水处理控制系统综述

胡旭阳

（河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳 457004）

水处理控制系统综述

胡旭阳

（河南能源化工集团中原大化公司，河南濮阳 457004）

河南能源化工集团中原大化公司煤化工500 kt／a甲醇项目，水处理装置分为循环水系统、脱盐水系统及污水处理系统三部分。介绍水处理装置所用到的系统及其事故分析。

水处理；控制系统；西门子；PLC

1 前言

河南能源化工集团中原大化公司煤化工项目脱盐水反渗透装置采用了近年来新兴工业水处理脱盐技术，设计外送脱盐水量为560 t／h，采用了先进的膜处理技术和离子交换除盐工艺。使用荷兰诺瑞德公司生产的超滤膜元件，除去原水中大部分悬浮物、胶体及部分有机物。循环水单元设计循环量为44000 t／h，9台上海KSB泵厂生产的循环水泵，单泵设计流量为6500t／h，11座逆流式凉水塔，单塔处理水量4 500 t／h。污水处理单元采用SBR序批式间歇活性污泥法，处理水量100 t／h。

2 水处理装置系统概述

供水共分为循环水系统、脱盐水系统及污水处理系统三部分。所使用的控制系统包括6套西门子PLC系列和1套和利时DCS系统。循环水控制系统包括建厂初期的1套旁滤器S7－200就地PLC系统和1套S7－300PLC的循环水系统。后期陆续增加了2套旁滤器S7－300系统。脱盐水系统组成为1套S7－400 PLC系统和后续2011年上的1套S7－300 PLC增补系统。污水系统原为循环水PLC系统下属的一个子站，后装置改造，扩大规模于2012年上1套和利时SM系列DCS系统。

3 控制系统结构简述

本装置中所涉及到的PLC均为西门子公司产品。不论是S7－200、S7－300还是S7－400系列PLC，其典型硬件结构组成为：PS电源（s7－200为CPU集成）＋CPU卡件＋CP通信卡件＋各种I／O卡件。若有DP子站，则DP子站安装IM接口模块。现场PLC的HMI面板通过PPI／MPI协议连接到CPU相应接口，完成相应功能。上位机根据通信方式不同，可通过西门子专用网卡和通讯线连接至CPU，也可通过以太网连接至CP。西门子I／O卡件的工作电源由背板提供，源自系统PS电源。而卡件供电电源一般由外配电源提供，本装置外配电源均采用西门子SITOP电源，为现场变送器、定位器、电磁阀、位置开关等提供工作电源。

西门子S7－200系列PLC下位组态采用STEP 7－MicroWIN，上位则根据HMI厂家的不同选用不同的组态软件。S7－400和S7－300系列PLC常用组态软件为STEP 7－SIMATIC，上位组态软件根据使用厂家不同而确定，西门子上位使用WINCC组态，本厂上位使用北京亚控公司的组态王产品。

污水站使用的是和利时公司的SM系列DCS系统，其结构为机笼式安装，包含硬件：冗余主控制器＋冗余电源模块＋I／O模块。主机笼与扩展机笼之间通过Profibus－DP总线连接，扩展机笼无需安装接口模块。I／O模块与对应的端子模块通过预置电缆连接。一般在系统柜顶端安装冗余外配电源模块，提供现场查询电源。在主机笼底板有四个RJ45接口，以太通讯连接至操作站。本系统下位及上位均采用和利时公司产品。

4 水处理系统本身问题思路

针对西门子PLC来说，常见的系统故障有CPU停运；I／O卡件离线；上位通讯不畅；下位程序无法在线；CPU故障灯亮（SF，BF）等。

西门子PLC卡件正面一般由状态指示灯，尤其CPU和接口模块状态指示灯则更多，通过指示灯可以反映一些问题。另外，通过查看CPU本身的诊断缓冲区信息，查找故障代码可以方便快捷的查找系统问题所在。

下面针对不同系统故障类型可能出现的原因进行分析：

1）对于CPU停运。可能原因有硬件中断、软件中断、存储卡故障、CPU故障等。通过查看CPU诊断缓冲区可以快速分析中断原因。正常连接至CPU，但无法查看系统硬件或无法上传硬件和程序，则考虑是否存储卡故障。若通过MPI也无法连接至CPU则考虑是否CPU故障。

2）对于I／O卡件离线。通过查看诊断缓冲区，分析可能离线原因。检查卡件供电电源，检查背板总线接线。

3）上位通信不畅。造成上位数据不更新原因较多，根据通信方式的不同，检查也不一样。首先应确认硬件状态，包括CP或CPU卡件状态、PC机后网卡状态、交换机状态。其次，登录下位程序检查通信是否正常。其后通过连接笔记查看硬件状态和通信参数设置是否一致。逐步排查确认故障段或故障点。

