樓華敏，王萬成，李建飛

（中煤科工集團杭州研究院有限公司，浙江 杭州 311201）

引言

某稀土公司為了節(jié)能減排，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的淋洗水廢水進行治理，廢水產(chǎn)生于車間生產(chǎn)線。同時，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人工的成本也在急速上漲，原來傳統(tǒng)的手工操作，陸續(xù)被自動化程度較高的設備替代。尤其在一些高污染的環(huán)境下，人力資源顯得尤為緊張，因此迫切的需要一套成熟穩(wěn)定的系統(tǒng)，節(jié)約能源。

1 工藝流程和控制要求

本次設計包含淋洗水納濾系統(tǒng)，其中w（NH4Cl）=0.1%～0.2%，淋洗水作為納濾系統(tǒng)的原水，經(jīng)除油、超濾、納濾處理后，產(chǎn)出的淡水直接回用于生產(chǎn)線。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，該廢水的廢水量為500 m3/d，系統(tǒng)運行時間為24 h/d?，F(xiàn)在淋洗廢水為例，其具體工藝包含超濾、除油過濾器、納濾系統(tǒng)、ED系統(tǒng)。

淋洗廢水提升至超濾系統(tǒng)，利用致密的超濾膜過濾去除廢水中的懸浮物、膠體等。超濾透過液進入除油過濾器，利用活性炭的高效吸附功能去除廢水中的油分，然后進入納濾系統(tǒng)，回收70%水作為配碳銨用水回用，30%濃水進入后續(xù)膜濃縮系統(tǒng)原水池。膜法階段采用全自動化控制系統(tǒng)，控制要求：淋洗的出水經(jīng)超濾循環(huán)泵進入超濾膜系統(tǒng)，超濾濃水回流至超濾原水箱，產(chǎn)水經(jīng)過除油濾器進入原水箱。原水箱水經(jīng)過過濾、加壓進入NF系統(tǒng)。NF每運行4 h反洗一次，產(chǎn)水進入業(yè)主的配碳氨車間，進行回用。濃水進入ED系統(tǒng)，ED系統(tǒng)，分為2級，每運行4 h進行相應的倒極，對應的濃水轉入后續(xù)處理，產(chǎn)水經(jīng)過處理后直接回用。

2 自動控制設計

整個系統(tǒng)分布在獨立的兩個車間，每個車間兩層，根據(jù)現(xiàn)場工地的實際性，保證污水處理過程當中的安全可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性，提高自動化水平，控制系統(tǒng)采用上位機、DCS可編程控制器等組成的控制系統(tǒng)硬件結構。該系統(tǒng)為現(xiàn)場分布式控制、集中監(jiān)視的全自動化、智能化控制系統(tǒng)，現(xiàn)場儀表通過信號采集統(tǒng)一在工控機上顯示，并且記錄，為后期系統(tǒng)更加穩(wěn)定運行提供保證。系統(tǒng)通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡把現(xiàn)場的諾干站點跟中控室緊密連接起來，避免布線的繁瑣，提高準確性和施工效率，并且實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時記錄、故障報警、狀態(tài)監(jiān)測、動態(tài)顯示、報表分析，這些給系統(tǒng)工藝的分析提供了有力的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

系統(tǒng)的結構和功能。根據(jù)廢水工藝，本工藝自動化監(jiān)控系統(tǒng)的IO點數(shù)914個，具體分布：DI點529、DO點235、AI點145、AO點5個?？刂平Y構的選擇應考慮廢水處理工藝要求和控制本身的特點，要采用目前水處理行業(yè)先進控制方案。水處理單元平行設備多、采樣信號分散、控制點遍布全廠、現(xiàn)場干擾大、安裝工程量大，調(diào)試、維護、檢修時要迅速就地觀察自控閥門、水泵等動作；維護檢修時能便捷地找到故障。自動化程度高集中監(jiān)控符合工藝和控制兩方面的發(fā)展趨勢，減少了不必要的誤操作。

