项目类型：化工企业化学水处理系统自动化改造
项目规模：处理能力120t/h × 3列，年制水量约200万吨
实施时间：2019年
核心成效：实现全流程自动控制，减少人工干预，年节约人工成本30万元，出水合格率100%

一、项目背景

该化工企业位于陕西，是当地重要的化工生产基地。企业生产对除盐水需求量巨大，原有化学水处理系统建于多年前，工艺流程为：

自来水→蓄水池→升压泵→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵

系统设计处理能力为120t/h，原有2列一级除盐+混床设备。随着企业产能扩张，原有系统已无法满足生产用水需求，且存在以下突出问题：

• 原水水质恶化：自来水中的悬浮物含量较高，严重污染活性炭和离子交换树脂，导致再生频繁、药剂消耗大

• 自动化程度低：大部分操作依赖人工，阀门启闭、设备切换需要操作人员现场执行

• 数据缺失：缺少运行数据记录，无法对系统运行状态进行有效分析和优化

为此，企业决定续建第3列出力为120t/h的除盐设备，并对整个系统进行自动化升级改造。西安亚业智能科技有限公司凭借在水处理自动化领域的技术积累，成功承接了该项目的PLC控制系统集成任务。

二、痛点分析

在项目启动前，西安亚业智能技术团队进行了详细的现场勘查和需求调研，发现原有系统存在以下核心痛点：

痛点1：原水水质波动大，预处理能力不足
自来水中的悬浮物含量较高，直接进入活性炭过滤器，导致活性炭污染严重、更换频繁。不仅增加了运行成本，还影响后续离子交换设备的正常运行。

痛点2：人工操作密集，劳动强度大
原有系统大量依赖人工操作：

• 设备投运、停止需要人工现场开关阀门

• 再生过程需要人工启动各步骤

• 设备切换需要人工判断和执行
  操作人员24小时三班倒，劳动强度大，且容易因操作失误导致工艺波动。

痛点3：缺乏自动联锁，响应滞后
中间水箱水位依靠人工调节，难以稳定在最佳范围；水泵启停与水位未实现自动联锁，存在空转或溢流风险。

痛点4：数据黑箱，管理困难
缺少流量、压力、电导率等关键参数的实时监测和历史记录，管理人员无法掌握系统真实运行状况，优化改进缺乏数据支撑。

痛点5：系统扩展性差
原有控制系统封闭性强，难以接入新增设备，且与上层管理系统无法实现数据互通。

三、解决方案

针对上述痛点，西安亚业智能科技为客户量身定制了基于PLC的污水处理控制系统解决方案。核心思路是：扩建预处理单元、构建冗余控制系统、实现全流程自动化。

3.1 工艺流程优化

针对原水水质问题，我们在续建工程中增加3台高效纤维过滤器，对自来水进行深度过滤处理。优化后的工艺流程为：

自来水→蓄水池→升压泵→高效纤维过滤器→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵

3台高效过滤器采用并联运行方式，正常工况2台运行，1台备用。高效过滤器不仅对续建工程所需的自来水进行预处理，同时对原有系统的自来水也进行预处理，从源头解决了水质污染问题。

3.2 系统网络架构

我们采用成熟的三层网络架构，构建稳定可靠的控制系统：

• 监控层：配置两台上位工业计算机，安装Intellution FIX7.0工业组态软件，实现对整个化学水处理工艺流程的动态监视和控制。通过合理的系统组态，实现对全系统的自动化管理和控制。

• 控制层：PLC选用德维森PPC11冗余控制器，采用双机热备冗余方式，通过远程I/O连接现场监测与控制点。冗余的主控制站可以保证系统的停机维护时间为零，最大限度减少人为干预。主控制系统和远程I/O站之间采用高性能的工业以太网总线，实现信息可靠、安全、稳定传输。

• 设备层：包括各类仪表（液位计、流量计、电导率仪、压力变送器）和执行机构（气动阀门、电动阀门、水泵、加药泵）。所有控制阀支持就地和远程控制方式，即使在程控系统完全故障的情况下，仍可通过就地控制实现手动制水，保证锅炉可靠用水。

3.3 网络通讯设计

上位计算机系统与PLC控制单元之间采用工业以太网传输网络。以太网属国际标准，工业以太网已达到高传输安全性和可靠性要求，具有以下优势：

• 高传输速率（100Mbps）

• 集线器技术的确定性

• 不受网络拓扑结构限制

• 支持多种传输介质（双绞线、光纤、同轴电缆）

• 易于网络扩展

通过以太网将上位机和现场控制点紧密连接，构成完整系统。在高速传输网络上，可以方便地利用PLC系统特有的功能，实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断。

3.4 控制功能设计

3.4.1 控制模式设计

控制箱上选用三位选择开关，分别为：就地开、就地关、远程控制。

选择远程控制时，控制阀由操作员在操作站上控制。操作员可以在操作站对控制阀进行状态监视和动作控制，对控制阀的控制可选择自动和手动方式：

• 自动方式：控制阀受PLC逻辑程序控制

• 手动方式：控制阀由操作员直接在操作界面上点击控制

3.4.2 核心工艺自动控制

（1）一级除盐设备控制
一级除盐设备的投运和再生由PLC实现自动控制，也可通过键盘鼠标在控制室内进行远方操作。当一级除盐设备的出水导电率超过规定值或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。

