李珍

摘要：論述以循環(huán)水或中水為水源的熱電廠化學(xué)水處理計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、監(jiān)視控制功能、軟件組態(tài)功能和特點，解決了化學(xué)水處理自動投入困難的問題，保證了電廠用水水質(zhì)的要求。該化學(xué)水處理監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)先進、功能完善、運行可靠，并具有現(xiàn)代化生產(chǎn)管理水平。

關(guān)鍵詞：熱電廠化學(xué)水；監(jiān)控系統(tǒng)；可編程序控制器

中圖分類號：TP277 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0024-03

0 引言

化學(xué)水處理系統(tǒng)是火電廠的主要輔助系統(tǒng)之一，它與電廠生產(chǎn)過程密切相關(guān)，其正常運行是保證機組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的重要條件，因此如何可靠、有效地對其進行監(jiān)控十分重要。目前，大型火電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)大多采用可編程序控制器（PLC）與計算機組成一套監(jiān)控系統(tǒng)進行控制。由于化學(xué)水處理系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量多、操作步驟多、工藝復(fù)雜，因此在這種控制模式下，運行人員操作監(jiān)視不便，系統(tǒng)管理困難。為了提高水處理系統(tǒng)的自動化程度，保證控制精度和制水質(zhì)量，實現(xiàn)化學(xué)水處理系統(tǒng)的計算機監(jiān)控是很有必要的[1]。為此我們設(shè)計出這套化學(xué)水處理監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)已完成并成功實施。

1 化學(xué)水處理工藝流程簡述

該監(jiān)控系統(tǒng)的工藝系統(tǒng)包括混凝澄清過濾處理系統(tǒng)、微濾/超濾、反滲透、除鹽系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)等的控制。

水處理工藝系統(tǒng)流程如圖1所示。

此外，還有為維持上述工藝系統(tǒng)正常運行的加藥系統(tǒng)和反洗系統(tǒng)。

此熱電廠工程300MW機組化學(xué)水處理系統(tǒng)由澄清、過濾、微濾/超濾、反滲透系統(tǒng)及除鹽水系統(tǒng)組成。整個工藝系統(tǒng)分化學(xué)除鹽系統(tǒng)和酸堿再生系統(tǒng)?；瘜W(xué)水的處理分過濾、一級除鹽和二級除鹽三個階段，除鹽原理采用陰陽離子交換法。其處理過程為：水源地來的生水經(jīng)過濾器除去懸浮物等雜質(zhì)，再經(jīng)過陽床（陽離子交換器）除去Ca2+，Mg2+，Na+等陽離子，經(jīng)除碳風(fēng)機和中間水箱除去CO2，然后經(jīng)過陰床（陰離子交換器）除去S042-，HC03-，HSi03-等陰離子，這是一級除鹽；然后再通過混床（混合離子交換器）進行二級精除鹽，從而得到高品質(zhì)的除鹽水，此時化學(xué)水導(dǎo)電度小于0.2us/cm，將此除鹽水送入除鹽水箱供機爐使用。

2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

該化學(xué)水監(jiān)控系統(tǒng)是由管理層、控制層、現(xiàn)場層組成的計算機集散控制系統(tǒng)。系統(tǒng)選用施耐德Quantum PLC系列。PLC、操作員站均雙機熱備，通過以太網(wǎng)卡，交換機組成了擴展性好、通用性強、可靠性高的以太網(wǎng)環(huán)路系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2。

管理層由3臺上位監(jiān)控機、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)打印機、UPS電源等組成，其主要功能完成預(yù)處理工作站、超濾反滲透工作站、除鹽工作站化學(xué)水處理系統(tǒng)集中控制與管理。3臺上位監(jiān)控機為1臺工程師站和2臺操作員站組成互為備用，監(jiān)視用的CRT為大屏幕彩色顯示器。

控制層是自控系統(tǒng)的核心，控制層與管理層通過以太網(wǎng)交換機連接，PLC采用了施耐德Quantum系列具有熱備功能的PLC。Quantum Hot Standby是一種工業(yè)控制平臺，提供適用于各種條件的自動冗余。該系統(tǒng)的主要組件是兩個PLC，即一個“主”PLC和一個“備用”PLC。通過編程為檢測和響應(yīng)已定義的系統(tǒng)狀況，Quantum Hot Standby系統(tǒng)可自動允許備用控制器接管過程的控制權(quán)，從而成為新的主控制器。這種切換的完成時間很短。可提高遠程工作站的系統(tǒng)可用性，可以在遠程子站繼續(xù)受控時在主機架中執(zhí)行維護操作，不會影響系統(tǒng)正常運行。其主要功能對化學(xué)水處理各過程進行分散控制。

