摘要：二氧化氯具有很強(qiáng)的氧化性，是一種廣譜、高效的殺菌劑，在循環(huán)水領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，石化行業(yè)作為一個特殊的行業(yè)，對電氣要求較為嚴(yán)格。本文主要從石化循環(huán)水消毒工藝、二氧化氯發(fā)生器防爆控制系統(tǒng)的原理、組成及自動控制等方面介紹二氧化氯發(fā)生器防

　　爆控制系統(tǒng)在石化循環(huán)水中的應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：二氧化氯發(fā)生器;石化循環(huán)水;防爆控制系統(tǒng); S7-200

　　一、引言

　　隨著二氧化氯消毒殺菌方式逐步在石化循環(huán)水中的應(yīng)用，對二氧化氯發(fā)生器控制系統(tǒng)提出更高的要求。在保證控制系統(tǒng)可靠性的同時必須保證電氣系統(tǒng)達(dá)到防爆的要求。下面就重點(diǎn)介紹具有防爆特性的PLC控制系統(tǒng)在石化循環(huán)水處理中的應(yīng)用。

　　二、石化循環(huán)水加氯殺菌、消毒的生產(chǎn)工藝。

　　圖 1 石化循環(huán)水二氧化氯殺菌工藝

　　Fig.1 The chlorine dioxide sterilization process of petrochemical circulating water

　　工作原理：由計(jì)量泵將氯酸鈉水溶液與鹽酸按一定比例投加到反應(yīng)器中，在一定溫度和負(fù)壓條件下進(jìn)行充分反應(yīng)，產(chǎn)出以二氧化氯為主、氯氣為輔的消毒氣體，經(jīng)水射器吸收與水充分混合形成消毒液后，投加到循環(huán)水池水中。

　　三、二氧化氯發(fā)生器控制系統(tǒng)簡介

　　可編程控制器(PLC)作為自動化控制中一門新的技術(shù)正在取代以往的繼電器控制技術(shù)。由于PLC具有體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、維修方便因而在現(xiàn)代工業(yè)控制自控中得到廣泛的應(yīng)用。

　　根據(jù)二氧化氯發(fā)生器的控制要求選用西門子生產(chǎn)的S7―200系列PLC作為二氧化氯發(fā)生器的控制系統(tǒng)。采用觸摸屏畫面顯示系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警信息、還能對設(shè)備某些參數(shù)在現(xiàn)場進(jìn)行設(shè)定。在設(shè)備正常運(yùn)行中能監(jiān)測反應(yīng)系統(tǒng)的溫度并能根據(jù)溫度變化值與溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)加熱自動控制，保證較高的轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本。 可以根據(jù)設(shè)定的設(shè)備產(chǎn)量調(diào)節(jié)變頻器改變計(jì)量泵的工作頻率，或自動狀態(tài)下根據(jù)輸入的進(jìn)水流量信號和余氯信號實(shí)現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)量的自動控制。

　　達(dá)到防爆ExdIIBT3要求，石化行業(yè)屬于爆炸危險(xiǎn)場所，所以選用適用于石化行業(yè)的防爆電氣，減少因電氣設(shè)備或電氣線路發(fā)生故障而成為引爆源引起的爆炸事故，在控制柜殼體選型上我們嚴(yán)格的按防爆要求選用了隔爆殼體及相關(guān)的附屬件?？刂破饕酝獾南嚓P(guān)測量元件、執(zhí)行元件也作了相應(yīng)的防爆處理。確保整個控制系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠。

　　四、控制系統(tǒng)硬件組成

　　本系統(tǒng)專用于石化循環(huán)水的殺菌消毒，采用西門子CPU224-XP作為控制核心，彩色觸摸屏作為顯示單元。

　　外部執(zhí)行元件有：用于加藥的計(jì)量泵，直接選用防爆計(jì)量泵;通過變頻器調(diào)節(jié)計(jì)量泵的頻率。

　　檢測元件：用于檢測動力水壓力的壓力開關(guān),測量原料夜位的液位開關(guān)、測量反應(yīng)系統(tǒng)溫度的(PT100)溫度傳感器及測量水浴水位的水位電極。

　　控制器殼體選用達(dá)到防爆要求的隔爆殼體，包含用于作為觀察窗、指示燈罩的防爆透明件、電氣部分之間連接用的防爆接線盒等。

　　五、電氣控制部分連接示意圖

　　圖 2控制系統(tǒng)組成

　　Fig.2 The composition of control system

　　六、軟件編程

　　通過對PLC進(jìn)行編程可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

　　(1)預(yù)制功能

　　通過按鈕設(shè)定手動狀態(tài)下設(shè)備的產(chǎn)量，開啟計(jì)量泵及加熱控制回路、選擇手動/自動控制。

　　(2)信息顯示

　　TPC7062 觸摸屏人機(jī)界面可將計(jì)量泵工作頻率、電壓、電流、反應(yīng)溫度、設(shè)備工作狀態(tài)、加熱回路狀態(tài)、實(shí)時報(bào)警信息實(shí)時顯示。同時當(dāng)有缺水、超溫、欠壓、缺原料故障出現(xiàn)時，控制柜體上具有聲光報(bào)警提示。信息顯示直觀、清晰。通過切換畫面按鈕，循環(huán)顯示不同的畫面。

