺变量进行实时检测，防止系统由于工况异常而出现事故,特别是当机组出现喘振的趋势，系统要能作出反应，对机组进行控制，防止喘振的发生；当工艺变量异常时，系统能够报警、停车。

三、设计选型：

系统硬件选用美国GE_Fanuc公司的90_70双机热备系统作为PLC主站，VersaMax系列作为系统I/O子站，上位使用DELL工控机，配备20’宽屏液晶显示器。

90_70系列PLC是GE公司推出的针对中等规模PLC控制系统的一系列产品，这里选用其中的IC697CGR772型号，采用96MHZ主频，1M用户内存，特别支持双机热备。双机热备系统中两个PLC主站互为备用。正常工作时其中一个对系统进行控制，另一个作为备用，在主机架出现问题的情况下，无扰切换到备用机架，以保证系统的正常运行，让客户可以从容对问题机架进行维护。

VersaMax系列作为GE的低端产品，主要应用在小型控制系统上，这里选用这个系列的I\O模块产品作为下位的I/O子站，主要是出于成本考虑，其在较格的基础上性能能够满足客户需求，并且具有结构紧凑、易于安装、兼容性好等优点。

在90_70和VersaMax系列I/O子站之间使用Genius总线进行连接。Genius总线每层局部网络多可以支持31个装置，装置之间大通讯距离为7500英尺，传输速率大为153.6kbps。每个90_70机架上选用2块专门的总线控制模块IC697BEM731,配合下位I/O子站的IC200GBI001，构成冗余Genius总线通讯系统。冗余系统能够在其中一条Genius总线出现故障的时候，保证系统通讯正常，确保生产过程的性。

上位工控机特意选择20’宽屏液晶显示器，主要是为了让现场工作人员能够长时间观察系统画面不至过度疲劳。

在90_70控制站和上位工控机之间使用以太网进行连接，控制站上选用专门的以太网通讯模块IC697CMM742，通过交换机，和上位工控机进行数据交换。

由于系统还要和专门的旋转机械设备本特利3500系统进行通讯，所以在90_70控制站上还安装了编程协处理器模块IC697PCM711，专门和本特利3500进行数据交换，保数据的及时、准确。

为了和工艺上的DCS系统进行通讯，系统还在90_70控制站上安装了通讯协处理器模块IC697CMM711，保证通讯畅通

在编程过程中，将所有模拟量输入信号进行量程变换，使其在上位机显示出实际值。由于现场来的模拟量信号都为4～20mA信号，经过AI模块转换后，对应到相应AI为0～32000的数字值，所以为了得到该信号代表的实际值，需要将该数值除以32000再乘以量程，后加上量程下限，得到实际值。
例如：压力量PI6501量程是0.5MPa~1.5MPa，如果此时输入的模拟信号为16mA，则在PLC中认为该AI为等于24000的一个数值，24000/32000×（1.5-0.5）＋0.5＝1.25MPa，这才是该点的实际值。

机组启动

四合一机组的启动需要满足很多条件，包括润滑油压力、调节油压力、盘车电机解锁、油箱液位、两个防喘阀开度都为大等等，这些条件同时满足，才能允许机组启动。

停车连锁

为了整个机组的，当某些条件一旦出现，机组停车，避免发生事故。比如润滑油压力低、冷凝泵同停、轴振动高、轴位移高、速关油压力低、调节阀过高而转速低等等，这些条件的任意一个都需要使机组停车，而机组的停车操作需要进行诸如关闭速关阀、开防喘阀、开尾透出口阀、关尾透进口阀等一系列操作，这些操作及时、准确的达到设计要求。

防喘振

喘振是各类压缩机、鼓风机等大型旋转设备特有的机械现象。一般表现为：快速的流量波动、的压力振荡，喘振会导致风机的流量和压力其不稳定。由于喘振同时伴随有反向的轴向推力和反向介质流动，从而造成风机的间隙改变，降低风机的效率，缩短风机的寿命，对风机造成严重危害。

四合一机组共有两个需要喘振调节的设备：NOX压缩机和空气压缩机，他们的控制原理是一样的，只是喘振线的数据不同。当PLC检测到喘振即将发生时，会通过PID算法控制喘振阀进行“快开慢关”的操作，达到防止喘振发生的目的。喘振线和防喘振线都由风机的生产厂家在现场进行试验后提供。
汽轮机热井排水阀、回水阀调节

