CN102213954A - 超临界水处理控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界水处理控制系统及其控制方法，包括控制单元、模拟信号采集单元、数字信号采集单元以及现场执行装置，其中控制单元为系统的控制核心，其输入端接有模拟信号采集单元和数字信号采集单元的现场信号，控制单元的输出端与现场执行装置相连；控制单元以冗余对的形式组态，单一运行，自动切换；所述控制单元通过以太网与上位机进行通讯连接；方法包括超临界水处理系统的启动过程、停止过程、反应器顶部超压保护过程以及混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度超温保护过程。本发明提高了自动化控制程度，极大地减少了人工劳动强度和人员数量，进一步降低了运行成本；软件中应用了数字信号处理技术，使其具有优良的抗干扰能力和零点稳定性。

Description

超临界水处理控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及超临界水处理设备技术领域，具体的说是一种超临界水处理控制系统及其控制方法。

背景技术

超临界水是指在温度和压力分别超过临界状态温度374℃和临界压力22MPa时水处于超临界状态。由于超临界水对有机物和氧气都是极好的溶剂，临界水氧化法可用于各种有毒有害废水、废物的处理，对于大多数难降解有机物均能有很高去除率。有试验表明，有机碳含量在27000～33000mg/L之间的有机废水经超临界水氧化法处理，有机碳的破坏率超过99.97％，并且所有有机物都转化为二氧化碳和无机物。

现有的超临界水处理装置为，由人工控制，自动化程度低，控制系统的安全性、可靠性不高，系统性能不稳定，并且需要大量的操作人员，停机率比较高，无论停机原因是出错/故障还是实施维护，生产停机时间越长，停机时间的成本越高，因此有必要对超临界水处理装置进行改进，使用容错系统，以降低其停机时间。而目前可对超临界水处理装置实施自动控制的具有容错功能的控制系统尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种可对超临界水处理装置实施自动控制的具有容错功能的超临界水处理控制系统及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明超临界水处理控制系统包括控制单元、模拟信号采集单元、数字信号采集单元以及现场执行装置，其中控制单元为系统的控制核心，其输入端接有模拟信号采集单元和数字信号采集单元的现场信号，控制单元的输出端与现场执行装置相连；控制单元以冗余对的形式组态，单一运行，自动切换；所述控制单元通过以太网与上位机进行通讯连接。

所述控制单元以冗余对的形式组态具体为：所有冗余组件的参数除MPI和通讯地址以外完全相同，只有编辑控制单元中的主CPU的参数，该参数自动分配给控制单元中的备用CPU，除CPU的MPI地址，CPU名、设备标识、位置ID外，CPU的设置不能更改；在I/O地址空间中组态被寻址的模块。

所述控制单元包括中央处理器、模拟量输入单元、模拟量输出单元、数字量输入单元以及数字量输出单元，其中中央处理器通过模拟量输入单元接有模拟信号采集单元，中央处理器通过数字量输入单元接有数字信号采集单元，中央处理器的输出端通过模拟量输出单元和数字信号采集单元接至现场执行装置。

所述模拟信号采集单元包括压力变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器以及压差变送器。

所述数字信号采集单元采集的信号包括检测各类泵的变频器的运行状态信号、急停信号、电源检测信号以及本地及远程控制切换信号。

所述现场执行装置包括与控制单元的模拟量输出单元相连的电动调节阀、电动截止阀、背压阀、变频器以及加热器控制装置；现场执行装置包括与控制单元的数字量输出单元相连的电动截止阀、变频器。

本发明超临界水处理控制系统的控制方法包括超临界水处理系统的启动过程、停止过程、反应器顶部超压保护过程以及混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度超温保护过程，其中超临界水处理系统的启动过程包括以下步骤：

开始，系统初始化，设定各类控制参数；

打开第1、2、3、4、18、22、24电动截止阀及第1、2、3背压阀；

打开第21电动截止阀，注满集液箱后关闭第21电动截止阀；

将第2～4泵以最大频率启动；

启动第1、2加热器9、22；

启动控制系统进行充水排气；

设置第1、2低压气液分离器液位的设定值，自动控制第16、12电动调节阀开度；设定第3、4、5泵的流量，自动控制第3、4、5泵的转速；设定第1背压阀的前流量，自动控制第9电动调节阀的开度，然后关闭第12电动调节阀，维持第5、9电动调节阀开度不变；

设置反应器压力，自动控制第1、2背压阀的开度；

手动打开第15电动截止阀，关闭第11、13电动截止阀；

判断套管式换热器23内管出口流体温度是否大于规定温度；

当套管式换热器23内管出口流体温度大于规定温度时，启动高压气液分离器26进口流体的温度自动控制及第1泵的自动控制；

判断脱盐除渣装置11中的流体温度是否大于规定温度；

当脱盐除渣装置11中的流体温度大于规定温度时，打开第11、13电动截止阀，关闭第15电动截止阀；

启动混合器和反应器承压器壁、反应器底部流体、脱盐除渣装置内部流体的温度自动控制；

判断反应器顶部温度是否大于设定值或反应器顶部温度是否大于最高设定温度；

判断反应器顶部温度于设定值或反应器顶部温度大于最高设定温度时，打开第6、20电动截止阀，关闭第7电动截止阀；

启动反应器顶部流体温度、反应器压力的自动控制；

设定氧气总管路的流量，自动控制第1电动调节阀的开度；设定氧气分支管路的流量，自动控制第2电动调节阀的开度；

设置集液箱出口管道的PH值，自动控制第11电动调节阀的开度；

打开第13电动调节阀、第19电动截止阀。

所述超临界水处理系统的停止过程包括以下步骤：

打开第7电动截止阀，关闭第20、6电动截止阀；

系统正常运行规定时间；

关闭减压阀和第1电动调节阀及其自动控制功能，停止氧气流量控制，关闭第2电动调节阀；

停止第1、2加热器及其自动控制；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度；

当反应器顶部的流体温度低于最高设定温度时，停止混合器和的应器承压壁的温度控制、脱盐除渣装置内部流体的温度控制及反应器低部出口流量控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀的开度不变，关闭第9电动调节阀和第12电动截止阀；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)是否小于规定温度；

