浅谈PCS7在炼化装置污水处理场的应用

2022-09-10

1 工程概述

青岛炼化有限公司污水处理场设计规模主要为:处理含油污水400立方/小时, 处理含盐污水200立方/小时, 脱水产污泥12立方/小时。主要收集青岛炼化有限公司生产装置工业废水和生活污水。该工程由预处理工段、生化处理工段、物化处理工段和污泥脱水工段组成。

上海西门子工业自动化有限公司负责为青岛炼化有限公司建立全厂自动化控制系统。承接的工程范围包括:硬件供货, 系统集成, 技术支持和客户培训等。

2 PCS7系统概述

青岛炼化有限公司全厂控制系统采用西门子PCS7过程控制系统, PCS7是一种模块化的基于现场总线的新一代过程控制系统, 将传统的DCS和PLC控制系统的优点相结合, 系统所有的硬件都基于统一的硬件平台, 可以根据需要选用不同的功能组件进行系统组态。所有的软件也都全部集成在SIMATIC程序管理器下, 有统一的软件平台。它采用了现代化的软件体系结构, 对项目进行管理、处理、归档和建立文件, 在软件开发方面, 采用了面向对象的技术。在项目管理上, 以系统硬件和工艺过程两个不同的视角, 同时进行管理。这两个视角在程序管理器中分别称为标准分级 (S t a n d a r d H i e r a r c h y) 和工艺分级 (P l a n Hierarchy) 。在SIMATIC程序管理下, 有多种组态工具可以使用, 无论采用何种组态工具, 生成的组态数据都自动存到一个统一的数据库中。这些组态工具是:CFC (连续功能图) 、SFC (顺序功能图) 、STEP7 (SIMATICS7系列PLC编程语言) 、SCL (结构化的控制语言) 和Win CC (SIMATIC视窗控制中心) 等。系统采用大量新技术, 在网络配置上采用标准工业以太网和Profibus网络, 消除了DCS和PLC系统间的界限, 真正实现了仪控和电控的一体化, 充分体现了全集成自动化的特点, 使系统应用范围变广, 是一种面向所有过程控制应用场合的开放型过程控制系统。控制系统的现场控制站采用带有带电热插拔特性的SIMATIC ET200M分布式输入/输出控制站, 允许控制站中的信号模块在系统运行的情况下插拔, 而无需停止系统, 大大提高了系统的可靠性。系统开放性强, 易于连接到企业管理网, 可与常见的办公软件进行数据交换, 可大幅度地降低工程设计, 维护费用。

青岛炼化公司设置一个全厂中央控制室, 污水处理场设置一个现场机柜间PCS7系统安装在中央控制室和现场机柜室, 污水处理场自控系统的监视、操作、控制和管理由过程控制系统PCS7完成。现场机柜室设置有DCS过程控制、安全保护和状态检测等各种系统机柜、通讯接口柜、配电柜、仪表电气接口柜、UPS等, 并设有DCS工程师站/操作站, 用于调试、开车和维护, 操作员站显示生产流程实时信息以及全部报警功能;在中央控制室设置模拟控制屏, 通过冗余的10Mbps光纤环网 (工业以太网) 相连接, 分别将信号传送至中央控制室, 污水处理场主要机泵等运转设备的开、停和故障信号都将在现场机柜室和中央控制室的操作屏上显示。该工程采用SIEMENS高速以太网光纤通信模块OSM, 大大加强了网络抗电磁干扰的能力省去了采用普通双绞线连网所必须考虑的防雷击及过电压保护的措施, 使得控制系统安全可靠, 风险系数大大降低。

PCS7有以下组成部分。

(1) SIMATIC Manager-核心应用程序用于建立或访问PCS7项目应用程序。

(2) HWConfig-组态系统硬件结构。

(3) CFC和SFC编辑器-建立连续功能图和顺序功能图。

(4) 带有各种编辑器的PCS7 OS-操作员站 (OS) 的组态。

3 检测、控制对象

PCS7过程控制系统控制现场设备 (泵、阀门等) 的开、关、停、运转;电动阀门的开启、关闭;关键设备的连锁;实现污水调节罐/提升泵房/油水分离器/涡凹气浮/溶汽气浮/厌氧池/曝气池/二沉池/1#、2#分析小屋/混凝沉淀池/加药间/消毒间/流砂过滤单元/污泥浓缩罐/离心脱水机污泥脱水/废气处理整个污水处理过程的生产自动化。

青岛炼化污水处理场在设计施工中主要采用成套设备技术, 很大程度上减轻了设计施工难度。其中提升泵房/油水分离器/涡凹气浮/溶汽气浮/工段集中在三层的除油框架上, 第三层为6套油水分离器设备, 第二层为6套涡凹气浮设备, 第一层为6套溶汽气浮设备和提升泵房;加药间为8套加药搅拌、计量设备;消毒间为1套加药消毒设备, 由余氯仪和加药泵实现联锁控制;1#、2#分析小屋分别装有NH3-N分析仪、DO分析仪、水中油分析仪、p H分析仪, 实现水处理过程的分析检测功能;离心脱水系统为一备一用两台离心脱水机离心脱水机现场配置两面PLC机柜实现污泥脱水的过程控制, PCS7通过冗余光纤与离心脱水系统PLC进行通讯实现监视报警功能, 离心脱水系统为独立的控制系统, 采用光纤通讯不仅节省了大量电缆投资, 还减少了信号干扰发生的概率。

4 组态

PCS7的组态包括硬件组态、程序设计和操作员站组态, 三者缺一不可。

4.1 硬件组态

组态设置硬件地址 (如CPU、PC/PG及各模块的地址) 时要与PLC硬件自身的设备地址相一致。在硬件组态中, DI、DO模块无特殊设置, AI、AO模块设置较为特殊。

4.2 程序设计

程序设计要求结构清晰、规范。根据工艺流程需要, 首先按照装置分为几个子程序块, 再将每个子程序块根据功能划分为更小的子程序块, 以减少系统资源 (如存储器) 的占用, 降低输入工作量, 方便调试, 4.3操作员站组态

PCS7软件使用的实时数据来自现场采集的数据。

5 系统的抗干扰措施

在以PCS7为核心的整个控制系统中, 存在着多种信号。弱电方面:有热偶毫伏信号;4m A~20m A的标准化信号;压力开关等各种触点信号。强电方面:有驱动电动机用的变频器;加热用的负载电流;电动开关阀控制信号等。由于信号较多, 系统布线时又难以完全分开, 所以会出现意想不到的干扰信号, 这些干扰信号不仅会给系统的控制和测量带来一定的误差, 甚至使系统无法正常工作。在这其中, 尤以变频器的干扰为最大, 它不但使电源的正弦波发生畸变, 产生各种高次谐波, 使其他仪表不能正常运行, 而且通过纵向和横向窜入其他信号内, 使一些电子部件产生误动作 (如误触发) 。为了保证系统既不因干扰而停止工作, 又能满足系统的控制和测量精确度, 所以在抗干扰方面既采用了硬件措施, 又采用了软件措施。