通过PID计算，对汽轮机排水阀、回水阀开度进行控制，对热井液位进行调节，使其保持在现场工作人员设定的数值。

低压设备控制

控制包括润滑油泵、油加热器、事故油泵、冷凝液泵、盘车电机等设备在内的8个低压控制设备，使其工作状态能够显示在上位画面上，并且在旋钮开关打到自动状态下时，能够在上位机画面上进行相应设备的启停操作。
调节在上位画面上对静叶开度、尾透进口阀、出口阀等设备进行控制。

编程过程力求、，要尽量的考虑可能发生的各种情况，并设计出相应的处理方法，同时尽量使程序简洁，加快运行速度。

⑵上位机画面

上位机画面采用GE公司的iFix3.5，该软件也为GE_Fanuc公司产品，提供了大量实用绘图工具，让上位画面的绘制简单、快捷。PLC与上位画面之间使用以太网进行通讯，保证了通讯质量。画面主要是让操作人员感觉操作简洁、明了、习惯、快捷。一般的操作都可在3次操作内完成。

 自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是安装在生产现场和各种电机设备上，它们大多处在强电电路和强电设备形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统性，设计人员只有预先了解到各种干扰才能有效保证系统运行。

1. 电磁干扰源及对系统的干扰

影响PLC控制系统的干扰源于一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。

干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、偶发噪声等：按声音干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地面的电位差，主要是由电网串入，、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态电压所加形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成共模电压，直接影响测控信号，造成元器件坏，这种共模干扰可为直流、亦可谓交流。共模干扰是指用于信号两级间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

2.PLC控制系统中电磁干扰的主要来源有哪些呢?

1) 来自空间的辐射干扰

空间的辐射电磁场主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰。其分布为复杂，若plc系统置于所设频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路劲，一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰，而是对PLC通信内网络的辐射，出通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备所产生的电磁干场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泻放元件进行保护。

2) 来自系统外引线的干扰

主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场教严重。

3) 来自电源的干扰

实践证明，因电源引入的干扰造成控制系统故障的情况很多，在，工程调式中遇到过，后换隔离性能较高的PLC电源。问题才能得到解决。

PLC系统的正常供电电源均由电网供电，由于电网覆盖范围广，将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路，尤其是电网内部的变化，开关操作浪涌、大型电力设备启停、交直流转动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过社电线路到电源边PLC电源通常采用隔离电源，但其结构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离室不可能的。

4) 来自接地系统混乱时引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰，而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC控制系统将无法正常工作。Plc控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等、接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点点位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作，例如电缆屏蔽层一点接地，如果电缆屏蔽层两端都接地，就存在地电位差，有电流流过地电位差，当发生异常状态加雷击时，地线电流将大。

此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合回路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内有会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其他接地处理混乱，所产生的地环流可能在地线上产生不等点位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。PLC工作的逻辑电压干扰容县较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存储，造成数据混乱、程序跑飞或死机，模拟地电位的分布将导致测量精度下降引起对信号测控的严重失真和误动作。

5) 来自信号线引入的干扰

与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信号之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰。这往往被忽略;二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。对于隔离性能差的系统，还将导致信号间互相干扰，引起共地系统总线回流，造成逻辑数据变化、误动和死机。PLC控制系统因信号引入干扰造成模件损坏数相当严重，由此引起系统故障的情况也很多。

6) 来自PLC内部的干扰

主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的香花不匹配使用等。这部属于plc制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，作为应用部门事无法改变，可不多考虑，但要选择具有较多应用实绩或经过考验的系统。

3.系统受干扰时，常会遇到以下几种主要干扰现象：

1) 系统发指令时，电机无规则地转动;

2) 信号等于零时，数字显示表数值乱跳;

3) 传感器工作时，PLC采集过来的信号与实际参数所对应得信号值不吻合，且误差值是随机的，无规律的;

4) 与交流伺服系统共用同一电源工作不正常。

4.怎么样才能好、简单解决PLC系统干扰?

