顏廷柱

（山東陽煤恒通化工股份有限公司，山東 郯城 276100）

HC900在陶瓷膜鹽水精制中的應(yīng)用

顏廷柱

（山東陽煤恒通化工股份有限公司，山東 郯城 276100）

在精制鹽水改造過程中，利用HC900控制器代替原有的儀表控制，實(shí)現(xiàn)了工藝數(shù)據(jù)的集中顯示和工藝指標(biāo)的集散控制，特別是在陶瓷膜反沖工藝過程中通過邏輯連鎖判斷和順序控制，精確滿足了反沖清洗陶瓷膜管的需求。

HC900控制器；陶瓷膜；反沖清洗；順序控制

山東陽煤恒通化工股份有限公司隔膜法燒堿一次鹽水工序原采用2套道爾桶加砂濾器的傳統(tǒng)裝置，2008年9月，在原有裝置基礎(chǔ)上新上了2臺200 m3的陶瓷膜鹽水精制裝置，在生產(chǎn)裝置改造過程的同時(shí)進(jìn)行DCS改造，采用了Honeywell HC900控制器取代原有的單元儀表，完成整套生產(chǎn)裝置工藝參數(shù)的檢測和控制。

1 陶瓷膜精制鹽水簡介

在鹽水精制的工藝改造過程中，陶瓷膜過濾工藝為重點(diǎn)，核心裝置—陶瓷膜過濾器由江蘇九吾公司提供，通過對化學(xué)反應(yīng)完全的粗鹽水采用高效率的“錯(cuò)流”過濾方式進(jìn)行膜分離過濾。該套裝置共2臺，各由12個(gè)組件組成，采用三級過濾形式，粗鹽水用泵打入第一級陶瓷膜組件后，產(chǎn)出部分精鹽水，被濃縮后的精鹽水繼續(xù)進(jìn)入第二級陶瓷膜組件，產(chǎn)水濃縮后再進(jìn)入第三級陶瓷膜組件，再次產(chǎn)水濃縮，鹽泥從第三級出口排除，各級組件膜面積依次減少，以保證粗鹽水在陶瓷膜表面有基本相同的流速（即膜面流速）。反沖洗工藝流程圖見圖1。

2 HC900控制系統(tǒng)簡介

2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

HC900混合控制系統(tǒng)是Honeywell公司推出的面向混合過程應(yīng)用和設(shè)備集成控制的開放型控制系統(tǒng)，整套HC900控制系統(tǒng)由HC900 C70R型控制器與Server/Client操作站通過TCP/IP通訊連接方式組成。HC900作為中央控制處理單元，現(xiàn)場信號通過隔離與相應(yīng)的輸入輸出卡件相連接；操作站采用性能穩(wěn)定的普通商用DELL OPTIPLEX 745計(jì)算機(jī)，并安裝相應(yīng)的組態(tài)監(jiān)控軟件，其中，Hybrid Control Designer為HC900控制器的組態(tài)軟件，來實(shí)現(xiàn)對信號的采集處理運(yùn)算、邏輯判斷、控制輸出等功能組態(tài)；Experion Vista為操作站的人機(jī)接口軟件，完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的顯示、操作指令的發(fā)出、歷史數(shù)據(jù)的查詢等。

2.2 常規(guī)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

Hybrid Control Designer作為HC900控制器配套的程序開發(fā)組態(tài)軟件，可以非常方便地完成HC900的設(shè)置、控制策略、連鎖保護(hù)、順序控制等功能組態(tài)、以及控制器的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、程序的下裝和上傳，圖形化的開發(fā)環(huán)境和拖曳式的操作使組態(tài)過程非常直觀方便，以鹽水精制工藝中常見的鹽水預(yù)熱器溫度PID調(diào)節(jié)回路為例介紹該軟件的組態(tài)過程。

2.2.1 控制點(diǎn)的組態(tài)

生產(chǎn)用水、堿回收水、回收雜水在配水桶混合后，進(jìn)入預(yù)熱器進(jìn)行升溫預(yù)熱，出口溫度為TI101，控制進(jìn)入預(yù)熱器的蒸汽調(diào)節(jié)閥TV101的閥門開度使進(jìn)入化鹽池的混合水保持適當(dāng)?shù)臏囟龋@就構(gòu)成了一個(gè)最基本的PID調(diào)節(jié)回路。

