電磁流量計在廈門碼頭二次供水自控系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用
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發(fā)布時間：1970-01-01 08:00:00
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摘要：結(jié)合工程實踐，在二次供水水箱和管道上設(shè)置適當(dāng)?shù)脑诰€檢測儀表，采用先進的PLC自動控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)供水加氯量、管道自循環(huán)水和恒壓變頻等設(shè)備，可以達到預(yù)期的碼頭集裝箱岸供淡水的要求。將變頻器與先進的自動控制技術(shù)、通訊技術(shù)相結(jié)合，對加壓泵、循環(huán)泵進行變頻調(diào)速控制，這樣不僅可以滿足工藝設(shè)計的要求，也是一種比較節(jié)能的技術(shù)手段。
二次供水已經(jīng)成為我國城市中飲用水和海上作業(yè)船舶飲用水主要的，甚至是最重要的來源。如果二次供水受到污染，微生物引起的疾病便可以通過水傳播[1]。碼頭補充優(yōu)質(zhì)淡水是保障船舶飲用水安全的源頭。碼頭集裝箱船補充淡水多采用“海上加水船給集裝箱船加水”和“碼頭岸供淡水”2種模式，“碼頭岸供淡水”比“海上加水船給集裝箱船加水”效率更高，水質(zhì)更優(yōu)，價格更低，能實現(xiàn)24h不間斷供水。“碼頭岸供淡水”模式正逐漸成為碼頭集裝箱船供水的首選方案。
1生產(chǎn)工藝及參數(shù)
廈門碼頭集裝箱船岸供二次供水生產(chǎn)工藝主要包括恒壓變頻供水、管道水自循環(huán)、供水加氯、水質(zhì)檢測、碼頭加水口等，具體如圖1所示。
恒壓變頻供水水泵為3臺單級立式離心泵BD1～BD3，Q＝65m3/h，H＝34m，N＝11kW（2用1備）。水箱尺寸為L×B×H＝16000mm×4000mm×2500mm，容積V＝160m3，有效容積V＝128m3。不銹鋼水箱Ⅰ設(shè)置投入式液位計LET01和進水電動蝶閥DF2～DF3，不銹鋼水箱Ⅱ設(shè)置投入式液位計SC500系列和進水電動蝶閥DF5～DF6。管道水自循環(huán)水泵為2臺單級立式離心泵BD4～BD5，Q＝13m3/h，H＝10m，N＝1.5kW（1用1備）。管道自循環(huán)水進水箱Ⅰ設(shè)置電動蝶閥DF1，管道自循環(huán)水進水箱Ⅱ設(shè)置電動蝶閥DF4。
供水加氯為1臺次氯酸鈉一體機，一次投加量50g，單獨布置在加氯間。水質(zhì)檢測采用1臺多參數(shù)水質(zhì)檢測儀SZY，它主要檢測余氯值、濁度值、pH值和電導(dǎo)率。
在碼頭加水口Ⅰ，設(shè)置電磁流量計FET01和出水電動蝶閥MDF1；在碼頭加水口Ⅱ，設(shè)置建鑫電磁流量計FET02和出水電動蝶閥MDF2。
2儀表、自控系統(tǒng)設(shè)計
要想滿足工藝的控制要求，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的檢測儀表檢測水位和水質(zhì)，對各設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)測，并配置高效智能的自控設(shè)備。基于PLC設(shè)計的碼頭集裝箱船岸供二次供水自動控制系統(tǒng)如圖2所示。
2.1 儀表設(shè)置及主要自控檢測項目
根據(jù)工藝流程和計算機測控管理系統(tǒng)的要求配置檢測儀表，儀表的選型要滿足被測對象的性質(zhì)和環(huán)境條件、測量范圍及精度、防護等級等要求，還要適合當(dāng)?shù)卮a頭的氣候特點。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，設(shè)置如下檢測儀表：水箱Ⅰ液位檢測（投入式液位計 LET01），水箱Ⅱ液位檢測（投入式液位計 LET02），加壓泵出水壓力檢測（遠(yuǎn)傳壓力表 PET01），碼頭加水口Ⅰ加水量檢測（電磁流量計 FET01），碼頭加水口Ⅱ加水量檢測（SCLDE電磁流量計 FET02），水箱出水濁度、余氯、pH、電導(dǎo)率檢測（在線水質(zhì)分析儀 SZY）。
