【摘要】介紹了北塘再生水廠工藝流程及其采用的浸沒式超濾系統(tǒng)（SMF-S）和反滲透系統(tǒng)（RO）的處理工藝，著重介紹了ControlLogix熱備系統(tǒng)在北塘再生水廠的配置方式，并從上位機之間、PLC之間以及上位機與PLC之間三方面詳細分析了ControlLogix熱備系統(tǒng)的實現(xiàn)原理。

【關鍵詞】ControlLogix;熱備系統(tǒng);超濾;反滲透;SMF-S;RO

一、引言

我國人均水資源量僅為世界平均水平的四分之一。而我國地域廣大，水資源分布又極不平衡，大體是南方多北方少。地處我國北方的城市----天津，就是一個水資源貧乏的地區(qū)。為了解決水資源短缺的問題，天津濱海新區(qū)對城市污水再利用給予了充分重視，并大力支持再生水項目在濱海新區(qū)的實施與開展。北塘再生水廠肩負著濱海新區(qū)節(jié)能減排的任務，以北塘污水處理廠的出水做為進水，采用了浸沒式超濾（SMF-S）和反滲透（RO）處理工藝，產水規(guī)模為4.5×104m3/d，分別為天津北塘熱電廠（用水量：2.87×104m3/d）、北塘片區(qū)（用水量：1.07×104m3/d）及黃港生態(tài)開發(fā)區(qū)（用水量：0.56×104m3/d）供水。

對于一個再生水處理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)尤為重要，它是整個處理系統(tǒng)能夠安全、可靠、高效運行的保障，而熱備系統(tǒng)的出現(xiàn)和快速發(fā)展很好的實現(xiàn)了這一目標。北塘再生水廠所使用的控制系統(tǒng)是ControlLogix熱備系統(tǒng)。

二、北塘再生水廠工藝介紹

北塘再生水廠包含有提升泵房、超濾處理工段、反滲透處理工段、清水池、送水泵房和加藥間等。主要處理工藝是浸沒式超濾（SMF-S）+反滲透（RO）。SMF-S系統(tǒng)能去除水中大于0.03微米的顆粒，利用外壓式中空纖維超濾膜（由天津膜天膜科技股份有限公司生產），通過低壓氣水雙洗+反沖洗等運行和反洗工藝來維持系統(tǒng)的運行流量。過濾的流向是從中空纖維的外壁至中空的內腔，進水通過多孔的纖維壁將水中的固體截留在外壁，以有效去除水中的微生物和懸浮物等物質。RO系統(tǒng)是在高于溶液滲透壓的壓力下，借助于只允許水分子透過的反滲透膜的選擇截留作用，將溶液中的溶質與溶劑分離，從而達到純凈水的目的。反滲透膜是由具有高度有序矩陣結構的聚合纖維素組成的。它的孔徑為0.1納米-1納米，即一百億分之一米（相當于大腸桿菌大小的千分之一，病毒的百分之一）。它可以把水中的雜質、各種離子、分子、有機物、膠體、細菌、病毒、熱源以接近95-99%的去除率。我廠采用的是日本東麗膜。整個系統(tǒng)處理過程完全自動化控制，這就要求控制系統(tǒng)要足夠智能化、人性化，并要有故障時的備用能力，以確保再生水處理系統(tǒng)高效、穩(wěn)定的運行，才能保證對用戶的正常供水。

三、ControlLogix熱備系統(tǒng)在北塘再生水廠的實現(xiàn)分析

1、ControlLogix熱備系統(tǒng)的工作原理

在ControlLogix冗余熱備系統(tǒng)中，當主處理器執(zhí)行完程序后，會將所有輸出指令的結果傳送給從處理器。同時，由于ControlLogix系統(tǒng)所有的I/O設備都在ControNet網絡中，在ControNet網絡中采用的通訊方式是“生產者/消費者”模式，而從處理器作為一個“消費者”可以與主處理器具有同樣意義的地位，一樣可以獲取I/O的輸入信息。這樣，就確保了主、從處理器內輸入、輸出映像表的一致性。從而在控制與執(zhí)行方面得到了“雙”保障。

2、ControlLogix系統(tǒng)在北塘再生水廠的配置方式

北塘再生水廠的熱備控制系統(tǒng)采用的是羅克韋爾AB Logix5000 PLC，主站通過ControlNet網絡與多個遠程站（公共站5個，SMF-S站6個，RO站9個）通訊。上位機選用的是兩臺SIEMENS工控機，并配21寸液晶顯示屏，每臺上位機安裝了兩塊10/100M的自適應以太網卡，均與兩臺工業(yè)用交換機（型號：1983-MS06T）形成雙網通訊。主站與遠程站之間ControlNet網絡采用的是單網通訊，這對冗余系統(tǒng)的完整性無疑是一種欠缺，日后將會在技改中更改網絡配置為雙網通訊。見系統(tǒng)配置圖。

3、北塘再生水廠上位機熱備

北塘再生水廠的兩臺上位機PC1和PC2硬件配置完全相同，它們同時同步工作，同步運行著監(jiān)控軟件。一個為主系統(tǒng)，另一個為備用系統(tǒng)。當主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，備用系統(tǒng)會立刻轉備為主。正常情況下，由主系統(tǒng)完成現(xiàn)場數(shù)據的實時采集，并實時更新備用系統(tǒng)中的數(shù)據。當發(fā)生故障時，備用系統(tǒng)將會自動承接主系統(tǒng)的工作，并完成報警狀態(tài)和實時數(shù)據的一致性任務。

運行中，任一臺PC機發(fā)出控制命令的效果都是一樣的，在另一臺PC機上會引起相同的反應。通過以太網的通訊方式，PC機時刻高效的監(jiān)視著工藝系統(tǒng)的運行狀況。這種上位機的雙機熱備以其軟件豐富、顯示功能強和輸入控制方便等優(yōu)點，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性。（見系統(tǒng)配置圖第一部分）

4、北塘再生水廠PLC雙機熱備

北塘再生水廠所使用的ControlLogix PLC熱備系統(tǒng)是由兩套完全相同的PLC系統(tǒng)組成，它控制著整個生產流程，它的工作狀況以及與上位機、PLC遠程站之間的通訊正常與否，關系到整個生產系統(tǒng)的正常與否。因此必須對PLC進行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤，就必須立即啟用備用PLC，使之獲得主控權，以確保生產流程能順利進行下去，并提示操作人員對原主控PLC進行及時檢修。（見系統(tǒng)配置圖第二部分）

5、北塘再生水廠上位機與PLC通信的雙網冗余

工業(yè)以太網是目前最流行的拓撲標準之一，具有傳輸速率高、網絡資源豐富、系統(tǒng)功能強、安裝簡單和使用維護方便等很多優(yōu)點。北塘再生水廠上位機與PLC的通訊方式采用的就是工業(yè)雙環(huán)以太網（見系統(tǒng)配置圖第三部分），在技術上，與IEEE802.3標準完全兼容，在數(shù)據通訊上實現(xiàn)了冗余，也實現(xiàn)了生產的雙保險。

四、結束語

綜上所述，在對控制要求較高的再生水處理系統(tǒng)中采用上位機雙機熱備，PLC系統(tǒng)的雙機熱備，上位機與PLC通信的雙網冗余，較以往單機和單網通信，這種方案大大降低了系統(tǒng)設備的故障停機率。特別是針對我廠（北塘再生水廠）對污水一級A出水的再利用處理，設備的低停機率、高穩(wěn)定性給用戶帶來了用水保障，同時也為濱海新區(qū)的節(jié)能減排任務做出了貢獻。

參考文獻

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