運(yùn)行 Hybrid Control Designer，在 Function Blocks欄內(nèi)分別拖曳1個(gè)AI、AO和PID功能塊，這個(gè)AI就是TI101的硬接線通道。定義該功能塊的Rack、Module、Channel以及信號類型，同樣定義TV101的AO硬接線通道，通過Soft Wire將TI101、PID101、TV101連接起來，鹽水預(yù)熱器的PID調(diào)節(jié)回路組態(tài)完成，保存下裝到HC900控制器即可。典型的PID調(diào)節(jié)回路見圖2。

2.2.2 軟件通道的建立

Quick Builder為Experion Vista軟件包中數(shù)據(jù)配置程序，運(yùn)行Quick Builder后，在Controllers選項(xiàng)中選擇Universal Modbus Channel通道和HC900控制器的IP地址，在Points選項(xiàng)中分別對應(yīng)建立在HC900控制器組態(tài)中所建立的PID控制點(diǎn)，保存并下裝到EMDB數(shù)據(jù)庫中。

2.2.3 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的顯示

HMIWeb Display Builder提供了多種類型工廠設(shè)備靜態(tài)對象圖形庫、動態(tài)圖形以及標(biāo)準(zhǔn)的SCADA面板，可以實(shí)現(xiàn)可視化的實(shí)時(shí)趨勢和歷史過程信息，支持Visual Basic腳本用于高級動畫制作。利用HMIWeb Display Builder繪制現(xiàn)場設(shè)備示意圖，對現(xiàn)場數(shù)據(jù)點(diǎn)通過“Data Link”鏈接到相應(yīng)的硬件點(diǎn)，通過Station運(yùn)行繪制好的流程圖，即可直觀顯示現(xiàn)場各監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)狀態(tài)。

所有監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)通過以上的步驟即可完成基本的顯示控制功能，Experion Vista包含完整的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)施、先進(jìn)的報(bào)警/事件管理系統(tǒng)、可組態(tài)的報(bào)表、擴(kuò)展歷史數(shù)據(jù)收集等人性化的設(shè)計(jì)，大大提高了軟件組態(tài)和操作人員工作效率，對進(jìn)一步穩(wěn)定生產(chǎn)，控制指標(biāo)提供極大的幫助。

3 陶瓷膜精制鹽水中典型的控制方案

3.1 儲氣罐壓力連鎖控制

鹽水精制過程中，陶瓷膜反沖清洗、板框壓濾機(jī)鹽泥吹除以及自動儀表調(diào)節(jié)閥氣源都需從壓縮空氣儲罐獲得。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際以及安全需要儲氣罐的壓力保持為0.50~0.62 MPa，當(dāng)壓力低于0.50 MPa時(shí)，儲氣罐進(jìn)氣閥KV210自動打開進(jìn)行補(bǔ)氣，對于這種工藝要求，利用HC900邏輯判斷功能非常易于實(shí)現(xiàn)。其功能組態(tài)圖如圖3所示。

當(dāng)將 Digital Variable點(diǎn) AUTO1置“1”值后，該邏輯連鎖投入自動狀態(tài)，此時(shí)，HC900會將當(dāng)前的儲氣罐壓力YS1PI-121A值與低限值 （0.50 MPa）、進(jìn)陶瓷膜反沖管道的壓力YS1PI-121B高限設(shè)定值（0.62 MPa）進(jìn)行高低比較判斷，低于 0.50 MPa時(shí)，進(jìn)氣閥KV210會自動打開；高于0.62 MPa時(shí)，進(jìn)氣閥KV210會自動關(guān)閉，從而保持儲氣罐壓力的穩(wěn)定。

Digital Variable點(diǎn)V-YS1-210為進(jìn)氣閥KV210的手動開閥指令，它會與取反后的AUTO1點(diǎn)進(jìn)行“OR”判斷，使邏輯判斷在非“AUTO”狀態(tài)下，操作工可手動控制閥的開關(guān)。

3.2 陶瓷膜反沖方案

3.2.1 陶瓷膜反沖的要求

粗鹽水在陶瓷膜組件過濾過程中，隨著時(shí)間的延長，粗鹽水中鈣鎂懸浮物、膠體粒子或大分子溶質(zhì)等與膜發(fā)生物理化學(xué)作用或機(jī)械作用而引起膜表面及膜孔內(nèi)的吸附、沉積，從而造成膜孔徑變小或堵塞，膜通量下降，降低了膜的處理量。高壓反沖則為控制膜污染、提高膜通量的最常用的方法。反沖過程是指在過濾的過程中，在膜滲透側(cè)加以瞬間高壓，沖擊膜孔及膜表面的一些引起污染的物質(zhì)，破壞膜面的凝膠層及濃差極化層，消除污染物質(zhì)在膜表面的吸附，從而提高膜的通量。