在實際工作中，除了設(shè)置適當(dāng)?shù)脑诰€檢測儀表檢測相應(yīng)的工藝參數(shù)外，還要對水泵、閥門、加氯等電氣設(shè)備進行監(jiān)測、控制，這樣才能實現(xiàn)對整個船舶岸供淡水的自動控制。自控主要接口如下：
水箱Ⅰ進水電動蝶閥（DF2～DF3）：開/關(guān)控制及位置狀態(tài)。
水箱Ⅱ進水電動蝶閥（DF5～DF6）：開/關(guān)控制及位置狀態(tài)。
水箱Ⅰ循環(huán)進水電動蝶閥（DF1）：開/關(guān)控制以及位置狀態(tài)。
水箱Ⅱ循環(huán)進水電動蝶閥（DF4）：開/關(guān)控制以及位置狀態(tài)。
1～3#加壓水泵（BD1～BD3）：開/停控制，運行狀態(tài)監(jiān)控，頻率調(diào)節(jié)。
1～2#循環(huán)水泵（BD4～BD5）：開/停控制，運行狀態(tài)監(jiān)控，頻率調(diào)節(jié)。
碼頭 1～2#加水口閥門（MDF1～MDF2）：開/關(guān)控制及位置狀態(tài)。
2.2 自控系統(tǒng)設(shè)計
生產(chǎn)管理設(shè)置于控制室內(nèi)，由上位機操作員站、打印機等組成，它以輪船加水的操作監(jiān)控為主要內(nèi)容，兼有部分管理功能。操作員可以通過界面及時了解現(xiàn)場運行情況，各種運行參數(shù)的當(dāng)前值、是否有異常發(fā)生等，并通過鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備對工藝過程進行控制和調(diào)節(jié)，以保證生產(chǎn)過程的安全、可靠、有效、高質(zhì)。另外，打印機能打印各種生產(chǎn)報表、趨勢圖等。PLC 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)由 2 臺西門子 S7-200 構(gòu)成，所有 PLC 通過 MODBUS 連接，每臺 PLC 的基本配置有電源模塊、CPU 模塊、數(shù)字量 I/O 模塊、A/D 和 D/A 模塊以及通訊模塊等。
2.2.1 功能要求
在控制室設(shè)有 PLC1 控制主站，加壓泵、自循環(huán)泵、電動閥門等由 PLC1 主站控制開停，實時接受設(shè)備的狀態(tài)信號和請求自動運行信號，并完成船舶自動加水。加氯間設(shè)置PLC2 子站，在 PLC1 控制主站的協(xié)調(diào)下，根據(jù)在線水質(zhì)儀信號完成供水加氯。
2.2.1.1 PLC1 主站控制裝置
PLC1 主站控制裝置的主要任務(wù)是：①按次序啟停碼頭各加水口申請的加水量；②監(jiān)控加壓泵、閥門、循環(huán)泵、碼頭加水口閥門的運行狀態(tài)；③變頻器運行狀態(tài)監(jiān)控；④對加壓泵、閥門、循環(huán)泵、碼頭加水口閥門進行故障檢測和保護控制；⑤接受控制室下達的控制指令，包括強制啟動循環(huán)泵的指令，判斷其正確性、可執(zhí)行性后加以執(zhí)行；⑥采集相關(guān)工藝儀表檢測信號。
2.2.1.2 加氯間次氯酸鈉發(fā)生器一體機 PLC2 子站控制裝置
次氯酸鈉發(fā)生器一體機系統(tǒng)是由電解槽、電解電源、智能控制中心 PLC2、流量開關(guān)、鹽度監(jiān)測、液晶顯示屏、電解電壓/電流顯示、易燃易爆氣體監(jiān)測傳感器等組成。加氯間次氯酸鈉發(fā)生器一體機PLC2子站控制裝置采用西門子 S7-200 系列 PLC 作為控制器單元，用于監(jiān)控整套發(fā)生器系統(tǒng)的安全、可靠運行，以及在發(fā)生故障的情況下的自檢測、報警和自停機狀態(tài)。
觸摸液晶顯示與控制采用西門子 SIEMENS SMART1000IE 10 吋觸摸液晶屏，以實時顯示溶鹽單元、稀釋配比單元、電解單元、投加單元等分部系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時，還可以使用觸摸功能調(diào)整和設(shè)置參數(shù)。
