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一、系統(tǒng)概述
　　某電力公司的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組配套的70m3/h重油處理裝置自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是一套重油除水除鹽系統(tǒng)，重油被處理后用于燃燒，燃燒的煙氣生成高溫蒸汽后發(fā)電。該自動(dòng)控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱工段、加脫金屬劑和破乳劑工段、脫鹽工段的自動(dòng)控制功能。
　　重油處理工藝流程圖如上圖所示，整個(gè)處理系統(tǒng)主要包括原油罐、換熱器、高溫加熱器和兩級(jí)脫鹽罐，原油首先被注入換熱器，利用已經(jīng)基本處理好的重油回流的余熱先對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，加入脫金屬劑和破乳劑是便于重油中的鹽分和重油分離，再進(jìn)入蒸汽加熱器進(jìn)一步加熱以降低重油粘度，最后在脫鹽罐采用電場(chǎng)正負(fù)級(jí)將重油中的正負(fù)離子吸引至兩側(cè)從而達(dá)到除鹽除水的目的。
　　重油在常溫狀態(tài)下粘度較高，所以需要進(jìn)行加熱使其粘度降低，以利于鹽分從重油中析出；此外由于油分子通常將鹽離子包裹，加入脫金屬劑和破乳劑可將兩者有效分離。在脫鹽罐中，水的比重大于油的比重，水分會(huì)沉入罐底，鹽分被豎直方向上的電場(chǎng)吸至兩側(cè)，部分會(huì)溶于水中，一起從排污閥中以污水形式排出。被處理過(guò)的重油還帶有部分余熱，為了提高系統(tǒng)效率，采用回收余熱用于預(yù)熱待處理的原油，這樣的處理方式可使得待處理的原油在進(jìn)入蒸汽加熱器的入口溫度更高。被處理過(guò)的重油在進(jìn)入凈油罐之前還需對(duì)其成分進(jìn)行檢測(cè)，油水含量達(dá)到工業(yè)指標(biāo)即可進(jìn)凈油罐，否則回收至原油罐。
　　重油在進(jìn)入兩級(jí)脫鹽罐之前，分別會(huì)對(duì)其進(jìn)行注水用以溶解即將分離出的鹽離子。一級(jí)脫鹽罐的注水，一部分來(lái)自凈水，另一部分來(lái)自二次脫鹽罐的排污水（由于二次脫鹽的排污水較之一次脫鹽的排污水水質(zhì)好，所以可回收利用）；二級(jí)脫鹽罐的注水，由于工藝要求更高，全部來(lái)自凈水。一級(jí)脫鹽罐的排水，由于品質(zhì)差，全部從排污口排出；二級(jí)脫鹽罐的排水，由于品質(zhì)較好，必要時(shí)一部分回收用于一次脫鹽罐的注水，一部分從排污口排出。這些操作都可通過(guò)對(duì)注水切斷閥、排污閥等的手自動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。
　　已基本處理過(guò)的重油在進(jìn)入凈油罐之前，須進(jìn)行抽樣檢測(cè)，當(dāng)在含水分析儀測(cè)量含水>0.5%時(shí)，自動(dòng)切換至原油罐，凈油閥關(guān)閉，當(dāng)含水≦0.5%時(shí)，不能自動(dòng)切回凈油罐，需化驗(yàn)鈉、鉀鹽分含量合格后由人工給指令后切換至凈油罐，回油閥關(guān)閉。分析儀設(shè)定值可人工調(diào)整。

二、系統(tǒng)要求
　　1．對(duì)控制系統(tǒng)可靠性要求很高，采用冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
　　2．為避免人工操作不能達(dá)到要求精度，控制系統(tǒng)具備一鍵開(kāi)機(jī)功能，控制精度要求高。
　　3．系統(tǒng)具有良好的聯(lián)網(wǎng)功能，可以和燃機(jī)DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。
　　4．選用的控制系統(tǒng)采用通用設(shè)計(jì)方案，具有通用性、可靠性、可維護(hù)性強(qiáng)等特點(diǎn)。
　　5．控制軟件具有良好的靈活性，對(duì)控制方式的調(diào)整和修改方便。