3.2.2 陶瓷膜反沖的實(shí)現(xiàn)

反沖過程是典型的順序控制過程，HC900控制器可支持20個(gè)順序程序，每個(gè)程序最多可使用4個(gè)順序控制功能塊（SEQ），在1個(gè)控制周期范圍內(nèi)可激活64個(gè)順序步驟，利用HC900的SEQ功能塊可以非常方便地實(shí)現(xiàn)工藝要求，其組態(tài)過程如下。

（1）定義順序控制輸出狀態(tài)。從Function Blocks欄內(nèi)拖曳出SEQ功能塊，分別定義1～16路，每路數(shù)字量的輸出為ON或OFF狀態(tài)，用以控制該路輸出所連接閥、泵的運(yùn)行狀態(tài)，在功能塊的States中還提供了輸入?yún)^(qū)來定義可使順序發(fā)生退出當(dāng)前狀態(tài)的2個(gè)數(shù)字信號。在本次反沖順序控制中，以反沖液罐的液位（LI103）在605～800 mm為判斷條件，這個(gè)區(qū)間的液位恰好能滿足一次反沖過程所需要反沖液量。

（2）順序控制執(zhí)行時(shí)間步驟。定義SEQ功能塊輸出狀態(tài)并保存該FBD Worksheet，打開該SEQ POOL屬性，對每一步驟的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置并保存。HC900的順序控制組態(tài)比較直觀，根據(jù)固液比、膜過濾器精鹽水流量衰減速度、粗鹽水有機(jī)物含量綜合因素，確定反沖時(shí)間為5～10 s，反沖周期為10～60 min（正常控制為 20～30 min）。這些時(shí)間數(shù)據(jù)可在以后的操作實(shí)踐中根據(jù)運(yùn)行效果進(jìn)行修改。

（3）在Station流程監(jiān)控畫面中，分別設(shè)計(jì)了程序投入和切除按鈕。根據(jù)設(shè)定時(shí)間，當(dāng)反沖清洗程序投入自動時(shí)，程序會先去判斷反沖罐液位以確定該反沖液能否滿足一次反沖過程需要，低于設(shè)定值時(shí)自動補(bǔ)充精鹽水，關(guān)閉KV202A，打開KV201A，讓反沖液逆向沖洗陶瓷膜11 s，再打開KV202A讓沖洗后的精鹽水流回精鹽水緩沖槽，一級過濾器沖洗完畢，再同時(shí)對二級和三級陶瓷膜過濾器同時(shí)沖洗，過程與一級過濾器基本相同，完成整組陶瓷膜過濾器的沖洗。

4 結(jié)束語

利用HC900不僅實(shí)現(xiàn)了集散控制，具有報(bào)表打印和歷史數(shù)據(jù)收集管理，且省去陶膜過濾控制觸摸屏PLC，避免了設(shè)備資源重復(fù)添置，同時(shí)，更有利于崗位操作人員的集中操作控制。在化鹽水溫度調(diào)節(jié)、中和槽pH值調(diào)節(jié)、儲氣罐壓力連鎖等多方面實(shí)現(xiàn)了自動化調(diào)節(jié)，降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，提高了設(shè)備自動化控制水平。

作為一種小型的開放式集散控制系統(tǒng)，HC900實(shí)現(xiàn)了精確控制和方便操作，特別是在陶瓷膜的反沖清洗邏輯連鎖和順序控制方案中，充分體現(xiàn)了快速運(yùn)算能力和精確控制性能，提高了精制鹽水質(zhì)量，優(yōu)化了工藝操作。

Application of HC900 in ceramic membrane brine refining process

YAN Ting-zhu
(Shandong Yang coal Hengtong Chemical Co.,Ltd.,Tancheng 276100,China)

In brine refining process,use HC900 controller to replace the original instrument,process data display and process indexes control were focused on achieving,especially in ceramic membrane recoil process through the logic chain of judgment and sequence control,precision meet the backwashing ceramic membrane tube needs.

HC900 controller;ceramic membrane;backwashing;sequence control

TQ114.26+1

B

1009－1785(2011)11-0025-03

收購日期：2011-06-20