1 引言
改造前的原始处理设备由三部分组成：预处理设备有10台机械过滤器，连接方式为母管制，每台出力为50T/h。两套反渗透系统，其中一套出力为120T/h对应二套一级除盐单元，另一套出力为90T/h对应一套一级除盐单元。一级除盐单元共有三台阳双室双层浮床，三台除二氧化碳器，三台阴双室双层浮动床，连接方式为单元制。每列单元出力为120T/h。二级除盐由两台混床组成，每台出力最大为180T/h。水处理系统PLC控制系统框图参见图1所示。
图1 水处理系统PLC控制系统
预处理系统和反渗透系统采用的是MODICON昆腾Quantum系列PLC控制系统，CPU型号为：CPU534 14A，通讯模块为：CRP932 00，系统设有一个本地站和一个远程站(RIO)，本地站接入反渗透设备和水处理系统模拟量数据，远程站主要接入10台机械过滤器设备信号。#3机化学补给水处理工艺系统共有除盐系列3套，混床装置2套，水箱2个，中和池2个，其控制系统采用4套西门子S5-115系列PLC作为控制器。补给水系统现场I/O点数统计表，如表1所示。
表1 补给水系统现场I/O点数统计
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输出类型
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24V DC DI
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24V DC DO
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220V AC DO
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AI
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AO
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32点
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32点
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16点
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16通道
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8通道
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现场点数
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235
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21
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101
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39
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8
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模件数量
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9
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2
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8
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4
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1
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2 存量PLC系统问题
控制系统采用的是西门子S5-115F，属西门子公司八十年代产品，早已停产，在市场上购买备件困难，且此PLC的功能不强，尤其是对模拟量的处理上基本不能完成。西门子S5-115F控制系统编程器已经损坏，无法购买到替代产品。现无法对控制程序进行修改。从西门子提供的技术资料来看，其CPU和电源模板的无故障使用寿命是5年，现在该系统自1997年投产使用至今已经19年，存在可靠性、稳定性及系统停机风险。MODICON昆腾Quantum系列PLC的CPU型号为CPU534 14A模块已经停产，在市场上购买备件困难。
3 PLC升级系统设计
3.1 改造基本方案
（1）新增一套MODICON昆腾Quantum系列PLC控制系统，用以替代原西门子控制系统的控制功能。新PLC控制系统框图参见图2所示。
图2 新PLC控制系统框图
（2）MODICON昆腾Quantum系列PLC控制系统采用PLC的双机热备，网络冗余配置。
（3）将原预处理系统和反渗透系统的MODICON昆腾Quantum系列PLC控制系统改为新系统的远程站，实现水处理系统PLC的统一控制。
（4）取消原有的模拟盘，改由上位机控制。
（5）上位机安装主流的winXP以上操作系统，安装正版ifix组态软件。
（6）系统配有两台上位机控制补给水，同时两台上位机互为备用。
（7）控制盘利用原有的四块盘进行改装，以减少现场安装工作量和缩短工期。
（8）电源系统仍然用原有的系统不进行变更。
（9）提供系统所必需的备用模件和编程所用设备。
3.2 改造基本工作内容
（1）对现场原有的接线系统进行现场核查、校验、标记，明确电缆拆除数量，制定设备拆除方案。
（2）根据现场核查结果和新的控制系统要求设计接线图纸，提供改造所需材料、备件及系统硬件设备的安装及系统接线工作。
