PLC控制在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

本文介紹了電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)自動化控制的實(shí)現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，信息層使用工業(yè)以太網(wǎng)，控制層使用MODBUS現(xiàn)場總線，完成了基于現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的自動化監(jiān)控和管理功能。

1 引言

近幾年隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，在能源供應(yīng)上很多地區(qū)都出現(xiàn)電力資源緊缺的狀況，因此許多電廠紛紛進(jìn)行新建或擴(kuò)建改造。深圳西部電廠原有4臺（#1—#4）300MW 機(jī)組，為提高發(fā)電能力又續(xù)建#5、#6機(jī)組（2×300MW）。西部電廠原有兩列化學(xué)水處理系統(tǒng)，續(xù)建工程的化學(xué)水處理系統(tǒng)擴(kuò)建一列100~140m3/h化學(xué)除鹽系統(tǒng)，其余設(shè)備與已有化學(xué)水處理系統(tǒng)共用。原有化學(xué)水處理系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的模擬屏方式進(jìn)行監(jiān)控，自動化水平不高并且效率很低。續(xù)建2臺機(jī)組后，廢除原有化學(xué)水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，將原有化學(xué)水處理系統(tǒng)和擴(kuò)建的一列化學(xué)水處理系統(tǒng)統(tǒng)一采用一套冗余PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。

2 化學(xué)水處理系統(tǒng)工藝流程

2.1.化學(xué)水處理系統(tǒng)流程

原有化學(xué)水處理系統(tǒng)流程為：自來水→蓄水池→升壓泵→活性炭過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵。通過對現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行狀況的現(xiàn)場調(diào)查和對水質(zhì)分析報(bào)告分析，自來水中的懸浮物含量較高，嚴(yán)重地污染了活性炭和離子交換樹脂。因此，續(xù)建工程增加3臺高效纖維過濾器對自來水進(jìn)行深度過濾處理。

續(xù)建化學(xué)水處理系統(tǒng)流程為：自來水→蓄水池→升壓泵→高效纖維過濾器→活性炭過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵。

2.2. 續(xù)建工程與原有系統(tǒng)的連接及運(yùn)行方式

原有120t/h出力的一級除鹽+混床設(shè)備2列，續(xù)建工程僅再擴(kuò)建1列出力為120t/h的同樣設(shè)備。除鹽水泵、再生水泵、壓縮空氣系統(tǒng)、酸堿再生系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng)與原有系統(tǒng)共用。

3臺高效過濾器采用并聯(lián)運(yùn)行方式，正常工況2臺運(yùn)行，1臺備用。高效過濾器不僅對續(xù)建工程所需的自來水進(jìn)行預(yù)處理，而且對原有系統(tǒng)的自來水也進(jìn)行預(yù)處理。

2臺活性炭過濾器和一級除鹽設(shè)備構(gòu)成一個系列，采用串聯(lián)運(yùn)行方式，正常工況2列運(yùn)行，一列備用。其中每系列的2臺活性炭過濾器，當(dāng)水質(zhì)好時1臺運(yùn)行（去除游離余氯），1臺備用；當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)惡化時2臺同時運(yùn)行（去除有機(jī)物）。

混床采用并聯(lián)，正常工況2臺運(yùn)行，1臺備用。

3套一級除鹽單元與3臺混床之間設(shè)有切換閥門，受已有系統(tǒng)的限制，僅#1一級除鹽設(shè)備和#1混床與#2一級除鹽設(shè)備和#2混床可以同時交叉運(yùn)行，#1一級除鹽設(shè)備和#1混床與#3一級除鹽設(shè)備和#3混床可以同時交叉運(yùn)行。機(jī)組啟動時，上述3列設(shè)備同時投入運(yùn)行，滿足最大的補(bǔ)給水量。

3 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)由兩臺上位計(jì)算機(jī)和一套冗余PLC系統(tǒng)構(gòu)成。上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用工業(yè)級計(jì)算機(jī)構(gòu)成功能強(qiáng)大的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)上安裝Intellutiong公司的FIX7.0工業(yè)監(jiān)測與控制系統(tǒng)軟件，通過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對整個化學(xué)水處理工藝流程的動態(tài)監(jiān)視和控制。通過上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和強(qiáng)大的工業(yè)控制傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對整個生產(chǎn)工藝工程的自動化管理和控制。

PLC選用德維森公司PPC11冗余控制器，控制系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備冗余方式，通過遠(yuǎn)程I/O的方式連接現(xiàn)場需要監(jiān)測與控制的點(diǎn)，遠(yuǎn)程I/O由通訊處理器和PPC11系列I/O模塊組成。冗余的主控制站可以保證系統(tǒng)的停機(jī)維護(hù)時間為零，最大限度的減少人對系統(tǒng)的干預(yù)。主控制系統(tǒng)熱備系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O控制站之間采用高性能的工業(yè)以太網(wǎng)總線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。