現(xiàn)場層是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)，由自動化儀表、控制閥門、控制泵、設(shè)備控制箱等組成。主要功能對系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)測，同時受控于上層所發(fā)送指令對執(zhí)行機構(gòu)進行控制。

3 PLC化學(xué)水處理系統(tǒng)

化學(xué)水處理系統(tǒng)有大量閥門、泵、風(fēng)機等開關(guān)量控制，而且要求控制可靠性高。在本系統(tǒng)中，共有各種輸入/輸出量3000多點。PLC接收管理層的操作指令，自動執(zhí)行控制程序，并采集現(xiàn)場設(shè)備的狀態(tài)以及就地儀表參數(shù)進行處理。

3.1 PLC的工藝步序

PLC所要完成的功能主要有以下幾部分。

3.1.1 過濾器的投運、反洗和備用

過濾器人口壓差高時，程序投人備用過濾器，同時停運該失效過濾器并進行反洗，直至其出口濁度合格后列人備用。

3.1.2 除鹽設(shè)備的投運、再生和備用

除鹽設(shè)備中，強陰床出口導(dǎo)電度高或硅酸根離子濃度高時，投入備用系列，對失效的陰、陽床同時進行再生。

3.1.3 混床的投運、再生和備用

混床出口導(dǎo)電度高或硅酸根離子濃度高時，投入備用系列，對失效的混床進行再生。

3.1.4 中和池排放和酸堿系統(tǒng)

程序根據(jù)中和池液位聯(lián)鎖關(guān)系及出口pH值，自動啟停中和池水泵及酸堿系統(tǒng)。

3.2 變頻器在化學(xué)水處理監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

在化學(xué)水處理過程中，加藥計量泵的藥劑的投加方式是直接影響出水水質(zhì)和藥劑消耗的主要因素[2]。在實際操作中，對藥劑量要求控制嚴格，加藥量過少，保證不了水的品質(zhì)；加藥 量過大，不僅要造成不必要的浪費，而且會導(dǎo)致環(huán)境污染。如果采用自動加藥系統(tǒng)，就可以根據(jù)實際工況，自動調(diào)節(jié)加藥量，使水的指標(biāo)保持在最佳范圍之內(nèi)。自動加藥系統(tǒng)的核心是變頻控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場儀表信號的反饋來調(diào)節(jié)計量泵的頻率從而改變出料的速度，以達到水體測量值的變化，這樣一來通過PID控制或模糊控制方式改變變頻器的輸出達到計量準確、節(jié)約能源的目的?；瘜W(xué)水處理系統(tǒng)主要耗電設(shè)備為風(fēng)機和水泵，提供優(yōu)化的變頻控制方案，使被損耗的電能降低到額定值的50%到80%。

實踐證明在自控系統(tǒng)中應(yīng)該用變頻器技術(shù)，既可以提高系統(tǒng)的運行經(jīng)濟效益，又可以簡化操作程序減輕運行人員工作強度，降低勞動成本提高工作效率。endprint

3.3 運行方式

運行方式主要分為以下幾種：

（1）自動方式：在該運行方式下，PLC接收到上位機啟動指令后，自動進行制水，制水完成后自動停止。制水過程中，在上位機上可通過暫停、繼續(xù)按鈕控制設(shè)備的暫停及繼續(xù)運行，用中止按鈕可停止制水。PLC可根據(jù)設(shè)備失效情況自動再生，再生過程中，在上位機上可強制停止。由于設(shè)備故障或人為因素使步序中斷，都要對該步的閥門和泵的開啟狀態(tài)以及該步運行時間進行記憶，一旦排除故障或人為恢復(fù)，自動控制程序從原斷點開始完成之后的步序。

（2）程序控制設(shè)有步進操作，成組操作。根據(jù)每天進水水質(zhì)、水量動態(tài)變量進行動態(tài)在線分析，將為工藝運行提供關(guān)鍵運行參數(shù)，選擇步進操作或成組操作完成操作步序，多種運行模式的選擇即節(jié)約資源，提高經(jīng)濟效益。

（3）軟手操方式：在該運行方式下，運行人員通過鼠標(biāo)在CRT上可對系統(tǒng)所有閥門、水泵、風(fēng)機進行單獨操作控制。在極端情況時，如控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，造成局部設(shè)備運行失控，通過手動操作仍可以維持全廠的生產(chǎn)過程。

4 上位監(jiān)控系統(tǒng)

上位監(jiān)控系統(tǒng)由一臺工程師站和兩臺操作員站組成，操作員站是運行人員與系統(tǒng)進行交換的平臺。運行人員通過操作員站可監(jiān)視各種動態(tài)畫面、參數(shù)趨勢圖、歷史趨勢圖及報警畫面等，還可依據(jù)需要對監(jiān)視畫面進行修改和補充[3]。根據(jù)運行情況，運行人員通過操作員界面進行各種控制操作，并根據(jù)權(quán)限進行控制操作記錄。操作員站的主要功能是對現(xiàn)場的監(jiān)控、存儲歷史數(shù)據(jù)、事故追憶記錄、打印等。

