NETWORK6000 在脱离子水处理过程中的应用（学位论文-工学）

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1、NETWORK6000 在脱离子水处理过程中的应用The application of network6000 in deionized water processing 井涵洁摘要：脱离子水处理单元是一种顺序控制单元， 对时序控制有 严格的要求。文中介 绍了一种新型的控制系统 NETWORK6000 在 PTA 装置脱离子水单元中的应用状况，为中小规模的装置应用提供了一种较典型的思路和借鉴，最后 对系统的应用状况 进行了评价。Abstract: Deionized water processing unit is a sequence control unit. The applicatio

2、n of network6000 in deionized water processing is introduced in the article.The idea of modification is a model. The reviews of the application are given.关键词：NETWORK6000 脱离子 水处理 集散控制系统 顺序控制 Key words: NETWORK6000 deionized water processing DCS sequence control 0. 概述PTA 装置脱离子水单元是为 PTA 装置提供溶剂水和工艺冲洗水，对

3、水质的要求很高，处理量也很大。该单元的控制系统以前使用的盘装式仪表进行控制， 经过多年的使用，系统存在的 问题日益暴露，控制系 统 不能稳定运行，影响了生 产的正常进行，为此采用了英国欧陆（EURO）公司的 NETWORK6000 型 DCS 系统对该单元控制系统进行了改造，改造后系统的自动化程度大为提高，达到了设计目标，满足了工艺生产的要求。1. 工艺简介脱离子水的原水脱离子处理过程，由阴、阳床的运行和再生两部分交替进行，详见图 1，处 理要求对每程序步的具体动作按时序来 执行，控制系 统执行顺序控制要求。图 1 工艺流程简图1.1 阴、阳床运行生产过程由自备水厂来的合格的工业水经过阳床层内

4、的弱酸树脂、强酸树脂用于除去水中的 Ca、Mg、Na 等阳性离子， 处理后的水进入脱碳塔脱除水中溶解的二氧化碳气体，之后进入阴床，经阴床内的碱离子树脂处理除去水中的硫酸根离子、 氯离子等阴性离子，处理后的粗脱离子水送出至混床精制单元进行精制处理，成为合格的脱离子水供用户使用。阳床和阴床都有 A、B单 元构成， 为了保证处理效果，在运行过程中按时序的要求，A、 B单元处于工作和再生交替切换的过程中运行。1.2 阴阳床再生生产过程对床层中的酸离子树脂和碱离子树脂进行再生处理，使阳、阴床重新具备对工业水的脱离子处理能力。再生按顺序包括初始化、计量准备、落床、 预热、加酸碱、置换 、清洗、 结束 8

5、个步骤，各步 骤按顺序要求严格控制相关的切换阀开关，相关的机泵启、停，完成再生的要求。2. 系统的选择根据工艺的求，该部分是一个独立的单元，因此 设计中还是采用一个独立的控制系统的方案不用主体装置的 DCS 系统的合在一起。根据系统规模选用了小型的 NETWORK6000 型控制系统，该系统是 EURO 公司推出的全新一代集散控制系统，它具有连续控制和顺序控制于一体，开放的计算 环境， 规模可变等优势，性价比高，还可以通过太网上 层网络发送实时数据，系统配置见图 2 所示。图 2 NETWORK6000 的系统框图从上图中可见系统由 3 部分构成：现场控制站。采用 T100 控制器以完成顺序控

6、制和批处理控制，面版带有完整的诊断显示，单台控制器最大 I/O 容量 128 点，功能块种类达 80 多种。通讯网络。系统控制分两级：就地仪表网用于控制单元和监控站之间的高速通讯，上位管理网则采用 标准以太网，便于形成大型的管理与控制系统。操作站 T3500。系统的人机接口，基于 WindowsNT 工作平台，完成数据采集、连续 控制、顺序控制、 实时显示、 报警、报表、趋势等功能。3. 系统实现3.1 系统硬件硬件部分由 7 台 T100 控制器和 2 台工控机组成，控制器与工控机之间由 2根冗余的 75 欧姆同轴电缆经 PCLIN链接卡相连接。 T100 控制站T100 控制站共有 351