上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安裝與PLC控制單元之間采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)屬國際標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)以太網(wǎng)已達(dá)到高傳輸安全性和可靠性要求，現(xiàn)已廣泛用于程序維護(hù)、向MIS和MES系統(tǒng)傳遞工廠數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機(jī)界面、記錄事件和告警。工業(yè)以太網(wǎng)具有高傳輸速率（目前達(dá)到100M）、集線器技術(shù)的確定性、不需考慮網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸物理介質(zhì)多樣（雙絞線、光纖、同軸電纜）、集線器的應(yīng)用可不考慮網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

通過以太網(wǎng)絡(luò)將上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測與控制點(diǎn)緊密的結(jié)合為一個整體，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。在這樣高速傳輸網(wǎng)絡(luò)上，可以很方便的利用PLC系統(tǒng)所特有的功能，實(shí)現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在線遠(yuǎn)程診斷功能。

4 控制功能

水處理系統(tǒng)所有控制閥采用就地和遠(yuǎn)程控制方式，即使在程控系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通過就地控制實(shí)現(xiàn)手動制水，保證機(jī)組鍋爐的可靠用水。控制箱上選用3位選擇開關(guān)，分別為就地開、就地關(guān)、遠(yuǎn)程控制。選擇遠(yuǎn)程控制時，控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對控制閥進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和動作控制，對控制閥的控制可分選擇自動和手動方式。在自動方式時控制閥受PLC邏輯程序控制，在手動方式時控制閥由操作員直接在操作界面上點(diǎn)擊控制。

操作界面圖例

一級除鹽設(shè)備的投運(yùn)和再生由PLC實(shí)現(xiàn)自動控制，也可通過鍵盤和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。一級除鹽設(shè)備的出水導(dǎo)電率超過規(guī)定值或周期制水量達(dá)規(guī)定值時，自動解列并報(bào)警，然后自動投入再生程序。混合離子交換器的投運(yùn)和再生由PLC實(shí)現(xiàn)自動控制，或者通過鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。當(dāng)混合離子交換器出水導(dǎo)電率和二氧化硅超過規(guī)定值，或周期制水量達(dá)規(guī)定值時，自動解列并報(bào)警，然后自動投入再生程序。高效過濾器和活性碳過濾器由PLC實(shí)現(xiàn)自動控制，也可采用鍵盤和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。當(dāng)其進(jìn)出口壓差超過規(guī)定值，或周期制水量達(dá)規(guī)定值時，自動解列并報(bào)警，然后自動投入反洗程序。以上操作以前都由操作人員執(zhí)行，執(zhí)行新系統(tǒng)后上述操作都可以不需要操作人員干預(yù)。

中間水箱水位由PLC實(shí)現(xiàn)自動控制（通過調(diào)節(jié)陽床入口調(diào)節(jié)閥），使一級除鹽系統(tǒng)投運(yùn)時中間水箱水位穩(wěn)定在正常位置。中間水泵啟停與中間水位聯(lián)鎖，低液位啟泵、高液位停泵，保證中間水泵的安全使用。

閥門、泵等的控制狀態(tài)顯示，自動／手動／就地操作和選擇聯(lián)鎖。系統(tǒng)所有流量、壓力可在操作界面上實(shí)時監(jiān)視，原水流量、陰床出口流量、混床出口流量顯示積算并作歷史紀(jì)錄，可分別查看一級除鹽、混床再生制水量。

系統(tǒng)控制每列除鹽裝置的投運(yùn)、停止和再生程序、自動加酸加堿程序、自動/半自動啟動另一列除鹽裝置程序等。對于順控設(shè)置必要的分步操作、成組操作或單獨(dú)操作等，并有跳步、中斷或旁路等操作功能。系統(tǒng)投運(yùn)以及活性炭清洗、一級除鹽再生和混床再生可由系統(tǒng)自動完成或操作員步延、步進(jìn)手動干預(yù)，在操作站界面上顯示各步驟設(shè)定時間和剩余時間以及步進(jìn)、步延指示等。

5 結(jié)束語

深圳西部電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)全部改造完成后于2003年7月正式投運(yùn)，經(jīng)過改造后自動化控制水平明顯提高，制水量由原先的平均每小時120m3提升到平均每小時140—160m3，完全保證了6臺發(fā)電機(jī)組的用水需要。由于控制水平的提高，制水過程中產(chǎn)生的廢水量明顯減少，起到了一定環(huán)保節(jié)能效果。系統(tǒng)高度的可靠性和直觀簡易的操作性使得控制中心值班室由原來的2人值班該為1人值班，大大節(jié)約了人力成本。該系統(tǒng)建成后運(yùn)行可靠，生產(chǎn)效率明顯提高，因此受到用戶的好評，并經(jīng)常成為其它電廠同行參觀效仿的對象。