4）下位程序无法在线。检查通讯是否正常，确认在线时提示故障代码。查看诊断缓冲区提示信息。上载实际运行程序比较，确定最终原因。

5）CPU故障灯亮（SF、BF）。对于S7－400系列CPU故障指示灯更多。包括INTF，EXTF，BUS1F，BUS2F，IFM1F.IFM2F等。针对外部故障，包括I／O卡件离线，DP子站通讯故障等，一般通过在线系统硬件可以方便看出。对于内部故障，包括寻址故障、数据溢出、程序写入、调用故障、计数器、计时器溢出等，通过查看诊断缓冲区可以方便的查询、定位故障原因。

5 发生的典型事故

1）故障现象：循环水站3＃子站最后一块AI卡SF灯亮，其下所有通道数据为负开路。

故障处理：进入诊断缓冲去，检查发现故障信息为，硬件中显示此AI卡离线，其下所有通道无法访问。测量卡件供电电压仅为20V，低于卡件正常工作电压。由于卡件供电电源串联，至最后一块AI卡是电压降过多造成。由总供电端子处引电源重新接线后，卡件正常。后利用机会已将机柜供电回路整改。

2）故障现象：脱盐水站上位机数据不更新。

故障处理：脱盐水上位机与CP之间以太网通讯通过三个交换机星型连接实现。而上位组态王通讯组态仅实现与主CP通讯，结构并未实现冗余。出现过主备CPU切换，则上位无法正常显示。另连接主CPU的交换机接线松动则也会造成连接中断，现将两台上位机均连接至主交换机，其他两台交换机停运。

3）故障现象：后上脱盐水站CPU停运。

故障处理：发现CPU故障灯SF灯亮、BF灯亮，同时STOP灯亮。查看诊断信息，发现为现场DP子站离线。将现场控制柜送电后，DP子站恢复正常，将CPU重新启动后正常。所有故障灯熄灭。现增加硬件故障中断OB后，防止因此类原因造成CPU转为STOP。4）故障现象：2＃旁滤器CPU停运，HMI设备失去连接。CPU无法再次启动。

故障处理：挂上笔记本后，发现无法在线硬件设备。重新下载硬件设备提示无法下载。更换存储卡后，下载正常。HMI设备通信也正常。分析原因，此现场柜供电由电气小屋引致，并未从UPS引出。05K001刚出问题，怀疑于此有关。

6 预防建议

本套水处理系统，上位采用组态王，安装方便。每台PC自启动本地服务器，对于趋势、报警均存储在本台PC，故对上位来说只需做好程序备份即可。后上脱盐水上位机安装CP5611通讯卡，在做好程序备份的基础上，还应该做好备件工作。

对于下位西门子PLC系列，需要关注卡件指示灯状态，尤其是CPU状态灯指示。当卡件故障灯亮后，首先查看诊断信息，确定故障相关信息，可方便有针对性的处理。

对于脱盐水S7－400系统，其存储卡为FLASH卡，需要在停车时将程序备份至存储卡，防止CPU掉电重启时，程序不一致无法运行。

对于西门子卡件来说，故障率较高的为AI卡件，故对AI卡件的维护要格外关注。对于2线制电流与4线制电流回路，尽量做到分卡分配，同时严格按照规则接线。对于不同类型卡件，做好备件工作，防止卡件故障，更换时同类型卡件不用下载硬件。

对于现场PLC柜，一般配备HMI设备。由于现场环境较控制室内要恶劣的多。对于设备的防潮、防尘、防高压、防电磁干扰等工作要更加注意，大功率动设备应远离控制柜。同时应对HMI设备使用更加注意，应设置自休眠功能，同时还应防止阳光直接照射。

Analog input in the IA system

Hu Xuyang
（Zhongyuan Dahua Branch of Henan Energy＆Chemical Group，Puyang Henan 457004，China）

energy chemical industry group in Henan Zhongyuan Dahua Company coal chemical methanol 500 kt／y project，water treatment device is divided into circulating water system，the three part of the desalted water system and sewage treatment system.The system and accident analysis used in water treatment device.

Water treatment；Control system；SIEMENS；PLC

X703

B

1003-6490（2015）02-0031-02

2015－03－28

胡旭阳（1987－），男，山东阳谷人，助理工程师，主要研究方向为仪表自动化控制。