当反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度时，停止混合器和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵的流量维持不变；

关闭第11、17、16、12电动调节阀及其自动控制；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于规定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力时，打开第17电动截止阀、关闭第23电动截止阀以及第11电动截止阀，保持规定时间后打开第16电动截止阀，关闭第17电动截止阀，保持规定时间后，打开第23、11电动截止阀，关闭第16电动截止阀；

停止第2、3、4泵；

当反应器顶部压力不小于规定压力时，继续判断反应器顶部压力是否小于规定压力；

或者当反应器顶部的流体温度不小于规定温度时，继续判断反应器顶部的流体温度是否小于规定温度；

或者当反应器底部的流体温度不小于规定温度时，继续判断当反应器底部的流体温度是否小于规定温度；

或者当判断反应器顶部的流体温度不小于最高设定温度时，继续判断反应器顶部的流体温度是否小于规定温度。

反应器顶端超压保护过程如下：

当反应器顶部压力PIC(6)大于规定压力时，打开第7电动截止阀64，关闭第20、6电动截止阀；

停止第2泵且维持第6、7、8电动调节阀开度不变，维持第3、4泵流量不变；

停止第1、2加热器及其自动控制；同时设置第1加热器出口压力的设定值，自动控制第4电动截止阀的开度，关闭第10电动截止阀，启动第2泵；

停止减压阀、第1电动调节阀，停止第1泵及其自动控制，停止氧气流量自动控制，关闭第2电动调节阀；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于最高设定温度时，停止混合器和反应器承压壁的温度自动控制、脱盐除渣装置内部流体的温度自动控制以及反应器底部出口流量自动控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀的开度不变，关闭第9电动调节阀和第12电动截止阀；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)是否小于规定温度；

当反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度时，停止混合器和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵的流量维持不变；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于规定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力，同时判断第1加热器出口处壁温TIC(1)是否小于规定温度；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力且第1加热器出口处壁温TIC(1)小于规定温度时，停止第2泵，打开第10电动截止阀，关闭第4电动截止阀；

打开第17电动截止阀、关闭第23电动截止阀，保持规定时间后打开第16电动截止阀，关闭第17电动截止阀，保持规定时间后，打开第23、11电动截止阀，关闭第16电动截止阀；

在上位机上提示系统故障，需手动排除。

混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度超温保护过程如下：

判断混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度TIC(2)、TIC(3)或TIC(4)中是否至少有一个温度大于规定温度；

当上述判断结果为是时，打开第7电动截止阀，关闭第20、6电动截止阀；

停止第1、2加热器及其自动控制；

关闭减压阀和第1电动调节阀及其自动控制功能，停止第1泵及其控制，停止氧气流量控制，关闭第2电动调节阀；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；同时设置第1加热器9出口压力的设定值，自动控制第4电动调节阀43的开度，关闭第17电动截止阀74；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于最高设定温度时，停止混合器和反应器承压壁的温度自动控制、脱盐除渣装置11内部流体的温度自动控制以及反应器底部出口流量自动控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀的开度不变，关闭第9电动调节阀和第12电动截止阀；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)是否小于规定温度；

当反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度时，停止混合器和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵的流量维持不变；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于规定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力且第1加热器9出口处壁温TIC(1)是否小于规定温度；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力且第1加热器出口处壁温TIC(1)小于规定温度时，停止第2泵，打开第10电动截止阀，关闭第4电动截止阀61；

打开第17电动截止阀、关闭第23电动截止阀，保持规定时间后打开第16电动截止阀，关闭第17电动截止阀，保持规定时间后，打开第11、23电动截止阀，关闭第16电动截止阀；

关闭第3、4泵。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明整个设计框架着眼于可靠性、稳定性、高精度和智能化，满足工业现场应用之需求，提高了自动化控制程度，极大地减少了人工劳动强度和人员数量，进一步降低了运行成本；软件中应用了数字信号处理技术，使其具有优良的抗干扰能力和零点稳定性。

