摘 要：本文介紹了施奈德公司昆騰PLC在伊敏發(fā)電廠(chǎng)化學(xué)水處理中的控制和應(yīng)用?；瘜W(xué)水處理的方法主要是離子交換法，即用離子交換樹(shù)脂將水中的離子吸收，除去水中鹽離子。伊敏發(fā)電廠(chǎng)一、二期程控先后投運(yùn)，PLC控制系統(tǒng)需要控制預(yù)處理、反滲透、除鹽三大系統(tǒng)。邏輯完成系統(tǒng)的投運(yùn)、停運(yùn)、再生及檢修提示等工作，全部程序執(zhí)行完畢后自動(dòng)復(fù)位，重新執(zhí)行。所有操作可選擇手動(dòng)或者自動(dòng)。

關(guān)鍵詞：PLC 控制系統(tǒng) 工藝與程序

中圖分類(lèi)號(hào)：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（b）-0024-02

伊敏發(fā)電廠(chǎng)化學(xué)水處理主要包括鍋爐補(bǔ)給水處理、污凝水處理、凝結(jié)水處理三大部分，化學(xué)水處理系統(tǒng)主要是為一期、二期機(jī)組提供品質(zhì)合格的除鹽水，預(yù)防熱力設(shè)備結(jié)垢、腐蝕，確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定，并做到節(jié)約用水和控制環(huán)境污染。電廠(chǎng)一期水處理系統(tǒng)為全套俄供設(shè)備，工藝流程復(fù)雜，控制系統(tǒng)落后，故障率高，產(chǎn)水效率低，生產(chǎn)成本高，維護(hù)量大。同時(shí)，隨著電廠(chǎng)二期投產(chǎn)需水量加大，原來(lái)的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)能已不能滿(mǎn)足要求，改造迫在眉睫。2004年夏季，發(fā)電廠(chǎng)率先對(duì)水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，全套控制系統(tǒng)選用施耐德公司昆騰PLC，并對(duì)就地一部分設(shè)備和元件進(jìn)行了升級(jí)和改造。二期擴(kuò)建反滲透部分也于2008年投入運(yùn)行，目前整套系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，水處理完全滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。本文主要討論化學(xué)水處理鍋爐補(bǔ)給水、污凝水部分，不包含凝結(jié)水處理部分。

1 PLC簡(jiǎn)介

PLC是Programmable Logic Controller（PLC）的縮寫(xiě)，是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

1.1 PLC的特點(diǎn)

高可靠性，抗干擾?？煽啃允请姎饪刂圃O(shè)備的關(guān)鍵，到目前沒(méi)有任何一種工業(yè)控制設(shè)備能與可編程控制器的可靠性比肩。PLC采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，生產(chǎn)工藝嚴(yán)格，并且采用先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，產(chǎn)品相當(dāng)成熟。

功能完善，適用性強(qiáng)。PLC發(fā)展到今天形成了大、中、小不同規(guī)模的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、紡織、交通運(yùn)輸、環(huán)保等領(lǐng)域。

編程方便，易于使用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。

維護(hù)方便，便于升級(jí)改造。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替繼電器接線(xiàn)邏輯，大大減少了設(shè)備外部接線(xiàn)，自然降低了維護(hù)強(qiáng)度。同時(shí)系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)，從CPU、I/O點(diǎn)都可以按照使用人員的要求改變控制策略，進(jìn)行改造和升級(jí)非常方便。

1.2 PLC的應(yīng)用

過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。

開(kāi)關(guān)量控制是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線(xiàn)。一些小型PLC完全利用其開(kāi)關(guān)量進(jìn)行工作。

數(shù)據(jù)處理。PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。此外，PLC還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能、以及控制機(jī)器人、機(jī)床、電梯的運(yùn)動(dòng)控制功能。

2 控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)由四臺(tái)上位計(jì)算機(jī)和兩套冗余PLC系統(tǒng)構(gòu)成。上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成功能強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)上安裝Intellutiong公司的iFIX3.5和Wonderware公司的intouch9.0工業(yè)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)軟件，下位機(jī)采用Unity Pro concept2.6進(jìn)行編程。通過(guò)合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化學(xué)水處理工藝流程的動(dòng)態(tài)監(jiān)視和控制。PLC選用施耐德公司140CPU53414A冗余控制器，控制系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備冗余方式，通過(guò)遠(yuǎn)程I/O的方式連接現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)測(cè)與控制的點(diǎn)，遠(yuǎn)程I/O由通訊處理器和昆騰140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(shí)間為零，最大限度的減少人對(duì)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(xiàn)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?lài)?guó)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(chǎng)數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機(jī)界面、記錄事件和告警。通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)將上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制點(diǎn)緊密的結(jié)合為一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)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(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在線(xiàn)遠(yuǎn)程診斷功能。