7、 个 I/O 点，其中包括阀位反馈信号（DI）164 点、机泵控制信号（DO）22 点、开关/调节阀控制信号（DO/AO）127 点、和连续控制输入信号（AI）30 点。 工控机2 台工控机的硬件配置相同，均为 PII/333，64MRAM， 6GHD。其中，一台用于组态及维护管理，并作为另一台工控机的冗余。 冗余性考 虑系统通讯、电源及操作站作了冗余设计， I/O 卡未作冗余设计。3.2 系统软件控制系统软件由用于 T100进行组态的 LINTOLLST550 和用于对操作站组态的 FIX（T3500）软件 2 部分组成。本系统使用 LINTOOLS 生成基于 LIN 的过程控制算法和顺序控

8、制策略，并利用 LIN_file 文件将生成的数据库文件经 PCLIN 卡下装到 T100 控制器中。操作站软件为美国 Intellution 公司的 FIX软件为平台。4 顺序控制的设计脱离子水生产过程是一个典型的顺序控制系统，整个生产过程要控制有 96台切换阀的开关动作和 12 台机泵的启、停操作，其中 69 台阀门要求有反馈信号。此外还 包含一些常规的控制回路。顺序控制与常规的连续控制系统不同，有其自身的特点和要求。结合本项目的工艺特点，在控制系统的实现中，考 虑了以下原则：工艺介质的物流启 动顺 序。应当从后级设备开始启动，在控制系统接收到其运行的反馈信号后，再启 动前级设备，直到完成

9、整个生产过程运行。停 车时顺序则相反，应当从前向后，逐级停运。机泵启停顺 序。应当考虑到对其设备的保护，防止抽空对泵的损坏。机泵运行前，应先关闭泵下游的控制阀，保 证机泵内充满 工艺介质，等机 泵运行后，在打开下游控制阀。停泵前不可先关闭其上游控制阀。在本项目中，脱碳塔出口水泵的启停控制中，就已加入了此项保护功能。联锁与紧急停 车。这里，首先 应当考虑的是工艺方面的安全状态，即保证在故障或要求中断控制运行时，生产过程可以处于安全的操作条件下。设计中考虑到每一个程序步都有可能发生联锁或紧急停车，因此，联锁或紧急停车处理子程序的启动条件判断，在每一个程序步都要被执行，以随时识别触发条件。根据工艺条

10、件完善的联锁保护及紧急停车系统，并在顺控中得以实现。如，床层再生程序进行时，相关 阀门均处于安全状态下，只有待程序完成后，才有 动作的可能；A、B 床层的运行 协调也有类似的保护设计。对于涉及停车的按钮和操作，设计 有系统提示和二次确认，以防止 误操作造成意外停车。此外， 还设计有相对独立的停车措施，强化了系统的安全性。再启动系统 的设计。为使顺控系统能在紧急停车后直接从停车的程序步重新开始执行，再启动系统 的设置是必要的，并且与联锁和紧急停车系统相关联。例如，在阴、阳床再生时 ，酸碱计量配制阶段尚未完成，因某种原因引发了联锁或紧急停车处理子程序，当故障检查排除后，生 产过 程不再从头开始，而

11、 应从断点处继续执行。这时，通过再启动系统就可以方便地 进入所需的操作状态。所以，在顺序控制系统的每个程序步设计从初始步转到该步的转换条件是必要的。或者，在各程序步间设置转换 条件，也可达到相同的目的。此外，转换条件不与工艺的安全条件冲突，同时，也留有手动操作的优先路径。6 顺序控制中的常规控制在脱离子水单元，有 7 个常规连续控制回路，其中运行方式相对较为独立的回路，按照通常的控制方式进行处理。与 顺序控制相关部分，则根据顺控系统的要求，将其作为顺控系统的一部分进行设计。在脱离子水生产过程中，一定工况条件下，部分控制回路需要进行手动和自动之间的切换，并对输出进行调整，其组态的处理方式，影响到