1) 理想状态下是选用隔离性能较好的设备、选用优良的电源、动力线和信号线走线、电源接地要加合理等，，但是需要不同设备厂商共同协作才能完成，很难做到，而且成本较高。

2) 利用模拟信号隔离器，有称作信号变送器、属于信号调理的范畴其主要起抗干扰作用。正因为它有特别强的抗干扰能力所以在自动化控制系统中应用非常广泛。尤其对与复杂的工业现场，控制程序越老越复杂。信号隔离器对各种模拟量信号进行输入、输出、电源三端隔离，的确是当今自动化控制系统中抗干扰的有效措施之一。

自来水厂的生产废水主要来自沉淀池或澄清池排泥水和滤池反冲洗废水,其中包含了原水中的杂质以及水厂投加的剂残留物,其水量一般约占水厂总制水量的3%~7%,对环境的冲击作用是显而易见的.据估计,上海市全部水厂每年排入江河的悬浮物约达30万吨以上,物3万吨以上.

近年来,随着人们环境意识的增强,特别是强调走可持续发展道路以后,自来水厂排泥水处理以及污泥处置问题越来越受视,**对自来水厂生产废弃物的排放和处置要求也逐渐提高.我国许多规模较大的新建水厂和水厂扩改建工程也开始考虑排泥水处理和污泥处置问题,所采用的工艺流程也各不相同.本文的主要目的是就自来水厂排泥处理采用的有关流程以及自控要求提出一些个人看法,供有关人士参考.


排泥处理常采用的工艺流程布置方式

在工程设计中选择排泥水处理工艺流程时需考虑排泥水的沉降性能,上清液是否能达标排放,集泥池中的泥水浓度是否能满足浓缩脱水的需要,以及排泥水调节池和滤池反冲洗废水调节池是否能满足排泥水与废水预浓缩的体积要求等.通常有下列几种布置方式可供选用参考:

方式(1):沉淀池排泥水浓缩处理,滤池反冲洗废水直接回用或排放.适用于滤池反冲洗废水可满足回用要求的情况,考虑到长时间回用可能引起的金属离子富集等问题,亦考虑排放措施.

方式(2):沉淀池排泥水浓缩处理,滤池反冲洗废水经废水调节池预沉,上清液回用或排放,底部污泥水浓缩处理.适用于滤池反冲洗废水不能满足回用要求,但预沉后上清液可以满足回用要求的情况.

方式(3): 沉淀池排泥水和滤池反冲洗水经调节池混合后,上清液回用或排放,底部污泥水浓缩处理.适用于滤池反冲洗废水不能满足回用要求,但单浓缩无法脱水机械要求,只能与沉淀池排泥水混合浓缩的情况.

国内外有些资料上还介绍了一些工艺流程,基本上都是在以上三种基础上略做修改,此处不再介绍.


图1 排泥处理常采用的工艺流程布置


排泥水处理工艺优化

自来水厂沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的浓度和沉降性能之间存在着较大的差别.沉淀池排泥水的浓度一般较高,如果对沉淀池排泥加以有效控制,可将排泥水平均含固率控制在0.6%以上,进行一定时间的浓缩后,一般情况下可将浓缩池底部排泥浓度控制在3%以上,有利于污泥脱水机械的运行.滤池反冲洗废水的平均浓度较低,一般平均含固率在0.1%以下,进行浓缩后浓缩池底部排泥浓度一般1%,经过长时间的浓缩压密也很难过2%,不宜直接进行污泥脱水.

针对上述情况,笔者建议将滤池反冲洗废水的浓缩污泥与沉淀池排泥水混合,进行二次浓缩,具体的工艺布置如下:

图2 排泥处理工艺具体布置

这种运行方式可以明显改善反冲洗废水的浓缩效果,且由于反冲洗废水的浓缩污泥总量少,对沉淀池排泥水浓缩的影响小,可满足脱水机械的运行要求.