2.2 控制策略

系統(tǒng)采用集中控制方式，通過(guò)PLC控制系統(tǒng)，運(yùn)行人員可在控制室內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化水工藝系統(tǒng)進(jìn)行啟/?？刂?，正常運(yùn)行監(jiān)視及異常工況的處理，也可通過(guò)鍵盤(pán)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方軟手操。

程控邏輯設(shè)計(jì)要符合控制系統(tǒng)的控制和連鎖要求，完成電機(jī)啟停、閥門(mén)開(kāi)關(guān)、液位調(diào)整、流量調(diào)整并根據(jù)實(shí)際需要監(jiān)視流量、壓力、溫度、pH值、導(dǎo)電度、酸堿度、二氧化硅、濁度等參數(shù)，所有參數(shù)做好報(bào)警記錄完成報(bào)警功能。

系統(tǒng)設(shè)置全自動(dòng)、半自動(dòng)、遠(yuǎn)方軟手操三種控制方式，運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制方式的選擇，完成各系統(tǒng)的投運(yùn)、停運(yùn)、自動(dòng)、手動(dòng)以及就地操作。

3 工藝流程

按照伊敏發(fā)電廠(chǎng)《化學(xué)運(yùn)行規(guī)程》，一期、二期PLC控制系統(tǒng)完成預(yù)處理、反滲透、除鹽三大系統(tǒng)工作，由于一期程控改造、二期水處理擴(kuò)建分屬兩套PLC控制，因此一期程序完成預(yù)處理、除鹽兩大功能，二期程序完成反滲透流程。

3.1 具體工藝流程如下

煤礦采煤疏干水（循環(huán)水排污水）生水泵（2臺(tái)）生水加熱器（2臺(tái)）泥渣懸浮澄清器（3臺(tái)）清水箱（3臺(tái)）清水泵（7臺(tái)）雙室過(guò)濾器（4臺(tái)）盤(pán)式過(guò)濾器（4臺(tái)）超濾裝置（4臺(tái)）超濾水箱（1臺(tái)）超濾水泵（5臺(tái)）保安過(guò)濾器（4臺(tái)）高壓泵（4臺(tái)）反滲透裝置（4臺(tái)）反滲透水箱（1臺(tái)）熱網(wǎng)補(bǔ)水泵（2臺(tái)）換熱站熱網(wǎng)補(bǔ)充水箱反滲透水泵（3臺(tái)）除鹽系統(tǒng)（3列+3混）除鹽水箱（2臺(tái)）除鹽水輸送泵（2臺(tái)）5000水箱（2臺(tái)）。

3.2 程序主要完成以下工作

過(guò)濾系統(tǒng)。過(guò)濾系統(tǒng)包括3臺(tái)澄清器、4臺(tái)雙室過(guò)濾器、四組盤(pán)式過(guò)濾器。參與程控的部件有澄清水泵、反洗水泵、泵后聯(lián)鎖電動(dòng)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、程控電動(dòng)閥、遠(yuǎn)手操電動(dòng)閥、壓力儀表等。過(guò)濾系統(tǒng)的程控控制包括以下三種運(yùn)行狀態(tài)：雙室過(guò)濾器正洗啟動(dòng)、過(guò)濾器停止、過(guò)濾器清洗。每組盤(pán)式過(guò)濾器由獨(dú)立小PLC控制器完成過(guò)濾和反洗任務(wù)，不進(jìn)入大程控系統(tǒng)。

超濾系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)由壓力變送器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)閥等組成。產(chǎn)水流量的大小控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。超濾的操作由正常產(chǎn)水—反洗—正沖—產(chǎn)水……等按一定時(shí)間順序、循環(huán)進(jìn)行。

反滲透系統(tǒng)。系統(tǒng)由保安過(guò)濾器、高壓泵、RO裝置、RO加藥裝置、RO清洗裝置、控制及儀表等組成，利用半透膜透水不透鹽的特性，去除水中的各種鹽分。