附图说明

图1为本发明控制装置结构框图；

图2为本发明系统启动过程流程图；

图3为本发明系统停止过程流程图；

图4为本发明系统中反应器顶端超压保护过程流程图；

图5为本发明系统中混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度超温保护过程流程图；

图6为本发明控制的超临界水处理系统示意图。

具体实施方式

如图6所示，本实施例将超临界水处理控制系统安装于城市污泥的超临界水处理及资源化利用系统中，现将图中标号说明如下：

1.低温液体贮槽；2.第1泵；3.热水浴式液氧汽化器；4.第1容积式换热器；5.混合器；6.储料箱；7.第2泵；8a.第1套管式换热器；8b.第2套管式换热器；8c.第3套管式换热器；9.第1加热器；10.反应器；11.脱盐除渣装置；12.贮盐池；13.管道过滤器；14.第1背压阀；15.第1低压汽液分离器；16.第1集液箱；17.储碱箱；18.第3泵；19.第4套管式换热器；20.第4泵；21.第2容积式换热器；22.第2加热器；23.第5套管式换热器；24.第3容积式换热器，25.第5泵；26.高压汽液分离器；27.第2背压阀；28.第2低压汽液分离器；29.第2集液箱；30.氢气流量计；31.氢气瓶；32.干燥器；33.二氧化碳流量计；34.缓冲器；35.第6泵；36.二氧化碳气瓶；37.第3集液箱；38.第3背压阀；39.高压氧气瓶；40.第1电动调节阀；41.第2电动调节阀；42.第3电动调节阀；43.第4电动调节阀；44.第5电动调节阀；45.第6电动调节阀；46.第7电动调节阀；47.第8电动调节阀；48.第9电动调节阀；49.第10电动调节阀；50.第11电动调节阀；51.第12电动调节阀；52.第13电动调节阀；53.第14电动调节阀；54.第15电动调节阀；55.第16电动调节阀；56.第17电动调节阀；57.减压阀；58.第1电动截止阀；59.第2电动截止阀；60.第3电动截止阀；61.第4电动截止阀；62.第5电动截止阀；63.第6电动截止阀；64.第7电动截止阀；65.第8电动截止阀；66.第9电动截止阀；67.第10电动截止阀；68.第11电动截止阀；69.第12电动截止阀；70.第13电动截止阀；71.第14电动截止阀；72.第15电动截止阀；73.第16电动截止阀；74.第17电动截止阀；75.第18电动截止阀；76.第19电动截止阀；77.第20电动截止阀；78.第21电动截止阀；79.第22电动截止阀；80.第23电动截止阀；81.第24电动截止阀。