對于流量開關(guān)，當(dāng)機器開始運行時，控制中心開始檢測電解液的流量開關(guān)。當(dāng)流量開關(guān)的設(shè)定值出錯時，機器停止運行，發(fā)出報警信號。在線鹽度監(jiān)測儀用于對稀釋配比的稀鹽水進行在線監(jiān)測和顯示，儀表可設(shè)定濃度高限和低限，當(dāng)超過該設(shè)定范圍，系統(tǒng)發(fā)出報警，并停止機器運行。氫氣氣體濃度監(jiān)測傳感器用于監(jiān)測發(fā)生器房間內(nèi)的氫氣含量，當(dāng)氣體濃度達到設(shè)定值時，儀表發(fā)出報警信號，機器停止運行。
2.2.2 自動控制要求
2.2.2.1 水箱液位
當(dāng)水箱液位下降到最低液位（相對水箱底標(biāo)高）時，對應(yīng)的進水電動蝶閥開啟；當(dāng)水箱液位上升到最高液位（相對水箱底標(biāo)高）時，對應(yīng)的進水電動蝶閥關(guān)閉。
2.2.2.2 輪船加水
有一艘輪船補水時，接通加水口Ⅰ，選擇就地控制箱（MDFX1）的面板自動模式，控制室上位機設(shè)定好 1#加水口需要加水流量 Q1，上位機等待加水指令。加水前，需要確認(rèn)循環(huán)水系統(tǒng)的運行狀態(tài)。如果循環(huán)水系統(tǒng)正在運行，要先關(guān)閉循環(huán)系統(tǒng)，即關(guān)閉循環(huán)泵組以及循環(huán)進水電動蝶閥，確認(rèn)循環(huán)水系統(tǒng)為關(guān)閉狀態(tài)后，上位機接收到加水指令后，PLC1 為加水口Ⅰ連接的船舶供水，開啟加壓泵組，待出水管至加水口段的壓力達到開閥壓力值 P1 時，開啟出水電動蝶閥 MDF1。當(dāng)系統(tǒng)檢測電磁流量計 FET01 累計加水量達到設(shè)定值 Q1 后，系統(tǒng)自動關(guān)閉 MDF1、加壓泵組，對加水口Ⅰ連接的船舶供水關(guān)閉，打印加水報告單。
第一艘輪船補水時，第二艘輪船也需要補水。這時，接通加水口Ⅱ，選擇就地控制箱（MDFX2）的面板自動模式，控制室上位機設(shè)定好 2#加水口需要加水的流量 Q2，上位機等待加水指令。上位機接收到加水指令后，PLC1 開啟出水電動蝶閥 MDF2，向加水口Ⅱ連接的船舶供水。當(dāng)管道中的壓力降至啟泵壓力值 P2 時，開啟第二臺水泵。系統(tǒng)檢測電磁流量計 FET01 累計加水量達到設(shè)定值 Q1 后，第一艘船完成補水作業(yè)，系統(tǒng)自動關(guān)閉 MDF1、第一臺泵，對加水口Ⅰ連接的船舶供水關(guān)閉，打印加水報告單 1。系統(tǒng)檢測建鑫電磁流量計 FET02 累計加水量達到設(shè)定值 Q2 后，第二艘船完成補水作業(yè)，系統(tǒng)自動關(guān)閉 MDF2、第二臺泵，對加水口Ⅱ連接的船舶供水關(guān)閉，打印加水報告單 2。
當(dāng)水箱內(nèi)的余氯不足時（余氯值≤0.1 mg/L），水質(zhì)在線監(jiān)測儀發(fā)送信號至 PLC2，PLC2 開啟次氯酸鈉發(fā)生器一體機工作，向水箱內(nèi)加藥，同時，PLC1 陸續(xù)開啟循環(huán)泵、循環(huán)進水電動蝶閥進行余氯擴散，直至余氯值大于等于 0.2 mg/L，PLC1 關(guān)閉循環(huán)泵、循環(huán)進水電動蝶閥。
當(dāng)水箱靜至 24 h 以上沒有出水時，啟動循環(huán)系統(tǒng)進行回水循環(huán)，循環(huán)時間控制為 5 h，滿足循環(huán)完半個水箱的水量后，關(guān)閉循環(huán)系統(tǒng)。
3 現(xiàn)場運行情況
廈門碼頭船舶加水系統(tǒng)如圖 3 所示。上位機根據(jù)工藝流程的要求進行系統(tǒng)組態(tài)，可以通過人機界面及時了解整個工藝的運行情況，各種運行參數(shù)的當(dāng)前值，是否有報警信號等。
表 1 所示為碼頭船舶加水單。船舶加水完成后，自動打印加水報告單，船舶加水的水質(zhì)指標(biāo)值（濁度、余氯、pH、電導(dǎo)率）均能顯示在加水報告單上。
