利用PLC實現的電廠化學水處理程控系統

　　1、電廠化學水處理系統
　　
　　該系統作為電廠重要的輔助車間和輔助系統，特別是大型火電廠利和供熱電廠的化水處理車間處理量大，工藝復雜，水質要求高，其運營的好壞直接關系到電廠的安全運行及可靠性。本文以筆者負責完成的通遼盛發熱電廠化學水處理程控系統項目，分析化學水處理程控系統的自動控制。
　　
　　2、化學水處理系統工藝流程
　　
　　通遼盛發熱電廠作為新建熱電廠新建4臺機組（4×135MW，分兩期完成），化學水處理系統由三部分組成:軟化水處理系統、反滲透系統和除鹽水系統,系統工藝流程。
　　
　　系統主工藝流程為：工業水→曝氣塔→曝氣水箱→升壓水泵→疊加式過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→軟化水箱→堿計量泵加堿→軟化水泵升壓（軟化水，可作為廠內生活用水）→加熱器→反滲透裝置→反滲透水箱→反滲透水泵升壓→一級混合離子交換器→二級混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵升壓→主廠房。
　　
　　3、控制系統硬件組成
　　
　　3．1PLC控制系統
　　
　　根據裝置工作要求，選用性價高的AB公司的Controllogix系列可編程控制器構建冗余的控制系統。PLC中CPU采用兩套1756－L55ControlLogix5555Controller，設置1個主站（CPU模件），5個分站（IO模件），主站CPU與分站I/O通過ControlNet網絡通訊,開關量輸入、輸出模件選用32點，模擬量輸入模件選用16點，模擬量輸出選用8點。PLC系統網絡結構圖如圖2所示。
　　
　　3．2監控站
　　
　　監控站選用兩臺研華工業控制計算機和高性能工業監控軟件RSView32（視窗控制中心），與PLC控制單元之間采用工業以太網進行通訊。完成整個系統的工藝流程、設備運行狀態的顯示和監控、實現曲線的顯示、歷史數據的保存、權限管理、操作查詢、報警、打印等功能。
　　
　　3．3儀表系統
　　
　　儀表系統由壓力及溫度變送器、流量計、液位計、PH值表、酸度計、堿度計、硅酸根檢測儀、導電度檢測儀、壓力及壓差開關等構成，主要完成水箱液位、管道壓力、進出水流量、水溫度、水質檢測，并通過檢測值，進行工藝自動控制與調節。
　　
　　3．4現場控制設備
　　
　　現場控制設備由水泵、風機、氣動閥門、電動門、調節閥等構成，其中水泵、風機由電機控制，氣動門由電磁閥控制。
　　
　　4、自動化軟件設計
　　
　　化學水處理自動化控制系統的軟件包括上位機、下位機兩部分。
　　
　　4．1上位機軟件設計
　　
　　上位機軟件采用Windows2000操作系統，組態平臺為RSView32。上位機實現的功能為：數字顯示化學水處理系統中的水箱液位、管道壓力、進出水流量實時值與累積值、水溫度、水質檢測，記錄這些參數的歷史變化，在設定的上限與下限值發出語音報警、記錄到報警歷史以便查詢。各設備的運行、故障等狀態顯示，各設備的啟動、停止操作，并進行操作記錄，以便查詢；出現每個設備故障時發出聲音報警并記錄故障情況（故障時刻、故障類型等），方便進行事故分析。重要參數、報警、故障都可以報表打印。
　　
　　化學水程控系統上位機監視畫面由參數畫面、弱酸陽離子交換主畫面、曝氣水箱系統畫面、過濾器A和B畫面、弱酸離子交換畫面、軟化水系統畫面、反滲透主畫面、反滲透裝置畫面、反滲透水箱畫面、反滲透輔助系統畫面、除鹽水主畫面、一級混床系統畫面、二級混床系統畫面、酸系統畫面、堿系統畫面、中和池系統畫面、樹脂存貯畫面、除鹽水箱畫面、手操器畫面、啟動方式畫面、檢修設置畫面、歷史趨勢畫面、報警匯總畫面、數據匯總畫面、記錄畫面、登錄畫面和管理員畫面組成。
　　
　　4．2下位機軟件設計
　　
　　下位機采用AB公司開發的RSLogix5000軟件對PLC進行編程和對PLC配置進行維護。編制的軟件主要包括信號獲取處理、流量的累積、運行時間的累積，傳到上位機顯示，接受上位機的操作、判斷自動控制條件對水泵風機、氣動閥門進行邏輯控制，完成化學水處理過程。
　　
　　5、系統實現功能
　　
　　水處理程控系統具有：運行方式選擇；設備故障自動報警；實現了現場信息采集、處理、操作顯示等完善的功能。并且保留了就地控制功能。在控制室，運行人員通過控制系統能對整個工藝系統進行集中監視、管理和順序控制，并可實現遠方手操。提供就地手操、遠方手動操作、自動順序控制三種控制方式，工藝系統中被控對象的狀態在CRT上顯示。
　　
　　5．1就地手操控制
　　
　　所有氣動閥、電動門、水泵和風機都保留就地控制方式，即使在程控系統*故障的情況下還可以通過就地控制實現手動水處理，保證機組鍋爐的可靠用水。
　　
　　5．2遠方手操控制
　　
　　在選擇遠控方式時，操作人員可以在操作員站遠程一對一操作氣動閥、電動門、水泵和風機。
　　
　　5．3水處理過程自動控制
　　
　　水處理程控系統在正常情況下主要運行在自動控制方式。按照化學水處理系統的設計要求，水處理過程程序自動控制包括：除鐵與弱酸離子交換過程自動控制，反滲透裝置自動控制過程，混合離子交換過程自動控制。在除鐵與弱酸離子交換過程自動控制過程中，當過濾器已經運行了24小時、或進出水壓差達到0.1Mpa、或入口累積流量達到2880噸，就自動進行反洗，備用的過濾器投入運行；當陽離子交換器運行48小時、或入口累積流量達到6240噸，就自動進行再生。在反滲透裝置停止自動控制過程時，自動完成反滲透沖洗過程。在混合離子交換過程自動控制中，當混合離子交換器運行1200小時、或入口水流量累積達到18000噸、或出口水導電度高于0.2us/cm、或出口硅酸根高于0.02ug/L，就自動進行再生，備用的混床投入運行。
　　
　　5．4其它功能
　　
　　通過PLC內部程序設定報警及聯鎖保護，一旦出現故障，立即停止相應的操作，并發出相應的報警信號,自動啟動備用的設備。
　　
　　實時參數超限報警、閥門開超時/關超時故障報警、閥門位置信號故障報警、水泵/風機啟動/停止超時故障報警、水泵/風機控保裝置事故跳閘/失電報警等。
　　
　　化學水處理系統中的工藝參數和的累積參數都歸檔，可以通過歷史趨勢畫面對所有運行參數查看、打印，并按照電廠要求打印成報表。
　　
　　系統還通過交換機與全廠的輔助控制網絡系統相聯，實現了遠程運行參數監視與管理。
　　
　　通遼盛發熱電廠化學水處理程控系統于2006年9月正式投運，自動化控制水平明顯提高，產水量達到設計要求平均每小時180至200噸，*保證了設計4臺發電機組的用水需要。由于控制水平的提高，水處理過程中產生的廢水量明顯減少，起到了一定環保節能效果。系統高度的可靠性和直觀簡易的操作性減少了運行人員勞動量。該系統建成后運行可靠，生產效率明顯提高，因此受到用戶的好評，并成為其它電廠同行參觀效仿的對象。