第1～17电动调节阀的安装位置及功能如下：

第1电动调节阀40设于高压氧气瓶39(四个)出口处，用于控制总管路氧气流量；

第2电动调节阀41设于第1容积式换热器4内管出口支路上，用于控制第1容积式换热器4内管出口支路上的氧气流量；

第3电动调节阀42设于第1套管式换热器8a壳层出口处，用于控制套管式换热器8a壳层出口处的流量；

第4电动调节阀43设于第1电加热器9出口至地沟管路上，用于控制将进料排至地沟的流量；

第5电动调节阀44设于反应器10顶部出口的管路上，用于控制反应器10顶部出口的管路上热水的流量；

第6电动调节阀45设于混合器蒸发壁进水的管路上，用于控制混合器蒸发壁进水的管路上进水的流量；

第7电动调节阀46设于反应器10冷却顶盖的蒸发壁水的总管路上，用于控制反应器10冷却顶盖的蒸发壁水的总管路上进水的流量；

第8电动调节阀47设于反应器10筒段蒸发壁水的总管路上，用于控制反应器10筒段蒸发壁水的总管路上进水的流量；

第9电动调节阀48设于脱盐除渣装置11顶部出口管路上，用于控制脱盐除渣装置11顶部出口管路上出水的流量；

第10电动调节阀49设于贮盐池12下端排渣口的管路上，用于控制贮盐池12下端排渣口的管路上排渣的流量；

第11电动调节阀50设于储碱箱17出口的管路上，用于控制储碱箱17出口的管路上加碱的流量；

第12电动调节阀51设于第1低压汽液分离器15的底部出口的管路上，用于控制第1低压汽液分离器15的底部出口的管路上出水的流量；

第13电动调节阀52设于二氧化碳干燥器32之前的管路上，用于控制二氧化碳干燥器32之前的管路上二氧化碳的流量；

第14电动调节阀53设于第2容积式换热器21内管出口管路上，用于控制第2容积式换热器21内管出口管路上热水的流量；

第15电动调节阀54设于第3容积式换热器24内管出口处的管路上，用于控制.第3容积式换热器24内管出口处的管路上热水的流量；

第16电动调节阀55设于低压汽液分离器28的底部出口的管路上，用于控制第2低压汽液分离器28的底部出口的管路上出水的流量；

第17电动调节阀56设于套管式换热器23壳层入口的管路上，用于控制第5套管式换热器23壳层入口的管路上冷却水的流量。

第1～3背压阀的安装位置及功能如下：

第1背压阀14设于第1低压汽液分离器15入口的管路上，用于控制第1低压汽液分离器15入口的管路上入水的流量，保证阀前系统压力；

第1背压阀27设于第2低压汽液分离器28入口的管路上，用于控制第2低压汽液分离器28入口的管路上入水的流量，保证阀前系统压力；

第3背压阀38设于高压汽液分离器26出口的管路上，用于控制高压汽液分离器26出口的管路上出水的流量，保证阀前压力；

第1～24电动截止阀的安装位置及功能如下：

第1～4电动截止阀40～43分别设于四个高压氧气瓶39的出口管路上，分别控制四个高压氧气瓶39出口管路上开关；

第5电动截止阀44设于第1容积式换热器4内管出口支管路上，用于控制第1容积式换热器4内管出口支管路上开关；

第6电动截止阀45设于储料箱6至第2泵7之间管路上，用于控制储料箱6至第2泵7之间管路上开关；

第6电动截止阀46设于第2泵7前清洗水管路上，用于控制第2泵7前清洗水管路上开关；

第8、9电动截止阀47、48分别设于第2、3套管式换热器8b、8c内管出口排气/水管路上，用于控制第2、3套管式换热器8b、8c内管出口排气/水管路上开关；

第10电动截止阀49设于第1电加热器9出口管路上，用于控制电加热器9出口管路上开关；

第11电动截止阀50设于反应器10顶部出口的管路上，用于控制反应器10顶部出口的管路上开关；

第12电动截止阀51设于脱盐除渣装置11上部出口管路上，用于控制脱盐除渣装置11上部出口管路上开关；

第13电动截止阀52设于脱盐除渣装置11下端排砂口的管路上，用于控制脱盐除渣装置11下端排砂口的管路上开关；

第14电动截止阀53设于贮盐池下端排砂口的管道的管路上，用于控制贮盐池下端排砂口的管道的管路上开关；

第15电动截止阀54设于脱盐除渣装置11底部出口旁路上，用于控制脱盐除渣装置11底部出口旁路上开关；

第16电动截止阀55设于脱盐除渣装置11底部反冲洗管路上，用于控制脱盐除渣装置11底部反冲洗管路上开关；

第17电动截止阀56设于反应器顶部出口的反清洗管路上，用于控制反应器顶部出口的反清洗管路上开关；

第18电动截止阀57设于加碱冷却水管路上，用于控制加碱冷却水管路开关；

第19电动截止阀58设于二氧化碳流量计33之后的收集管路上，用于控制二氧化碳流量计33之后的收集管路上开关；

第20电动截止阀59设于第1集液箱16排水口的管路上，用于控制第1集液箱16排水口的管路上开关；

第21电动截止阀60设于第2集液箱29进水口的管路上，用于控制第2集液箱29进水口的管路上开关；

第22、23电动截止阀61、62分别设于第4泵20入口、出口管路上，分别控制第4泵20入口、出口管路上开关

第24电动截止阀63设于第5泵25入口管路上，用于控制第5泵25入口管路上开关。

如图1所示，本发明超临界水处理控制系统包括控制单元、模拟信号采集单元、数字信号采集单元以及现场执行装置，其中控制单元为系统的控制核心，其输入端接有模拟信号采集单元和数字信号采集单元的现场信号，控制单元的输出端与现场执行装置相连；控制单元以冗余对的形式组态，单一运行，自动切换；所述控制单元通过以太网与上位机进行通讯连接。

所述控制单元以冗余对的形式组态具体为：所有冗余组件的参数除MPI和通讯地址以外完全相同，只有编辑控制单元中的主CPU的参数，该参数自动分配给控制单元中的备用CPU，除CPU的MPI地址，CPU名、设备标识、位置ID外，CPU的设置不能更改；在I/O地址空间中组态被寻址的模块。

所述控制单元包括中央处理器、模拟量输入单元、模拟量输出单元、数字量输入单元以及数字量输出单元，其中中央处理器通过模拟量输入单元接有模拟信号采集单元，中央处理器通过数字量输入单元接有数字信号采集单元，中央处理器的输出端通过模拟量输出单元和数字量输出单元接至现场执行装置。

模拟信号采集单元包括压力变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器以及压差变送器；数字信号采集单元采集的信号包括检测各类泵的变频器的运行状态信号、急停信号、电源检测信号以及本地及远程控制切换信号；现场执行装置包括与控制单元的模拟量输出单元相连的电动调节阀、电动截止阀、背压阀、变频器以及加热器控制装置；现场执行装置包括与控制单元的数字量输出单元相连的电动截止阀、变频器。

控制单元以冗余对的形式组态，采用S7-400H冗余系统，来实现更高程度的可用性或容错功能；用容错自动化系统的目的在于降低生产停机时间，无论停机原因是出错/故障还是实施维护。停机时间的成本越高，就越有必要使用容错系统。通过避免生产损失，可以很快收回容错系统普遍较高的投资成本。S7-400H冗余系统能满足对一流自动化系统在可用性、智能度和分布式输出方面的较高要求。系统提供了过程数据采集和准备所需的所有功能，其中包括装配和设备的开环回路控制、闭环回路控制及监视功能。

S7-400H冗余系统包括冗余I/O，冗余节点等。冗余I/O包含两套输入/输出模块，这些模块以冗余对的形式组态、运行，使用冗余I/O最大程度地提高了可用性，因为系统可以容许CPU或信号模块的故障。实际应用中通过使用“功能I/O冗余”块库中的块来实现。冗余节点意味着通过冗余组件实现故障时的系统可靠性。每个冗余节点可视为独立的部分，当节点内部的某个组件发生故障时，并不会导致其它节点或整个系统的可靠性受到限制。对于2选1系统，冗余节点的一个组件发生故障时不会削弱整个系统的可操作性。冗余节点链中最薄弱的环节决定了整个系统的可用性。S7-400H的冗余结构可确保其随时的可用性。这意味着所有重要组件均重复存在。这一冗余结构包括CPU、电源模块以及用于两个CPU的硬件。可以根据特定的自动化过程自定决定通过重复任何其它组件来增强可用性。

S7-400H冗余系统采用Profibus-DP通讯，S7-400通过Profibus-DP通讯与冗余I/O及上位机进行通讯。Profibus协议是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络。Profibus-DP通讯特征如下：

1.传输技术：RS-485双绞线、双线电缆或光缆。波特率从9.6Kbit/s～12Mbit/s；12Mbps时最大传输距离为100m，1.5Mbps时为200m，另外还可以用中继器延长；

