二氧化氯發生器專用防爆控制系統設計及應用

來源：http://m.ssygc.com/ 作者：余氯檢測儀 時間：2019-07-19

　　摘要：二氧化氯具有很強的氧化性，是一種廣譜、高效的殺菌劑，在循環水領域已經得到廣泛應用，石化行業作為一個特殊的行業，對電氣要求較為嚴格。本文主要從石化循環水消毒工藝、二氧化氯發生器防爆控制系統的原理、組成及自動控制等方面介紹二氧化氯發生器防

　　爆控制系統在石化循環水中的應用。

　　關鍵詞：二氧化氯發生器;石化循環水;防爆控制系統; S7-200

　　一、引言

　　隨著二氧化氯消毒殺菌方式逐步在石化循環水中的應用，對二氧化氯發生器控制系統提出更高的要求。在保證控制系統可靠性的同時必須保證電氣系統達到防爆的要求。下面就重點介紹具有防爆特性的PLC控制系統在石化循環水處理中的應用。

　　二、石化循環水加氯殺菌、消毒的生產工藝。

　　圖 1 石化循環水二氧化氯殺菌工藝

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

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

　　三、二氧化氯發生器控制系統簡介

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

　　根據二氧化氯發生器的控制要求選用西門子生產的S7―200系列PLC作為二氧化氯發生器的控制系統。采用觸摸屏畫面顯示系統的運行參數、報警信息、還能對設備某些參數在現場進行設定。在設備正常運行中能監測反應系統的溫度并能根據溫度變化值與溫度設定值進行比較，實現加熱自動控制，保證較高的轉化率，降低生產成本。 可以根據設定的設備產量調節變頻器改變計量泵的工作頻率，或自動狀態下根據輸入的進水流量信號和余氯信號實現設備產量的自動控制。

　　達到防爆ExdIIBT3要求，石化行業屬于爆炸危險場所，所以選用適用于石化行業的防爆電氣，減少因電氣設備或電氣線路發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格的按防爆要求選用了隔爆殼體及相關的附屬件。控制器以外的相關測量元件、執行元件也作了相應的防爆處理。確保整個控制系統安全、穩定、可靠。

　　四、控制系統硬件組成

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

　　外部執行元件有：用于加藥的計量泵，直接選用防爆計量泵;通過變頻器調節計量泵的頻率。

　　檢測元件：用于檢測動力水壓力的壓力開關,測量原料夜位的液位開關、測量反應系統溫度的(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控制系統組成

　　Fig.2 The composition of control system

　　六、軟件編程

　　通過對PLC進行編程可以實現以下功能：

　　(1)預制功能

　　通過按鈕設定手動狀態下設備的產量，開啟計量泵及加熱控制回路、選擇手動/自動控制。

　　(2)信息顯示

　　TPC7062 觸摸屏人機界面可將計量泵工作頻率、電壓、電流、反應溫度、設備工作狀態、加熱回路狀態、實時報警信息實時顯示。同時當有缺水、超溫、欠壓、缺原料故障出現時，控制柜體上具有聲光報警提示。信息顯示直觀、清晰。通過切換畫面按鈕，循環顯示不同的畫面。

　　(3)對加熱控制、投料控制原理的實現

　　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，進行濾波、處理，將溫度測量值在主頁面顯示出來，內部控溫子程序根據溫度設定值、測量值PID運算,計算并輸出控制信號至加熱模塊，控制加熱管的加熱量，使溫度達到設定值。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量輸出我們選用了晶體管輸出類型。加熱系統的保護：當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，當有熱電阻出現故障或系統出現超溫時，系統聲光報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：手動設定、自動控制。

　　自動控制方式：該控制單元根據進水流量信號和余氯信號的大小自動調節設備產量的大小。動力水壓力檢測、原料罐料位檢測、計量泵的頻率控制三部分。來自進水流量計的流量信號、余氯信號，經PLC模擬量通道采集、濾波在觸摸屏顯示測量值，并依據進水流量的大小和系統預設單位投加量的值計算設備產量的基值，依據余氯設定值與測量值的大小計算出設備產量的調節值，二者的和作為設備輸出產量，換算為計量泵的工作頻率，通過RS485 的通訊總線下傳給變頻器，控制供料計量泵的動作，從而控制設備的產氣量，實現投料的合理控制。通過與變頻器的通訊可以采集計量泵的工作頻率、電壓、電流參數。

　　保護措施：動力水的壓力、鹽酸和氯酸鈉兩者的配比影響設備的安全運行，因而動力水管上的壓力開關、原料儲罐的缺料開關一旦有報警的開關量信號輸出，PLC將停止計量泵的供料，同時有聲光報警信號出現，確保設備的安全。

　　手動控制方式：在選中手動控制方式的前提下，設定計量泵的頻率值，計量泵將以此恒定頻率值投料。保護措施同上。

　　部分軟件框圖如下：

　　圖 3二氧化氯控制系統邏輯圖

　　Fig.3The logic diagram of Chlorine dioxide control system

　　七、防爆設計思路

　　防爆結構見下圖。

　　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、水位電極、溫度傳感器、液位開關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場所中的那部分電路所釋放的能量限制到安全的數值內達到防爆目的。

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

　　圖 4防爆控制系統結構

　　Fig.4The structure of explosion-proof control system

　　八、結束語

　　防爆型二氧化氯發生器PLC控制系統，是我們在原有控制系統的基礎上結合石化行業循環水的特殊要求，專門開發的防爆控制系統。采用PLC作為控制系統運行可靠，大大提高了二氧化氯發生器的自動化水平，減少了運行過程中的維護。整體設計合理、軟件功能豐富，成功地完成了所有的控制要求，并于2013年6月在四川達州某石化循環水廠成功運行，得到客戶的好評。

　　參考文獻：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用 機械工業出版社 2004

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