二級(jí)除鹽系統(tǒng)。二級(jí)除鹽系統(tǒng)由三個(gè)系列單元制除鹽設(shè)備組成，每一系列包括前置陽(yáng)床、一級(jí)強(qiáng)酸陽(yáng)床、一級(jí)弱堿陰床、除碳器、中間水箱、中間水泵、二級(jí)強(qiáng)酸陽(yáng)床、二級(jí)強(qiáng)堿陰床。參與程控的部件有除碳風(fēng)機(jī)、中間水泵、泵后聯(lián)鎖電動(dòng)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、程控電動(dòng)閥、遠(yuǎn)手操電動(dòng)閥、流量?jī)x表、導(dǎo)電度表、硅表、液位計(jì)等。二級(jí)除鹽系統(tǒng)的程序控制包括以下六種運(yùn)行狀態(tài)：除鹽設(shè)備逐級(jí)正洗啟動(dòng)、除鹽設(shè)備循環(huán)正洗啟動(dòng)、除鹽設(shè)備停止、除鹽設(shè)備運(yùn)行失效后直接進(jìn)行反洗、除鹽設(shè)備停止?fàn)顟B(tài)下反洗、除鹽設(shè)備再生。

除鹽混床系統(tǒng)。除鹽混床系統(tǒng)包括兩臺(tái)體內(nèi)再生混合離子交換器。以及供再生用的酸堿系統(tǒng)，參與程控的部件有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、程控電動(dòng)閥、遠(yuǎn)手操電動(dòng)閥、流量?jī)x表、導(dǎo)電度表、液位計(jì)等。除鹽混床系統(tǒng)的程序控制包括以下兩種運(yùn)行狀態(tài)：混床順洗啟動(dòng)、混床停止。

污凝水處理系統(tǒng)。污凝水處理除鹽系統(tǒng)由3臺(tái)污凝陽(yáng)床及3臺(tái)污凝混床組成。參與程控的部件有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、程控電動(dòng)閥、遠(yuǎn)手操電動(dòng)閥、流量?jī)x表、導(dǎo)電度表、液位計(jì)等。污凝水處理系統(tǒng)程序控制包括以下三種運(yùn)行狀態(tài)：設(shè)備啟動(dòng)、設(shè)備停止、設(shè)備再生。

酸堿再生系統(tǒng)。酸堿系統(tǒng)是指化學(xué)除鹽系統(tǒng)中各種離子交換器再生用酸堿的貯存和計(jì)量設(shè)備。參與程控的部件有自用水泵、酸堿再生泵、計(jì)量泵、泵后聯(lián)鎖電動(dòng)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、程控電動(dòng)閥、遠(yuǎn)手操電動(dòng)閥、流量?jī)x表、導(dǎo)電度表、液位計(jì)等。酸堿再生系統(tǒng)程序控制包括程控加酸、加堿。

中和排水系統(tǒng)。中和排污系統(tǒng)是指化學(xué)除鹽系統(tǒng)中再生用廢水進(jìn)入中和水池后，由程序控制加藥量，待廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)（pH值在規(guī)定范圍內(nèi)），自動(dòng)排污。參與程控的部件有中和水泵、混酸混合器、混堿混合器、計(jì)量泵及相關(guān)電動(dòng)門(mén)、pH計(jì)、液位計(jì)等。

4 結(jié)語(yǔ)

伊敏發(fā)電廠(chǎng)水處理程控改造后，設(shè)備穩(wěn)定性、自動(dòng)化水平明顯提高，大大節(jié)約了生產(chǎn)和維護(hù)成本，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。保證了水處理設(shè)備的可靠運(yùn)行。大型機(jī)組水處理設(shè)備龐大而且復(fù)雜，運(yùn)行、再生操作多，容易發(fā)生誤操作。程控可靠，其運(yùn)行及再生過(guò)程由PLC發(fā)出指令按已經(jīng)編制好的程序進(jìn)行，每一步所動(dòng)作的閥門(mén)、水泵、風(fēng)機(jī)等都已預(yù)先設(shè)定，減少了誤操作機(jī)會(huì)。PLC具備了實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)和故障診斷技術(shù)，當(dāng)程控系統(tǒng)有設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，會(huì)執(zhí)行系統(tǒng)復(fù)位。此時(shí)，各閥門(mén)全部關(guān)閉，泵與風(fēng)機(jī)全部停用。待查明故障，消除缺陷后可重新啟動(dòng)。PLC編程簡(jiǎn)單，常用的編程語(yǔ)言是梯形圖，這種編程語(yǔ)言形象、直觀(guān)，容易掌握，不需要專(zhuān)門(mén)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，便于廣大現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員掌握。當(dāng)生產(chǎn)工藝需要改變時(shí)，可以對(duì)程序進(jìn)行編輯，使用方便、靈活。降低生產(chǎn)成本，預(yù)處理不再使用生石灰和硫酸亞鐵，改用聚丙烯酰胺和聚合鋁后用藥量明顯減少。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率。投入程控系統(tǒng)，運(yùn)行人員明顯減少，運(yùn)行值班條件得到明顯改善。

參考文獻(xiàn)

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