2.总线存取：各主站间令牌传递，主站与从站间为主-从传送。支持单主或多主系统。总线上最多站点(主-从设备)数为126；

3.通信：点对点(用户数据传送)或广播(控制指令)。循环主-从用户数据传送和非循环主-主数据传送；

4.运行模式：运行、清除、停止；

5.同步：控制指令允许输入和输出同步。同步模式：输出同步；锁定模式：输入同步；

6.诊断功能：经过扩展的Profibus-DP诊断能能对故障进行快速定位。诊断信息在总线上传输并由主站采集。诊断信息分三级：

本站诊断操作：本站设备的一般操作状态。

模块诊断操作：一个站点的某具体I/O模块故障。

通道诊断操作：一个单独输入/输出位的故障。

所有冗余组件的参数(除了MPI和通讯地址以外)都必须完全相同。

1.CPU特例

只能编辑CPU0(机架0上的CPU)的参数。为它指定的任何数值都自动分配给CPU1(机架1上的CPU)。除了下列参数外，CPU1的设置不能更改：CPU的MPI地址，CPU名、设备标识、位置ID。

2.在I/O地址空间中组态被寻址模块

始终在I/O地址空间中组态被寻址的模块，以便完全在过程影像中或者完全在外部查找该模块。否则，将无法保证一致性，而且数据也可能受到损坏。

3.使用字或双字语句进行I/O访问

当用于I/O访问的字或双字只包含第一个字节或前三个字节，而不包含地址空间的剩余字节时，系统将数值装载到累加器“0”中。

实例：I/O处于S7-400H CPU中的地址8和9；地址10和11未使用。访问L ID 8将会使系统将数值DW#16#00000000装载到累加器中。

4.通讯功能

对于编程设备(PG)通讯功能，例如下载和删除块，即使该功能影响冗余链接上的整个系统，也必须选择两个CPU之一。在冗余操作中，其中一个中央处理单元中被修改的数据将影响冗余链接上的其它CPU。

5.同步模块的功能

两个冗余的S7-400H CPU之间的通讯使用同步模块。每个CPU需要两个同步模块，通过光缆成对连接。系统支持热交换同步模块，从而允许用户参与容错系统的维护工作，以及在无需停止设备的情况下控制冗余连接的故障。如果在冗余模式下移除同步模块，就会丢失同步。备用站CPU将切换到故障诊断模式。另一个CPU仍为主站CPU并在单模式下继续运行。插入新同步模块并重新建立冗余连接后，备用站CPU就会链接并进行更新。

本发明系统在调节温度、压力、流量等采用的PID控制是应用最为广泛的调节器，控制规律为比例、积分、微分控制，又称PID调节。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当使用者并不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

本发明超临界水处理控制系统的控制方法包括超临界水处理系统的启动过程、停止过程、反应器顶部超压保护过程以及混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度超温保护过程，其中超临界水处理系统的启动过程如图2所示，包括以下步骤：

开始，系统初始化，设定各类控制参数，包括反应器10和第2加热器22出口流体的加热温度等；打开第1、2、3、4、18、22、24电动截止阀58、59、60、61、75、79、81及第1、2、3背压阀14、27、38；

打开第21电动截止阀78，注满集液箱后关闭第21电动截止阀78；

将第2～4泵7、18、20以最大频率启动；

启动第1、2加热器9、22；

启动控制系统进行充水排气；

设置第1、2低压气液分离器15、28液位的设定值，自动控制第12、16电动调节阀55、51开度；设定第3、4、5泵18、20、25的流量，自动控制第3、4、5泵18、20、25的转速；设定第1背压阀14的前流量，自动控制第9电动调节阀48的开度，然后关闭第12电动调节阀51，维持第5、9电动调节阀44、48开度不变；

设置反应器压力，自动控制第1、2背压阀14、27的开度；

手动打开第15电动截止阀72，关闭第11、13电动截止阀68、70；

判断第5套管式换热器23内管出口流体温度TIC(7)是否大于规定温度(65℃)；

当第5套管式换热器23内管出口流体温度TIC(7)大于规定温度(65℃)时，启动高压气液分离器26进口流体的温度自动控制及第1泵2的自动控制；

判断脱盐除渣装置11中的流体温度TIC(9)是否大于规定温度(385C)；

当脱盐除渣装置11中的流体温度TIC(9)大于规定温度(385C)时，打开第11、13电动截止阀68，关闭第15电动截止阀72；

启动混合器和反应器承压器壁、反应器底部流体、脱盐除渣装置内部流体的温度自动控制；

判断反应器10顶部温度TIC(11)是否大于设定值(该值不高于450℃)，或者反应器10顶部温度TIC(11)是否最高设定温度450℃；

当反应器10顶部温度TIC(11)大于设定值(该值不高于450℃)或反应器10顶部温度大于最高设定温度450℃时，打开第6、20电动截止阀63、77，关闭第7电动截止阀64；

启动反应器顶部流体温度、反应器压力、污泥预热设备和蒸发壁压差的自动控制以及断电保护控制；

重新设置第一减压阀出口压力(氧气总管路的流量)，打开第5截止阀62，设置第1电动调节阀40自动控制氧气总管路流量，设置第2电动调节阀41自动控制氧气分支管路流量；