（2）混合离子交换器控制
混合离子交换器的投运和再生由PLC实现自动控制，也可进行远方操作。当出水导电率和二氧化硅超过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。

（3）过滤器控制
高效过滤器和活性炭过滤器由PLC实现自动控制，也可远方操作。当其进出口压差超过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入反洗程序。

（4）中间水箱水位控制
中间水箱水位由PLC实现自动控制（通过调节阳床入口调节阀），使一级除盐系统投运时中间水箱水位稳定在正常位置。中间水泵启停与中间水位联锁，低液位启泵、高液位停泵，保证中间水泵的安全使用。

3.4.3 高级控制功能

• 顺序控制：对于顺控设置必要的分步操作、成组操作或单独操作等功能，并有跳步、中断或旁路等操作功能。

• 再生控制：系统投运以及活性炭清洗、一级除盐再生和混床再生可由系统自动完成或操作员步延、步进手动干预。

• 过程监视：操作站界面上显示各步骤设定时间和剩余时间以及步进、步延指示。

• 数据监测：系统所有流量、压力可在操作界面上实时监视，原水流量、阴床出口流量、混床出口流量显示积算并作历史纪录，可分别查看一级除盐、混床再生制水量。

• 状态显示：阀门、泵等的控制状态显示，自动/手动/就地操作和选择联锁一目了然。

四、实施过程

第一阶段：现场勘查与方案设计（3周）
技术团队深入现场，全面摸排原有设备、管线、控制逻辑，分析水质报告，完成方案设计和设备选型。

第二阶段：设备生产与采购（4周）
完成PLC控制柜的设计、组装和厂内测试。采购高效纤维过滤器、仪表、阀门等设备。

第三阶段：现场安装与接线（3周）
完成新增高效过滤器的安装、管道连接，PLC控制柜安装，传感器布线和通讯线缆敷设。

第四阶段：系统调试（2周）
分阶段调试：先调试单台设备，再调试子系统，最后进行全系统联调。模拟各种工况，验证控制逻辑和故障切换功能。

第五阶段：试运行与优化（2周）
系统投入试运行，工程师驻场观察，收集运行数据，微调控制参数。对操作人员进行培训，确保熟练使用新系统。

第六阶段：正式交付与验收（1周）
完成全部调试和优化，提交完整的竣工资料（图纸、程序、操作手册），通过客户验收。

五、实施效果

系统投运后，各项指标均达到预期目标：

具体收益分析：

• 人工成本节约：原需6名操作工三班倒，现只需1人日常监盘兼巡检，年节约人工成本约30万元。

• 药剂消耗降低：精准控制再生过程，避免药剂浪费，年节约药剂成本约15万元。

• 设备寿命延长：自动控制减少误操作，加上预警机制提前排除隐患，预计设备寿命延长3~5年。

• 管理提升：管理人员可在办公室实时查看运行数据，每周自动生成能耗报表，精细化管理有了数据支撑。

• 安全保障：即使在PLC系统完全故障的情况下，仍可通过就地控制实现手动制水，保证生产可靠用水。

六、技术亮点

亮点1：双机热备冗余系统
采用德维森PPC11冗余控制器，主控制系统热备，保证系统停机维护时间为零，最大限度减少人为干预。这对于不能停产的化工企业至关重要。

亮点2：工业以太网通讯
采用工业以太网实现上位机与PLC之间的高速通讯，支持在线远程诊断功能。当系统出现异常时，工程师可在异地接入系统进行诊断排查。

亮点3：多级控制权限设计
三位选择开关实现“就地-远程-自动”三级控制模式，即使在最极端情况下，仍可通过就地控制保证制水，体现了“安全第一”的设计理念。

亮点4：人性化界面设计
操作界面直观展示工艺流程，各设备状态、阀门开度、实时参数一目了然。顺控步骤、设定时间、剩余时间清晰显示，操作人员可随时掌握进度。

七、客户评价

某化工企业设备部李经理：

“这次改造最让我满意的是系统的高度可靠性。双机热备让我们彻底告别了停机风险，即使一台控制器出问题，另一台无缝接管，生产完全不受影响。以前再生操作需要人工一步步执行，现在一键启动，系统自动完成全部步骤，不仅省了人工，还避免了操作失误。西安亚业智能的技术团队很专业，从方案设计到现场调试，处处为客户着想，值得信赖。”

八、案例小结

本项目的成功实施，验证了以下经验：

1. 工艺为本：自动化必须建立在扎实的工艺理解之上。针对原水水质问题增加预处理环节，是从源头解决问题的关键。

2. 冗余可靠：对于不能停产的工业项目，控制系统的可靠性是第一位的。双机热备虽然增加投资，但换来的是全年无休的稳定运行。

3. 人机协同：自动化不是完全取代人，而是让人从重复劳动中解放出来。三级控制权限设计既保证了自动化的高效，又保留了人工干预的灵活性。

4. 数据驱动：完善的数据采集和记录，为后续持续优化提供了基础。从凭经验到靠数据，这是管理提升的关键一步。

九、适用场景

本案例的解决方案可推广至以下场景：

• 化工、电力、制药等行业的化学水处理系统

• 工业废水处理站

• 市政污水处理厂

• 锅炉补给水系统

• 纯水/超纯水制备系统

• 循环水处理系统

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