12、系统的控制品质。在此控制系统中，引入了平稳和快速性的设计，即使用定值适应和随动控制的 PID 控制（二维 PID），对设 定增加动态校正。控制开始时，先以随 动控制的参数调整控制阀的开度，当进 入一定的设定值范围后，再用定值控制的参数控制该过程。这 种方案使系统在随 动控制和定值控制时都有较好的控制品质，但在开始阶段的调整时间也大大延长，所以，在实际应用中，采用对设定值变化速率进行设置的方法来得到以一定速率变化的设定轨迹，从而使生产过程的有关变量能快速平稳地从静态进入工作状态。对于一些反馈变化较慢的工艺参数，还可以将过程分为多个阶段进行调节，以加快系统的反应速度。图 3 再生的加热温度控制功能

13、组态框图在图 3 中，温度控制器被顺控系统从手动切入自动时，控制器输出并未送到蒸汽控制阀，蒸汽控制阀由定值输出使其全开，达到一定温度后，再由温度控制器自动控制。输出的定值也可以根据具体的工艺工况，预先设定为某一固定开度。从自动 到手动状态的切换时，非活 动步时蒸汽控制 阀被切入全关位置。控制回路切换时，采用脉冲信号作为手/自动切换的信号，其原因是允许操作人员对过程的手/自动状态进行干预。控制器的设定值设置有两项：设定值和设定值最大变化率。设定值由工艺过程决定， 设定值最大变化率则与过程变量的采样时间相关，也可采用预设 定值和停留时间作为参数。6 操作画面设计系统采用 300 点的 FIX软件，

14、两台操作站互为冗余，整个生产过程的检测和控制是在 7 个分散控制器中完成的，生产过程参数、报警和趋势信息在操作站中显示。该项目工艺上的顺控特点，使得工艺流程和控制的进程成为操作人员最为关心的因素，因此，在过程流程图设计中开发了相应的 顺序控制画面，操作人 员能从画面中清楚地了解到顺序控制进行状况。在工艺流程图上利用 FIX软件所具有的颜色变化功能，对工艺 管线设置了醒目直观的“ 变色管线”。 在操作画面的调用方面，采用了软键方式，使操作人员能尽快地调用所需画面。整个生 产过程有工艺流程图画面、顺序控制流程画面、PID 调整画面、过程参数汇总画面、及车间管理画面等多种类型的画面，画面功能也较大部

15、分 DCS 系统丰富。其中， PID调整画面为仪表工程师提供了便捷的故障诊断及参数的调整的手段。7 存在的几个问题脱离子水项目的 DCS 改造以来，系统运行十分正常，但在调试过程中也碰到过一些问题。软件问题。FIX 软件是基于 WindowsNT 平台开发的图控软件，当窗口打开过多，或激活的处理工作量 过大时，会因系 统资源被占用消耗过多，造成死机。解决的办法有 2 种，一是通 过 Windows 的技术补丁更新消除；换用内存大的工控机和操作站，以增加系统资 源能力。组态配置不合理。此类问题在系统投用初期往往会出现，例如，系统调用、显示速度较慢等。其原因在于设置的扫描周期和询答时间不够合理。硬件故障。系统硬件故障中，信号 连接问题在投用阶段发生较多，通过调试可以有效地消除。结束语脱离子水生产过程是水处理过程中的重要一环，该单元的控制以开关量的处理为主，兼有一些模拟量的 处理控制，因此小 规模的 DCS进行改造是很实用的一种方法它比 PLC 有更强的处理能力，人机接口更加友好。系统使用两年来，效果良好，改造获得了成功。