设置集液箱出口管道的PH值，自动控制第11电动调节阀50的开度；

打开第13电动调节阀52、第19电动截止阀76。

当反应器10顶部温度TIC(11)不大于设定值(该值不高于450℃)时，接续该判断步骤；或者反应器10顶部温度TIC(11)不大于最高设定温度450℃时，接续该判断步骤；

如果脱盐除渣装置11中的流体温度TIC(9)不大于规定温度(385C)时，接续该判断步骤；

如果第5套管式换热器23内管出口流体温度TIC(7)不大于规定温度(65℃)时，接续该判断步骤。

如图3所示，超临界水处理系统的停止过程包括以下步骤：

打开第7电动截止阀64，关闭第20、6电动截止阀77、63；

系统正常运行规定时间(本实施例为30分钟)；

关闭减压阀57和第1电动调节阀40及其自动控制功能，停止氧气流量控制，关闭第2电动调节阀41；

停止第1、2加热器9、22及其自动控制；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度(450℃)；

当反应器顶部的流体温度小于规定温度时，停止混合器和的应器承压壁的温度控制、脱盐除渣装置内部流体的温度控制及反应器低部出口流量控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀44、45、46、47、42、53、54的开度不变，关闭第9电动调节阀48和第12电动截止阀69；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)是否小于规定温度(360℃)；

当反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度时，停止混合器和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵18的流量维持不变；

关闭第11、17、16、12电动调节阀50、56、55、51及其自动控制；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于规定温度(100℃)；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀50、56、55、51及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力(1MPa)；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力时，打开第17电动截止阀74、关闭第23电动截止阀80以及第11电动截止阀68，保持规定时间后打开第16电动截止阀73，关闭第17电动截止阀74，保持规定时间后，打开第23、11电动截止阀80、68，关闭第16电动截止阀73；

停止第2、3、4泵7、18、20。

如果反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力(1MPa)，则接续该判断步骤；

如果反应器顶部的流体温度TIC(11)于规定温度(100℃)，则接续该判断步骤；

如果反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度(360℃)，则接续该判断步骤；

如果反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度(450℃)，则接续该判断步骤。

反应器顶端超压保护过程如图4所示，步骤如下：

当反应器顶部压力PIC(6)大于规定压力(28.2MPa)时，打开第7电动截止阀64，关闭第20、6电动截止阀77、63；

停止第2泵7且维持第6、7、8电动调节阀45、46、47的开度不变，维持第3、4泵18、20流量不变；

停止第1、2加热器9、22及其自动控制；同时设置第1加热器9出口压力的设定值，自动控制第4电动截止阀61的开度，关闭第10电动截止阀67，启动第2泵7；

停止减压阀57、第1电动调节阀40，停止第1泵2及其自动控制，停止氧气流量自动控制，关闭第2电动调节阀41；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度(450℃)；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于最高设定温度(450℃)时，停止混合器和反应器承压壁的温度自动控制、脱盐除渣装置内部流体的温度自动控制以及反应器底部出口流量自动控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀44、45、46、47、42、53、54的开度不变，关闭第9电动调节阀48和第12电动截止阀51；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)是否小于规定温度(360℃)；

当反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度时，停止混合器和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵18的流量维持不变；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于规定温度(100℃)；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀50、56、55、51及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力(1MPa)，同时判断第1加热器9出口处壁温TIC(1)是否小于规定温度(200℃)；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力(1MPa)且第1加热器9出口处壁温TIC(1)小于规定温度(200℃)时，停止第2泵7，打开第10电动截止阀67，关闭第4电动截止阀61；

打开第17电动截止阀74、关闭第23电动截止阀80，保持规定时间后打开第16电动截止阀73，关闭第17电动截止阀74，保持规定时间后，打开第23、11电动截止阀80、68，关闭第16电动截止阀73；

在上位机上提示系统故障，系统管路或设备堵塞，需手动排除。

当第1加热器9出口处壁温TIC(1)不小于规定温度时，则接续该判断步骤；

当反应器顶部压力PIC(6)不小于规定压力(1MPa)，或者第1加热器9出口处壁温TIC(1)不小于规定温度(200℃)时，则接续该判断步骤；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)不小于规定温度(100℃)时，则接续该判断步骤；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)不小于规定温度(360℃)，则接续该判断步骤；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)不小于最高设定温度(450℃)时，则接续该判断步骤；

当反应器顶部压力PIC(6)不大于规定压力(28.2MPa)时，则接续该判断步骤。

混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度超温保护过程如图5所示，步骤如下：

判断混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度TIC(2)、TIC(3)或TIC(4)中是否至少有一个温度大于规定温度(440℃)；

当上述判断结果为是时，打开第7电动截止阀64，关闭第20、6电动截止阀77、63；

停止第1、2加热器9、22及其自动控制；

关闭减压阀57和第1电动调节阀40及其自动控制功能，停止第1泵2及其控制，停止氧气流量控制，关闭第2电动调节阀41；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；同时设置第1加热器9出口压力的设定值，自动控制第4电动调节阀43的开度，关闭第17电动截止阀74；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度(450℃)；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于最高设定温度时，停止混合器5和反应器承压壁的温度自动控制、脱盐除渣装置11内部流体的温度自动控制以及反应器底部出口流量自动控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀44、45、46、47、42、53、54的开度不变，关闭第9电动调节阀48和第12电动截止阀69；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)是否小于规定温度(360℃)；

