杨学熊先生，浙江省天正设计工程有限公司　(浙江省石油化工设计院)热电分院工程师；钱丽亚女士，助理工程师。

关键词：工业水处理系统　DCS子站　过程分析仪表

　　工业水系统一般由工业水预处理系统及化学水处理系统组成。是热电厂，炼油厂的主要组成部分。现代工厂设计时，都把工业水系统作为主工艺不可分割的一部分，将其纳入主厂房DCS控制系统，而其过程分析参量作为过程质量控制的重要参数也进入DCS系统。

一 工业水系统DCS控制

1. 工业水预处理流程及测点

　　江湖水经取水泵提升进入一体化净水器，经澄清加药净化流入清水池，然后一部分去化学水处理装置，另一部分经冷却塔水池作为冷却循环水使用。工业水预处理系统见图所示。
　　主要检测仪表为电磁流量计等。需控制的设备有一体化净水器程序启闭的电磁阀、电动门；水泵进出口的电动门；还有水泵的开/停。这些设备的信号均进入DCS控制系统。

2. 化学水处理流程及测点

　　从工业水预处理系统来的物理清洁水进入化水站后流入机械过滤器，然后进入阳床经中间水箱及水泵进入阴床、混床，最后流入除盐水箱。其间有再生用的酸碱槽及计量槽。主要检测点为阳床/阴床/混床的出口流量及分析点，中和池及除盐水的分析点，酸碱贮槽计量槽的液位及配液用流量。

二 工业水系统的DCS子站

　　工业水系统在现场操作控制室设置DCS子站，完成水系统的顺序控制(SCC)，现场测量参数数据实时采集(DAS)，同时向中央控制室传递水系统生产过程实时数据资料和运转状态信号。

1. 顺序控制

　　(1)完成工业水预处理系统的顺序控制：工业水预处理的一体化净水器有其特有的开启运转程序，其电磁阀、电动门按净水器程序的要求启/闭，还有水泵进口/出口电动门的启/闭，水泵电机开/停信号均进入DCS子站。
　　(2)电动门控制一般为：命令启(DO)；命令闭(DO)；已启(DI)；已闭(DI)；L/R切换(DI)。
　　(3)电动机的控制一般为：命令开(DO)；命令停(DO)；运行(DI)；故障(DI)；A/H切换(DI)；电流(AI)。
　　(4)测量仪表均用4～20mA模拟量输入至DCS。

2. 数据采集

　　在现场采用的仪表主要有：18台Rosemount智能压力/差压变送器，6台电磁流量计，2台金属管远传转子流量计，4台UMD99投入式静压液位变送器，7台磁性浮子液位计，2台浮球液位控制器。现场分析仪：电导仪/PH计/钠度计共计有22台。

3. 操作员站

　　主机：PentiumⅣ处理器，40G硬盘，256M内存，32M显存。
　　液晶CRT显示：Dell 21英寸CRT(最大分辨力1600×1280个像素)，CD-ROM。
　　操作员站提供流程图画面实时参数显示，列表、操作、历史数据再现，可在打印机上输出，操作员站为全能配置运行用WindowsNT/2000操作系统。图象操作数据一致。

三 中央控制室与子站接入

1. 中央控制室

　　水系统DCS子站通过通信总线接入中央控制室的DCS系统，在中央控制室可显示水系统DCS子站的实时数据库、流程与仪表检测点图形实时显示、趋势报表等系统数据的生成和下装，完成对子站系统自诊断和系统数据的列表和后备，DCS运行用WindowsNT/2000操作系统。同时中央控制室的工程师站可对水泵的DCS子站进行系统组态，下装。在授权的情况下，可对DCS子站进行在线或离线修改。为中央控制室值长等管理人员了解水系统运行情况、制定决策提供数据，从而对设备、人员优化管理，实现过程的优化和动态综合自动化管理。

2. DCS系统功能

　　(1)可实现对整个水预处理、化学水处理、工艺流程实时监测动态模拟。
　　(2)所有数据的采集与存储以及实时趋势曲线描述。
　　(3)自动定时班报表、日报表、月报表以及年报表的打印输出。
　　(4)超限报警以对报警信号的汇总、存储、报警报表打印输出。
　　(5)三级权限：操作员级—监测、检查，但对画面等不能修改；工程师级—可对相应画面、参考数据报表作适当修改；经理级—可全面浏览监视。