（3）根据甲方提供规程、图纸等资料完成PLC逻辑控制程序编写。以及ifix上位组态软件界面控制程序编写。
（4）根据甲方提供工艺流程、运行规程等资料编制调试方案，并在甲方配合下完成系统整体调试。
（5）对现场运行和维护的工程技术人员进行培训，并使这些培训人员能得心应手地操作、维护、修改和调试PLC系统。
4 PLC升级技术规范
4.1 硬件配置
（1）工控机采用台湾研华最新主流工业控制计算机，配置合理，装载的各种软件均为正版软件，运行中无死机现象。（IPC-610L/2G 内存/50OG硬盘/网卡/工控机DVD-ROM/键鼠）。
（2）工控机硬盘数据恢复、备份与原程序一致，并提供一块与工控机硬盘数据一致的硬盘备份。
（3）采用MODICON昆腾Quantum系列PLC控制，用以替代原西门子控制系统的控制功能。
（4）现场I/O信号数量：提供的I/O能力充分考虑并另外提供15%备用点（按每个机柜、每种I/O类型计）。I/O最终点数满足详细设计时工艺系统启动控制、正常运行的监视和调整，停机及事故工况的处理，而无需现场人员的操作配合，所有I/O点数增加不发生任何费用变动。
4.2 环境条件和抗干扰
（1）所有在PLC中的硬件能在环境温度为-10~50℃，相对湿度为5~95%的范围内连续运行，而无结露现象。噪音小于55dB。
（2）PLC能在高的电气噪声，无线电波干扰和振动环境下连续运行。在距离PLC设备1.2米以外发出工作频率达470MHz，功率输出达5W的电磁干扰和射频干扰，不影响系统正常工作。
4.4 盘台柜电装
（1）机柜内的端子排布置在易于安装接线的地方，即为离开柜底300mm以上和距离柜顶150mm以下。“机柜”结构并设计成经过底部进出电缆。各类端子提供20%的备用。
（2）盘柜内预留充足的空间，能方便地接线、“汇线”和布线，所有接线“端子柜”合理配置电缆布线空间，确保所有电缆接线完成后柜内仍留有20%的富余空间。采用底部进线方式。
（3）盘柜及内部各设备的保护接地、工作接地，也称逻辑接地，均不得混接，工作接地实现一点接地。
4.5 编程和软件
（1）逻辑功能都编入PLC系统内，不能用硬接线或复杂的特殊开关及其它输入装置来实现。
（2）PLC的软件程序有友好的人机界面，可靠的操作性能及一定的扩展能力。
4.6 系统控制方式
系统的主要控制方式分为：自动、半自动二种方式。
（1）自动方式：系统在自动方式下运行不需要任何人为参与，整个系统严格按照系统工艺要求和程序要求自动进行。
（2）半自动方式：半自动方式是程序控制方式最为灵活，包含内容最多的一种方式，在半自动方式下设有：程序暂停、干预、跳步几种功能正常系统在半自动方式下运行时，只是在几个大的步序设置中断点，此时需要人工参与才能进行下一段程序。（系列运行，系列再生，混床再生等）。
4.7 阀门转机等执行机构
阀门和转机的手动操作只有在系统半自动中干预有效的情况下进行，在操作阀门转机时，有提示确认信息。
（1）阀门开 —— 红色。
（2）阀门关 —— 绿色。
（3）位置不对应 —— 红色闪光。
（4）无位置反馈 —— 黄色。
（5）转机运行 —— 红色。
（6）转机停止 —— 绿色。
（7）转机故障 —— 红色闪光。
同时转机状态有备用指示和转机选择功能。
4.8 仪表信号处理
仪表的信号的处理主要包括：仪表过程信号处理、仪表报表、历史和实时曲线几个部分。
一些仪表信号在系统停运时（即系统不需要仪表信号时）必须将仪表信号进行切除，使其在实时显示、曲线显示、历史库中的值为零，这样可以提高数据日报表的可读性，提高系统报警的可操作性。在线仪表在系统流程图中相应的测点位置有显示外，还有总的仪表信号显示画面。同时各仪表信号有历史和实时曲线显示。
同时数据报表的统计数据进行处理，例如流量累计值不能以每小时的流量值进行累计来显示，数据的最大值、最小值、平均值不包括为零的数据等。
4.9 报警信息
整个控制系统的报警信息包括有固有报警、过程报警、智能提示报警、语音报警、报警历史信息处理几个部分。
（1）固有报警是指无论在系统停止和运行时都具有的报警：例如水箱液位、中和池液位等。
（2）过程报警是指在系统运行时进行报警的信息，这样的信息在系统停运时将不出现报警信息。例如：系列导电度表等。
（3）智能提示报警是在系统出现故障时所给出的提示性报警，这样可以方便运行和检修人员分析故障原因，提高缺陷处理速度和质量，这类报警集中在各分支程序转步时出现条件不满足信息，例如：再生不能启动原因等。
（4）语音报警主包括固有报警和过程报警信息，同时还包括一些重要设备的启停信息，例如转机的启停、重要阀门开关等。
（5）报警历史信息处理将上述信息按日进行存储，同时存储周期不小于30天，历史信息方便运行和检修人员的查询。
4.10 运行分析报表
运行分析报表不同于仪表数据报表，其存储的数据主要用来分析系统运行工况，主要记录内容有：系统启动时间，停止时间失效时间，总运行小时数、总处理水量值，失效时导电度值，同时将以上数据存入VFP数据库，方便对数据进行进已不处理。
4.11 程序画面
（1）监控画面能显示工艺流程及测量参数、控制方式、顺序运行状况、控制对象状态，同时能显示成组参数。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时，以不同颜色进行显示并闪光和有相应的声光报警。投标人按照工艺流程图设计显示器LED工艺流程画面，设有足够的幅数以保证工艺系统和控制对象的完整性及满足整个系统的运行和控制的需要。。
（2）有详细系统运行步序图，内容包括步序号，步序名称，步序时间，完成时间等。
（3）系统的流程画面按系统和功能进行分解：A：补给水部分（系列运行画面、过滤、系列再生画面、混床再生画面等）B：仪表显示画面 C：报警显示画面
（4）在系统流程图内有仪表数据显示，方便运行监督。
4.12 操作记录
对运行或检修人员在上位机的操作记录实行实时全部记录（包括对阀门的开关及状态）保存时间不小于30天，以方便对事故的追忆。
5 结束语
改造后系统已安全，稳定运行1年，现场维护次数为2次/年，主要是在小修期对整套系统重启时，防止出现问题而作的陪产。以上充分说明了MODICON昆腾Quantum系列PLC控制系统在本次改造中起到了重要的作用。