当反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度(360℃)时，停止混合器5和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵18的流量维持不变；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于规定温度(100℃)；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀50、56、55、51及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力(1MPa)且第1加热器9出口处壁温TIC(1)是否小于规定温度(200℃)；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力且第1加热器9出口处壁温TIC(1)小于规定温度(200℃)时，停止第2泵7，打开第10电动截止阀67，关闭第4电动截止阀61；

打开第17电动截止阀74、关闭第23电动截止阀80，保持规定时间后打开第16电动截止阀73，关闭第17电动截止阀74，保持规定时间后，打开第11、23电动截止阀68、80，关闭第16电动截止阀73；

关闭第3、4泵18、20。

当反应器顶部压力PIC(6)不小于规定压力，或者第1加热器9出口处壁温TIC(1)不小于规定温度(200℃)时则接续该判断步骤；

当反应器顶部压力PIC(6)不小于规定压力(1MPa)，或者第1加热器9出口处壁温TIC(1)不小于规定温度(200℃)时，则接续该判断步骤；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)不小于规定温度(100℃)时，则接续该判断步骤；

当反应器底部的流体温度TIC(8)不小于规定温度(360℃)时，则接续该判断步骤；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)不小于最高设定温度(450℃)时，则接续该判断步骤；

当混合器承压壁TIC(2)、反应器顶盖TIC(3)和承压筒体的温度TIC(4)中的温度都小于规定温度(440□C)时则接续该判断步骤。

Claims (11)

1.一种超临界水处理控制系统，其特征在于：包括控制单元、模拟信号采集单元、数字信号采集单元以及现场执行装置，其中控制单元为系统的控制核心，其输入端接有模拟信号采集单元和数字信号采集单元的现场信号，控制单元的输出端与现场执行装置相连；控制单元以冗余对的形式组态，单一运行，自动切换；所述控制单元通过以太网与上位机进行通讯连接。

2.按权利要求1所述的超临界水处理控制系统，其特征在于：所述控制单元以冗余对的形式组态具体为：所有冗余组件的参数除MPI和通讯地址以外完全相同，只有编辑控制单元中的主CPU的参数，该参数自动分配给控制单元中的备用CPU，除CPU的MPI地址，CPU名、设备标识、位置ID外，CPU的设置不能更改；在I/O地址空间中组态被寻址的模块。

3.按权利要求1所述的超临界水处理控制系统，其特征在于：所述控制单元包括中央处理器、模拟量输入单元、模拟量输出单元、数字量输入单元以及数字量输出单元，其中中央处理器通过模拟量输入单元接有模拟信号采集单元，中央处理器通过数字量输入单元接有数字信号采集单元，中央处理器的输出端通过模拟量输出单元和数字信号采集单元接至现场执行装置。

4.按权利要求1所述的超临界水处理控制系统，其特征在于：所述模拟信号采集单元包括压力变送器、温度变送器、流量变送器、液位变送器以及压差变送器。

5.按权利要求1所述的超临界水处理控制系统，其特征在于：所述数字信号采集单元采集的信号包括检测各类泵的变频器的运行状态信号、急停信号、电源检测信号以及本地及远程控制切换信号。

6.按权利要求1所述的超临界水处理控制系统，其特征在于：所述现场执行装置包括与控制单元的模拟量输出单元相连的电动调节阀、电动截止阀、背压阀、变频器以及加热器控制装置；现场执行装置包括与控制单元的数字量输出单元相连的电动截止阀、变频器。

7.一种超临界水处理控制系统的控制方法，其特征在于：包括超临界水处理系统的启动过程、停止过程、反应器顶部超压保护过程以及混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度超温保护过程，其中超临界水处理系统的启动过程包括以下步骤：

开始，系统初始化，设定各类控制参数；

打开第1、2、3、4、18、22、24电动截止阀及第1、2、3背压阀；

打开第21电动截止阀，注满集液箱后关闭第21电动截止阀；

将第2～4泵以最大频率启动；

启动第1、2加热器9、22；

启动控制系统进行充水排气；

设置第1、2低压气液分离器液位的设定值，自动控制第16、12电动调节阀开度；设定第3、4、5泵的流量，自动控制第3、4、5泵的转速；设定第1背压阀的前流量，自动控制第9电动调节阀的开度，然后关闭第12电动调节阀，维持第5、9电动调节阀开度不变；

设置反应器压力，自动控制第1、2背压阀的开度；

手动打开第15电动截止阀，关闭第11、13电动截止阀；

判断套管式换热器23内管出口流体温度是否大于规定温度；

当套管式换热器23内管出口流体温度大于规定温度时，启动高压气液分离器26进口流体的温度自动控制及第1泵的自动控制；

判断脱盐除渣装置11中的流体温度是否大于规定温度；

当脱盐除渣装置11中的流体温度大于规定温度时，打开第11、13电动截止阀，关闭第15电动截止阀；

启动混合器和反应器承压器壁、反应器底部流体、脱盐除渣装置内部流体的温度自动控制；

判断反应器顶部温度是否大于设定值或反应器顶部温度是否大于最高设定温度；

判断反应器顶部温度于设定值或反应器顶部温度大于最高设定温度时，打开第6、20电动截止阀，关闭第7电动截止阀；

启动反应器顶部流体温度、反应器压力的自动控制；

设定氧气总管路的流量，自动控制第1电动调节阀的开度；设定氧气分支管路的流量，自动控制第2电动调节阀的开度；

设置集液箱出口管道的PH值，自动控制第11电动调节阀的开度；

打开第13电动调节阀、第19电动截止阀。

8.按权利要求7所述的超临界水处理控制方法，其特征在于：所述超临界水处理系统的停止过程包括以下步骤：

打开第7电动截止阀，关闭第20、6电动截止阀；

系统正常运行规定时间；

关闭减压阀和第1电动调节阀及其自动控制功能，停止氧气流量控制，关闭第2电动调节阀；

停止第1、2加热器及其自动控制；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度；

当反应器顶部的流体温度低于最高设定温度时，停止混合器和的应器承压壁的温度控制、脱盐除渣装置内部流体的温度控制及反应器低部出口流量控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀的开度不变，关闭第9电动调节阀和第12电动截止阀；