3. 总线通信

　　水系统DCS子站与中央控制室DCS主系统通过通信总线(双绞线或光缆)接入，通信总线为双冗余。
　　采用子站总线通信的方式有明显的优点，可减少电缆布线。在具体实施中，根据操作要求，设计成以下几种形式：
　　(1)DCS子站由远程I/O组成，设有操作员站，信号用总线传送至中央控制室的DCS系统。
　　(2)DCS子站由远程I/O与PLC相衔接的方式组成。
　　(3)设计中也有尝试用现场总线仪表，以节省电缆(光缆)安装工程量。
　　(4)摄像监视系统单独成系统，也可设计成摄像进入DCS成为画中画的兼容系统。
　　在具体过程设计中，一般用FF基金会总线、Profibus总线，鉴于从成熟的角度考虑，设计中以Profibus总线为首选。Profibus用令牌传递，多主站协议，持有令牌的站可轮询其他站。传递速率9.6kb/s(或12kb/s)。
　　HART只是一种过渡性的现场总线标准，用信号叠加实现模拟和数字信号双向通信互不干扰，同步进行。

四 工业水系统的过程分析仪

1. 过程分析仪

　　水处理系统在线连续测量的过程分析仪有下列几种：
　　(1)阳床出口的钠表0～10×10^-9；
　　(2)阴床及混床出口用电导度仪0～10μs/cm，电极常数0.01；
　　(3)出口除盐水的电导度仪及pH计；
　　(4)中和池的pH计，用沉入式，0～14pH可调；
　　(5)配酸碱溶液用的酸浓度计、碱浓度计；
　　(6)也有在混床出口用硅酸盐检测计，但费用较高。

2. 水系统对过程分析仪的要求

　　(1)稳定性
　　分析仪不仅在于测量的精确度，在实际运用中更着重于稳定性、重复性好。一般信号输入部分要求有高阻抗的转换器，保持10¹²Ω的输入阻抗在工厂恶劣的环境下保证持久稳定的高阻抗输入，从而保证测量的稳定性。
　　水过程分析仪中，多数采用电化学测量原理，传感器多数为玻璃电极型，内阻较高，而且会有温漂。所以，国外多数用MOSFET为基础构成的高输入阻抗差动放大器，并且用非线性反馈来补偿温漂。温度补偿范围在-10℃～+100℃范围内。这样的高阻信号差动放大可实现10⁹～10¹⁵Ω的输入阻抗，保证了持久稳定的高输入阻抗，确保仪表信号的取得与转换成4～20mA标准化信号，从而实现了仪表的稳定性。
　　(2)抗干扰性好
　　测量电路与输入电路之间采用隔离技术，提高抗干扰能力。关键器件、反馈电阻、传输线都采取屏蔽，这些装配细节上的屏蔽防静电措施，可减少干扰的影响。外壳要达IP54的标准防护等级。
　　上述国外应用的电路与措施，在国内过程分析仪中也应实施，以提高过程分析仪的稳定性与质量。
　　(3)量程可调
　　一般为适应现场的变化，pH、电导均有量程可调的功能。
　　(4)输出信号及安装
　　输出信号均为4～20mA.DC。而且可带有隔离通信接口，Modem隔离接口。也可与齐纳安全栅配套做成本安防爆的形式。安装均为管道流通形式。

五 工业水系统的摄像监视

　　为便于管理，使工厂进入少人值班或无人值班。在各水泵房、水池设置了工业摄像头，引线进入水系统操作员站(OS)，也可摄像监视系统自成独立系统。摄像头可270°转角遥控(在OS站)，这样提高了水系统监控水平。因为热工参数模拟量较多，所以我们并没有设计成全SCADA系统。

六 结束语

　　工业水系统DCS控制，采用DCS子站与中央控制室相接系统，可实现远程操作，现场无人值班。中央主监控，而工业摄像系统加强了监测能力。实施现场无人管理的工厂管理模式。但是，分析仪进入DCS子站是上述管理的一大课题。水系统分析仪高阻抗、温漂的解决是国产分析仪进入DCS子站的先决条件。过程分析仪提供稳定的信息，从而使水系统DCS子站发挥强大的通信传输和扩展功能。为水系统现场无人管理、远程监控，拓展了更大的发展空间。

（全文完）

来源：《世界仪表与自动化》

出版日期：2006年5月