　　(3)對加熱控制、投料控制原理的實(shí)現(xiàn)

　　1、加熱控制部分

　　加熱控制部分由溫度測溫、溫度控制、水位檢測三部分組成。PLC對來自溫度傳感器采集的模擬信號，進(jìn)行濾波、處理，將溫度測量值在主頁面顯示出來，內(nèi)部控溫子程序根據(jù)溫度設(shè)定值、測量值PID運(yùn)算,計(jì)算并輸出控制信號至加熱模塊，控制加熱管的加熱量，使溫度達(dá)到設(shè)定值。輸出的加熱控制信號為脈沖信號，所以從硬件的使用壽命上考慮開關(guān)量輸出我們選用了晶體管輸出類型。加熱系統(tǒng)的保護(hù)：當(dāng)PLC 檢測到水位電極缺水信號時，將停止輸出加熱控制信號;此外，當(dāng)有熱電阻出現(xiàn)故障或系統(tǒng)出現(xiàn)超溫時，系統(tǒng)聲光報(bào)警的同時切斷電源主回路。

　　2、投料控制部分

　　投料可分為兩種控制方式：手動設(shè)定、自動控制。

　　自動控制方式：該控制單元根據(jù)進(jìn)水流量信號和余氯信號的大小自動調(diào)節(jié)設(shè)備產(chǎn)量的大小。動力水壓力檢測、原料罐料位檢測、計(jì)量泵的頻率控制三部分。來自進(jìn)水流量計(jì)的流量信號、余氯信號，經(jīng)PLC模擬量通道采集、濾波在觸摸屏顯示測量值，并依據(jù)進(jìn)水流量的大小和系統(tǒng)預(yù)設(shè)單位投加量的值計(jì)算設(shè)備產(chǎn)量的基值，依據(jù)余氯設(shè)定值與測量值的大小計(jì)算出設(shè)備產(chǎn)量的調(diào)節(jié)值，二者的和作為設(shè)備輸出產(chǎn)量，換算為計(jì)量泵的工作頻率，通過RS485 的通訊總線下傳給變頻器，控制供料計(jì)量泵的動作，從而控制設(shè)備的產(chǎn)氣量，實(shí)現(xiàn)投料的合理控制。通過與變頻器的通訊可以采集計(jì)量泵的工作頻率、電壓、電流參數(shù)。

　　保護(hù)措施：動力水的壓力、鹽酸和氯酸鈉兩者的配比影響設(shè)備的安全運(yùn)行，因而動力水管上的壓力開關(guān)、原料儲罐的缺料開關(guān)一旦有報(bào)警的開關(guān)量信號輸出，PLC將停止計(jì)量泵的供料，同時有聲光報(bào)警信號出現(xiàn)，確保設(shè)備的安全。

　　手動控制方式：在選中手動控制方式的前提下，設(shè)定計(jì)量泵的頻率值，計(jì)量泵將以此恒定頻率值投料。保護(hù)措施同上。

　　部分軟件框圖如下：

　　圖 3二氧化氯控制系統(tǒng)邏輯圖

　　Fig.3The logic diagram of Chlorine dioxide control system

　　七、防爆設(shè)計(jì)思路

　　防爆結(jié)構(gòu)見下圖。

　　1、控制器主要元件為非防爆型，殼體選用防爆效果好的隔爆型殼體，帶有附件觀察窗、透明件、接線盒等構(gòu)成完整的隔爆電氣。

　　2、外部檢測元件與控制單元信號的傳遞，屬于弱電信號，所以采用了在壓力開關(guān)、水位電極、溫度傳感器、液位開關(guān)等與控制器之間加裝安全柵，通過安全柵把它們處于爆炸危險(xiǎn)場所中的那部分電路所釋放的能量限制到安全的數(shù)值內(nèi)達(dá)到防爆目的。

　　3、控制器外部強(qiáng)電控制部分，直接選用了防爆型電器，如防爆計(jì)量泵、防爆按鈕、指示燈、加熱管等。

　　圖 4防爆控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　Fig.4The structure of explosion-proof control system

　　八、結(jié)束語

　　防爆型二氧化氯發(fā)生器PLC控制系統(tǒng)，是我們在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合石化行業(yè)循環(huán)水的特殊要求，專門開發(fā)的防爆控制系統(tǒng)。采用PLC作為控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，大大提高了二氧化氯發(fā)生器的自動化水平，減少了運(yùn)行過程中的維護(hù)。整體設(shè)計(jì)合理、軟件功能豐富，成功地完成了所有的控制要求，并于2013年6月在四川達(dá)州某石化循環(huán)水廠成功運(yùn)行，得到客戶的好評。

　　參考文獻(xiàn)：1、西門子公司，s7-200可編程控制器 手冊 ，2000

　　2、吳中俊 可編程控制器的原理及應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 2004

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