判断反应器底部的流体温度TlC(8)是否小于规定温度；

当反应器底部的流体温度TlC(8)小于规定温度时，停止混合器和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵的流量维持不变；

关闭第11、17、16、12电动调节阀及其自动控制；

判断反应器顶部的流体温度TlC(11)是否小于规定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力时，打开第17电动截止阀、关闭第23电动截止阀以及第11电动截止阀，保持规定时间后打开第16电动截止阀，关闭第17电动截止阀，保持规定时间后，打开第23、11电动截止阀，关闭第16电动截止阀；

停止第2、3、4泵。

9.按权利要求8所述的超临界水处理控制方法，其特征在于：

当反应器顶部压力不小于规定压力时，继续判断反应器顶部压力是否小于规定压力；

或者当反应器顶部的流体温度不小于规定温度时，继续判断反应器顶部的流体温度是否小于规定温度；

或者当反应器底部的流体温度不小于规定温度时，继续判断当反应器底部的流体温度是否小于规定温度；

或者当判断反应器顶部的流体温度不小于最高设定温度时，继续判断反应器顶部的流体温度是否小于规定温度。

10.按权利要求7所述的超临界水处理控制方法，其特征在于：反应器顶端超压保护过程如下：

当反应器顶部压力PIC(6)大于规定压力时，打开第7电动截止阀64，关闭第20、6电动截止阀；

停止第2泵且维持第6、7、8电动调节阀开度不变，维持第3、4泵流量不变；

停止第1、2加热器及其自动控制；同时设置第1加热器出口压力的设定值，自动控制第4电动截止阀的开度，关闭第10电动截止阀，启动第2泵；

停止减压阀、第1电动调节阀，停止第1泵及其自动控制，停止氧气流量自动控制，关闭第2电动调节阀；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；

判断反应器顶部的流体温度TlC(11)是否小于最高设定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于最高设定温度时，停止混合器和反应器承压壁的温度自动控制、脱盐除渣装置内部流体的温度自动控制以及反应器底部出口流量自动控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀的开度不变，关闭第9电动调节阀和第12电动截止阀；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)是否小于规定温度；

当反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度时，停止混合器和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵的流量维持不变；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于规定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力，同时判断第1加热器出口处壁温TIC(1)是否小于规定温度；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力且第1加热器出口处壁温TIC(1)小于规定温度时，停止第2泵，打开第10电动截止阀，关闭第4电动截止阀；

打开第17电动截止阀、关闭第23电动截止阀，保持规定时间后打开第16电动截止阀，关闭第17电动截止阀，保持规定时间后，打开第23、11电动截止阀，关闭第16电动截止阀；

在上位机上提示系统故障，需手动排除。

11.按权利要求7所述的超临界水处理控制方法，其特征在于：混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度超温保护过程如下：

判断混合器承压壁、反应器顶盖和承压筒体的温度TIC(2)、TIC(3)或TIC(4)中是否至少有一个温度大于规定温度；

当上述判断结果为是时，打开第7电动截止阀，关闭第20、6电动截止阀；

停止第1、2加热器及其自动控制；

关闭减压阀和第1电动调节阀及其自动控制功能，停止第1泵及其控制，停止氧气流量控制，关闭第2电动调节阀；

启动停机冷却降温控制，停止反应器顶部流体的温度和压力控制；同时设置第1加热器9出口压力的设定值，自动控制第4电动调节阀43的开度，关闭第17电动截止阀74；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于最高设定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于最高设定温度时，停止混合器和反应器承压壁的温度自动控制、脱盐除渣装置11内部流体的温度自动控制以及反应器底部出口流量自动控制；

维持第5、6、7、8、3、14、15电动调节阀的开度不变，关闭第9电动调节阀和第12电动截止阀；

判断反应器底部的流体温度TIC(8)是否小于规定温度；

当反应器底部的流体温度TIC(8)小于规定温度时，停止混合器和反应器承压壁底部流体的温度控制，且第3泵的流量维持不变；

判断反应器顶部的流体温度TIC(11)是否小于规定温度；

当反应器顶部的流体温度TIC(11)小于规定温度时，关闭第11、17、16、12电动调节阀及其自动控制；

判断反应器顶部压力PIC(6)是否小于规定压力且第1加热器9出口处壁温TIC(1)是否小于规定温度；

当反应器顶部压力PIC(6)小于规定压力且第1加热器出口处壁温TIC(1)小于规定温度时，停止第2泵，打开第10电动截止阀，关闭第4电动截止阀61；

打开第17电动截止阀、关闭第23电动截止阀，保持规定时间后打开第16电动截止阀，关闭第17电动截止阀，保持规定时间后，打开第11、23电动截止阀，关闭第16电动截止阀；

关闭第3、4泵。

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