三、系統(tǒng)配置與功能實(shí)現(xiàn)
　　根據(jù)系統(tǒng)控制要求，采用SIEMENS公司的PLC-300系列控制器和億維公司UniMAT ET200M從站的遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)組建成系統(tǒng)的控制站，采用WinCC人機(jī)界面軟件和上位機(jī)組建成系統(tǒng)的操作站。
　　為了避免控制系統(tǒng)異常停機(jī)造成的損失，在控制系統(tǒng)中采用冗余結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。冗余系統(tǒng)分為軟件冗余和硬件冗余，軟件冗余是SIEMENS實(shí)現(xiàn)冗余功能的一種低成本解決方案,可以應(yīng)用于對(duì)主備系統(tǒng)切換時(shí)間要求不高的控制系統(tǒng)中。軟件冗余相對(duì)于硬件冗余的最大優(yōu)點(diǎn)在于成本較低，雖然冗余切換時(shí)間比硬件冗余稍長(zhǎng)（約100ms），但實(shí)現(xiàn)了CPU冗余、電源冗余、通訊冗余、模板熱插拔等所有功能，在切換時(shí)間要求不是很嚴(yán)格的場(chǎng)合，是很好的解決方案。
　　1．系統(tǒng)采用CPU315-2DP冗余，同步方式采用CP343-1工業(yè)以太網(wǎng)同步，保證較高的同步性能。
　　2．WinCC上位監(jiān)控軟件通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)和冗余CPU之間的連接，當(dāng)主CPU故障切換到備用CPU時(shí)，WinCC可自動(dòng)切換到備用CPU，無(wú)需人為干預(yù)。
　　3．根據(jù)控制需要，設(shè)計(jì)一鍵開(kāi)機(jī)功能，在外界條件具備自動(dòng)工作條件時(shí)，點(diǎn)擊自動(dòng)開(kāi)機(jī)鍵后可全自動(dòng)進(jìn)行重油處理，無(wú)需人為干預(yù)。

　　4．該系統(tǒng)中有較多設(shè)備需要進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，例如重油流量、兩級(jí)脫鹽罐液位等。在WinCC畫(huà)面上進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)置后，可用鼠標(biāo)點(diǎn)擊設(shè)備即可看到與其對(duì)應(yīng)的PID調(diào)節(jié)參數(shù)顯示框，可以實(shí)時(shí)顯示該設(shè)備的手自動(dòng)切換、比例增益、積分系數(shù)和微分系數(shù)。
　　5．WinCC人機(jī)交互界面有著豐富的繪圖功能及其動(dòng)態(tài)顯示功能，可以將復(fù)雜的工藝過(guò)程明晰簡(jiǎn)潔地表達(dá)出來(lái)，將重油的處理流程分解為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的畫(huà)面。對(duì)畫(huà)面上的控件屬性和動(dòng)態(tài)事件進(jìn)行直觀的設(shè)置，將其與PLC下位機(jī)設(shè)備的輸入輸出點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)連接，以便用戶可以隨時(shí)在上位機(jī)上看到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行狀況。
　　6．WinCC軟件中的報(bào)警記錄中可以設(shè)置任一數(shù)字量或是模擬量的報(bào)警上下限，在畫(huà)面上組態(tài)報(bào)警框后，即可顯示報(bào)警變量，報(bào)警時(shí)間，報(bào)警信息等。如果有需要還可通過(guò)全局腳本設(shè)置報(bào)警聲音，在對(duì)報(bào)警確認(rèn)后可消除報(bào)警音效。
　　7．WinCC軟件中可組態(tài)變量趨勢(shì)圖，把需要長(zhǎng)期觀測(cè)趨勢(shì)的變量歸檔，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可隨意觀察若干變量在任一時(shí)段的趨勢(shì)，方便對(duì)比觀察若干同一類型變量，并可對(duì)局部進(jìn)行放大觀察。趨勢(shì)圖均有動(dòng)態(tài)改變和實(shí)時(shí)增加的功能。
　　8．對(duì)于上位機(jī)中的操作員站和工程師站，分別對(duì)其各自的操作范圍的動(dòng)作設(shè)以權(quán)限保護(hù)，以利于系統(tǒng)安全。對(duì)于重要設(shè)備的操作在操作站上設(shè)置有提示窗口，操作人員確認(rèn)后才能真正實(shí)現(xiàn)操作。現(xiàn)場(chǎng)較多設(shè)備，例如主、備注水泵，一般都有自動(dòng)和手動(dòng)的切換，以方便當(dāng)其中某臺(tái)設(shè)備故障或檢修時(shí)將其從系統(tǒng)中隔斷。
　　9．主要監(jiān)控界面

四、使用效果分析
　　本控制系統(tǒng)在重油處理中實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的，根據(jù)重油處理系統(tǒng)在實(shí)用中的重要程度選擇軟冗余系統(tǒng)，既可實(shí)現(xiàn)必要時(shí)的主、備系統(tǒng)的切換，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，又在一定程度上節(jié)省了系統(tǒng)成本。該系統(tǒng)在投入運(yùn)行后狀態(tài)良好。