二氧化氯发生器专用防爆控制系统设计及应用

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2019-07-19

  摘要:二氧化氯具有很强的氧化性,是一种广谱、高效的杀菌剂,在循环水领域已经得到广泛应用,石化行业作为一个特殊的行业,对电气要求较为严格。本文主要从石化循环水消毒工艺、二氧化氯发生器防爆控制系统的原理、组成及自动控制等方面介绍二氧化氯发生器防

  爆控制系统在石化循环水中的应用。

  关键词:二氧化氯发生器;石化循环水;防爆控制系统; S7-200

  一、引言

  随着二氧化氯消毒杀菌方式逐步在石化循环水中的应用,对二氧化氯发生器控制系统提出更高的要求。在保证控制系统可靠性的同时必须保证电气系统达到防爆的要求。下面就重点介绍具有防爆特性的PLC控制系统在石化循环水处理中的应用。

  二、石化循环水加氯杀菌、消毒的生产工艺。

  图 1 石化循环水二氧化氯杀菌工艺

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

  工作原理:由计量泵将氯酸钠水溶液与盐酸按一定比例投加到反应器中,在一定温度和负压条件下进行充分反应,产出以二氧化氯为主、氯气为辅的消毒气体,经水射器吸收与水充分混合形成消毒液后,投加到循环水池水中。

  三、二氧化氯发生器控制系统简介

  可编程控制器(PLC)作为自动化控制中一门新的技术正在取代以往的继电器控制技术。由于PLC具有体积小、功能强、可靠性高、维修方便因而在现代工业控制自控中得到广泛的应用。

  根据二氧化氯发生器的控制要求选用西门子生产的S7―200系列PLC作为二氧化氯发生器的控制系统。采用触摸屏画面显示系统的运行参数、报警信息、还能对设备某些参数在现场进行设定。在设备正常运行中能监测反应系统的温度并能根据温度变化值与温度设定值进行比较,实现加热自动控制,保证较高的转化率,降低生产成本。 可以根据设定的设备产量调节变频器改变计量泵的工作频率,或自动状态下根据输入的进水流量信号和余氯信号实现设备产量的自动控制。

  达到防爆ExdIIBT3要求,石化行业属于爆炸危险场所,所以选用适用于石化行业的防爆电气,减少因电气设备或电气线路发生故障而成为引爆源引起的爆炸事故,在控制柜壳体选型上我们严格的按防爆要求选用了隔爆壳体及相关的附属件。控制器以外的相关测量元件、执行元件也作了相应的防爆处理。确保整个控制系统安全、稳定、可靠。

  四、控制系统硬件组成

  本系统专用于石化循环水的杀菌消毒,采用西门子CPU224-XP作为控制核心,彩色触摸屏作为显示单元。

  外部执行元件有:用于加药的计量泵,直接选用防爆计量泵;通过变频器调节计量泵的频率。

  检测元件:用于检测动力水压力的压力开关,测量原料夜位的液位开关、测量反应系统温度的(PT100)温度传感器及测量水浴水位的水位电极。

  控制器壳体选用达到防爆要求的隔爆壳体,包含用于作为观察窗、指示灯罩的防爆透明件、电气部分之间连接用的防爆接线盒等。

  五、电气控制部分连接示意图

  图 2控制系统组成

  Fig.2 The composition of control system

  六、软件编程

  通过对PLC进行编程可以实现以下功能:

  (1)预制功能

  通过按钮设定手动状态下设备的产量,开启计量泵及加热控制回路、选择手动/自动控制。

  (2)信息显示

  TPC7062 触摸屏人机界面可将计量泵工作频率、电压、电流、反应温度、设备工作状态、加热回路状态、实时报警信息实时显示。同时当有缺水、超温、欠压、缺原料故障出现时,控制柜体上具有声光报警提示。信息显示直观、清晰。通过切换画面按钮,循环显示不同的画面。

  (3)对加热控制、投料控制原理的实现

  1、加热控制部分

  加热控制部分由温度测温、温度控制、水位检测三部分组成。PLC对来自温度传感器采集的模拟信号,进行滤波、处理,将温度测量值在主页面显示出来,内部控温子程序根据温度设定值、测量值PID运算,计算并输出控制信号至加热模块,控制加热管的加热量,使温度达到设定值。输出的加热控制信号为脉冲信号,所以从硬件的使用寿命上考虑开关量输出我们选用了晶体管输出类型。加热系统的保护:当PLC 检测到水位电极缺水信号时,将停止输出加热控制信号;此外,当有热电阻出现故障或系统出现超温时,系统声光报警的同时切断电源主回路。

  2、投料控制部分

  投料可分为两种控制方式:手动设定、自动控制。

  自动控制方式:该控制单元根据进水流量信号和余氯信号的大小自动调节设备产量的大小。动力水压力检测、原料罐料位检测、计量泵的频率控制三部分。来自进水流量计的流量信号、余氯信号,经PLC模拟量通道采集、滤波在触摸屏显示测量值,并依据进水流量的大小和系统预设单位投加量的值计算设备产量的基值,依据余氯设定值与测量值的大小计算出设备产量的调节值,二者的和作为设备输出产量,换算为计量泵的工作频率,通过RS485 的通讯总线下传给变频器,控制供料计量泵的动作,从而控制设备的产气量,实现投料的合理控制。通过与变频器的通讯可以采集计量泵的工作频率、电压、电流参数。

  保护措施:动力水的压力、盐酸和氯酸钠两者的配比影响设备的安全运行,因而动力水管上的压力开关、原料储罐的缺料开关一旦有报警的开关量信号输出,PLC将停止计量泵的供料,同时有声光报警信号出现,确保设备的安全。

  手动控制方式:在选中手动控制方式的前提下,设定计量泵的频率值,计量泵将以此恒定频率值投料。保护措施同上。

  部分软件框图如下:

  图 3二氧化氯控制系统逻辑图

  Fig.3The logic diagram of Chlorine dioxide control system

  七、防爆设计思路

  防爆结构见下图。

  1、控制器主要元件为非防爆型,壳体选用防爆效果好的隔爆型壳体,带有附件观察窗、透明件、接线盒等构成完整的隔爆电气。

  2、外部检测元件与控制单元信号的传递,属于弱电信号,所以采用了在压力开关、水位电极、温度传感器、液位开关等与控制器之间加装安全栅,通过安全栅把它们处于爆炸危险场所中的那部分电路所释放的能量限制到安全的数值内达到防爆目的。

  3、控制器外部强电控制部分,直接选用了防爆型电器,如防爆计量泵、防爆按钮、指示灯、加热管等。

  图 4防爆控制系统结构

  Fig.4The structure of explosion-proof control system

  八、结束语

  防爆型二氧化氯发生器PLC控制系统,是我们在原有控制系统的基础上结合石化行业循环水的特殊要求,专门开发的防爆控制系统。采用PLC作为控制系统运行可靠,大大提高了二氧化氯发生器的自动化水平,减少了运行过程中的维护。整体设计合理、软件功能丰富,成功地完成了所有的控制要求,并于2013年6月在四川达州某石化循环水厂成功运行,得到客户的好评。

  参考文献:1、西门子公司,s7-200可编程控制器 手册 ,2000

  2、吴中俊 可编程控制器的原理及应用 机械工业出版社 2004

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