本設計經(jīng)反復深入對比，優(yōu)選出穩(wěn)定性極高的DCS系統(tǒng)。在整套系統(tǒng)內(nèi)，DCS控制系統(tǒng)通過分站或者主站對二次儀表進行輸入信號的采集，在主控內(nèi)進行運算并作出判斷，根據(jù)判斷結果發(fā)出指令，控制整套系統(tǒng)內(nèi)的動力設備啟停和氣動或電動閥門的開閉。

DCS控制系統(tǒng)的主體設備包括1套集成調(diào)試好的DCS控制柜、1套冗余的控制處理器、1套冗余的DC24V電源、1套AC220 V電源、1套冗余的通訊網(wǎng)絡、1套數(shù)字量和模擬量輸入輸出模塊、1套工程師站、1套組態(tài)軟件和1臺打印機。

3 軟件設計

控制系統(tǒng)選用DCS控制系統(tǒng)，能實現(xiàn)現(xiàn)場所有自動化儀表、水泵等的實時狀態(tài)反饋、記錄、存儲，以及分時存儲、自動輸出、打印報表等人性化功能及界面，把一套抽象的水處理系統(tǒng)展現(xiàn)的活靈活現(xiàn)。DCS采用得是GCS，友好的編程語言以及完善的模塊化，既節(jié)省編程時間又能提高編程精度，避免重復的功能塊編寫，比如水泵、閥門、模擬量處理，直接調(diào)用即可。本次選擇的DCS平臺產(chǎn)品是面向工廠自動化領域推出的產(chǎn)品，平臺集成了多種控制功能、可視化、網(wǎng)絡和信息技術，為各種應用程序提供完全集成化解決方案。整個平臺基于UCP通用通信協(xié)議網(wǎng)絡進行構架，使產(chǎn)品適應現(xiàn)場分散的試用場合。

3.1 主控系統(tǒng)的特點

冗余措施。主控制器采用主備雙模冗余配置，設計有硬件冗余切換和故障自檢電路。兩個主控制器進行熱備份，它們同時接收網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，同時做控制運算，但只有一個輸出運算結果，實時更新數(shù)據(jù)。一旦工作主控發(fā)生故障，備份主控自動進入工作狀態(tài)，而且切換工作是無憂的。

電源冗余，電源模塊為特殊設計，功率大、穩(wěn)定性好，均實現(xiàn)冗余配置，多個電源并聯(lián)使用，均流運行，當其中一個故障時，另外一個自動承擔全部負載。

分散隔離措施。全分布只能I/O模塊，可集中、可分散，開關量輸入選用端子型繼電器進行隔離，開關量輸出選用中間繼電器進行隔離，模擬量輸入輸出均用隔離器進行隔離。

迅速維修措施。自我診斷，每個模塊均有CPU，周期性進行自診斷。故障指示，每個模塊有狀態(tài)指示燈。帶電插拔，控制器和模塊均可以帶電插拔，對系統(tǒng)不產(chǎn)生影響，這是為了保證某些模塊故障時，系統(tǒng)自動切換到備用板，便于系統(tǒng)維護。

3.2 整個DCS控制系統(tǒng)特點

安全可靠性要最高；能滿足復雜的先進的控制要求；能實時在線維護和修改；與整廠的CS系統(tǒng)無縫聯(lián)接，數(shù)據(jù)交換順暢可靠。

針對本項目系統(tǒng)，I/O預留30%的余量，計算機控制所用電源，配置不間斷電源。如圖1所示。

4 結語

人類對環(huán)境要求越來越高，工業(yè)環(huán)保事業(yè)飛速發(fā)展，對相應的環(huán)保自動化也迫切需求。期望在以后的環(huán)保工業(yè)項目中，自動化系統(tǒng)的使用與推廣越來越廣泛。尤其是像稀土高污染的工業(yè)環(huán)保項目中，更應該普及化。