污泥脱水工艺的运行控制要求

污泥脱水的运行控制包括沉淀池吸泥机的运行,平衡池和调节池的设置以及加药和提升系统等多方面的要求,以下从设计角度提出一些看法:


吸泥机的运行

建议采用泵虹吸式吸泥机,并在吸泥机上安装泥位浓度梯度检测仪.通过对泥位梯度变化的检测,控制吸泥机的泵吸,虹吸运行选择,提高排泥浓度.在沉淀池的起端和末端易受水流影响的地方,一般排泥浓度较高,可通过程序控制结合泥位梯度检测结果在局部区域多次往复,直至达到排泥要求.


调节池

沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水是间歇产生的,且流量较大,而浓缩池设计时考虑处理负荷,基本上是连续运行的,因此需设置调节池以解决废水收集和浓缩之间能力差值.排泥水调节池用以收集沉淀池排泥水,其容积满足排泥期间吸泥机排泥能力和排泥水浓缩能力的差值;反冲洗废水调节池则收集滤池反冲洗废水,不仅需在容积上考虑滤池反冲洗废水排放能力与浓缩能力的差值,还需考虑反冲洗废水的回用问题.

调节池运行控制方面,建议采用可调节的提升泵,根据调节池的运行液位及污泥浓缩池上清液固体悬浮物含量调节运行速度,以确保回用的上清液中的悬浮物含量小于设定的标准限制.


污泥浓缩池

污泥浓缩池的设计需考虑生产废水的沉降性能和所需达到的处理负荷.为节约浓缩池面积,往往在浓缩池固液分离部分加斜板,以提高浓缩效率.如果同时考虑沉淀池排泥水和滤池反冲洗废水的浓缩,则建议在设计时考虑两组浓缩池之间可切换使用,反冲洗废水浓缩池排泥管路考虑二次浓缩的可能.

浓缩池进水管路考虑流量信号的输出以及进水阀门的状态控制;浓缩池内则包括液位信号,泥水分离区浊度信号和污泥压密区的浓度信号的输出;排泥管路建议采用调流阀,根据排泥管路的污泥浓度调节进入平衡池的污泥量,保证平衡池内的污泥浓度满足脱水机械的要求.


污泥平衡池

污泥平衡池的作用是收集浓缩污泥,保证脱水机械的连续运行.平衡池的容积决定了污泥脱水系统的抗冲击能力,如果原水浊度短期大量提高,产生的浓缩污泥过了脱水机械的处理能力,则出部分的污泥可储存在平衡池内,待以后处理.

污泥平衡池主要考虑液位,浓度信号的输出以及搅拌设备和出水阀门的状态控制.


脱水机械,PAM溶投系统及提升系统

自来水厂的污泥脱水机械主要有带式压滤机,板框压滤机和离心脱水机三种.带式压滤机由于出泥含固率较低,很难达到泥饼处置要求,较少使用,但有时也被用于污泥浓缩;脱水机械常采用的是板框压滤机和离心脱水机,两者产生的脱水污泥基本都能满足处置要求,前者脱水效果优,但设备,土建投资大且系统复杂,后者投资相对较低,系统较简单,但噪音较大,脱水效果较前者略差.

PAM溶投系统包括PAM溶液的配置系统和投加系统,其投加点主要在脱水机械以前,必要时也可在浓缩池内少量投加PAM,以改善泥水分离和污泥沉降效果.

提升系统包括浓缩池,平衡池和脱水机械之间泥水输送系统,根据浓缩和脱水系统的运行情况,有一定的调流要求.

脱水机械,PAM溶投系统及提升系统的控制系统,往往由厂家根据具体设备要求配套提供,包括状态,浊度和压力等信号的输出,控制和开关等要求.


上清液回用

上清液回用,主要指滤池反冲洗水调节池中的水和浓缩池上清液是否可作为原水重新接入常规处理工艺.前者主要需考虑其对铁,锰等金属离子的富集问题以及对出厂水浊度等常规指标和隐孢子虫等微生物指标的影响;后者除考虑前者的这些问题外,还需考率投加PAM后对出厂水质的影响,这对自控检测系统的要求很高.


结束语

目前,国内自来水厂排泥水处理尚属于起步阶段,不仅有关的理论和生产实践研究尚未深入,设计方面也缺乏经验,还有大量的工作要做.因此在设计时,根据原水的水质和水厂的工艺流程,进行必要的试验探讨,以选定污泥处理的合理工艺流程,并结合所选定的设备情况确定运行控制要求.