上位監(jiān)控系統(tǒng)具有以下主要功能。

4.1 調(diào)度管理

化學(xué)水處理工藝運行與季節(jié)、氣候、設(shè)備運行狀況等因素有關(guān)，為實現(xiàn)化學(xué)水處理系統(tǒng)達到優(yōu)化運行的目的，計算出當(dāng)前最優(yōu)工作參數(shù)，對化學(xué)水處理工藝運行進行優(yōu)化調(diào)度，完成的數(shù)據(jù)監(jiān)測、統(tǒng)計工作。

4.2 生產(chǎn)監(jiān)視

操作人員通過操作站的顯示終端、顯示屏等顯示設(shè)備對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視，顯示設(shè)備或儀表的工作狀態(tài)、工藝數(shù)據(jù)及其歷史趨勢、數(shù)據(jù)圖形和列表。

4.3 過程控制

操作人員通過操作站的人機界面監(jiān)視生產(chǎn)過程，調(diào)整工藝參數(shù)，操作員始終處于遠程監(jiān)視與可控狀態(tài)中，實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備運行的過程控制。

4.4 數(shù)據(jù)管理

上位監(jiān)控系統(tǒng)是全廠生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)、信息中心。上位監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中記錄由各個現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)上報的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，上位監(jiān)控系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進行處理，裝入歷史數(shù)據(jù)庫、生成生產(chǎn)報表、統(tǒng)計報表等。利用這些數(shù)據(jù)庫可進行質(zhì)量、能耗、成本等分析，對設(shè)備的運行和維護周期進行管理。

4.5 報警管理

當(dāng)工藝過程或設(shè)備運行出現(xiàn)異常，上位監(jiān)控系統(tǒng)立即激活報警處理程序，記錄報警數(shù)據(jù)、同時發(fā)出聲光報警，提示操作管理人員。

4.6 操作記錄和事件記錄

對運行人員的操作及重要報警信息進行記憶，可方便地進行事故分析和故障尋找。操作分人為操作記錄和程序操作記錄。人為操作記錄記錄了操作員所有的操作和操作的時間和級別。程序操作記錄記錄程序運行的狀況，當(dāng)出現(xiàn)故障或異常時便于判斷故障及其原因。此外還可對操作記錄打印，對歷史操作記錄可以查詢、打印。

4.7 報表及打印輸出

上位監(jiān)控系統(tǒng)可自動生成班報表、日報表、月報表、季報表、年報表、事件驅(qū)動報表、故障報警報表等。報表中有實時數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并可以插入說明文字。系統(tǒng)生成的文本、列表、圖形、報表等內(nèi)容全部可以在打印機上輸出。

4.8 自控系統(tǒng)維護、管理

工程師站的主要作用是配置系統(tǒng)硬件、形成控制策略、將生成的各類組態(tài)信息下載到操作員站和I/O控制站，使系統(tǒng)成為具有特定功能的監(jiān)控系統(tǒng)。在系統(tǒng)運行過程中，工程師還在工程師站在線調(diào)試系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，在線修改控制參數(shù)等。同時，工程師站也是系統(tǒng)的維護中心。

①系統(tǒng)組態(tài)：系統(tǒng)組態(tài)功能包括系統(tǒng)硬件配置和控制回路組態(tài)兩個主要功能。系統(tǒng)硬件配置是通過填表的方式完成對整個系統(tǒng)的硬件配置，包括對PLC控制站的個數(shù)配置，每個站的網(wǎng)絡(luò)地址的配置，及對I/O控制站內(nèi)的各類I/O模板的型號、數(shù)量、模板的位置進行配置?？刂苹芈方M態(tài)是指用戶無需掌握編程語言就可看懂并能夠編寫自己的控制策略，在編寫程序過程中，系統(tǒng)會自動對所編寫的程序進行實時的檢查，隨時提醒修正錯誤并提在線幫助，直至生成無誤的控制策略。

②系統(tǒng)管理、維護功能：系統(tǒng)可進行文件下載，通過上位機軟件的PC→ PLC方式將系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)庫、控制回路等信息下載到I/O控制站。并可通過編程電纜，能夠在系統(tǒng)運行時，在控制回路組態(tài)圖上實時監(jiān)視到策略的輸入、輸出數(shù)據(jù)及中間變量，以此來驗證控制策略的正確性。

5 化學(xué)水處理自控系統(tǒng)特點

化學(xué)水處理自控系統(tǒng)特點主要包含以下方面。

（1）采用雙控制器的冗余功能，保證系統(tǒng)運行可靠，在全廠各工藝流程段設(shè)置了相應(yīng)的水質(zhì)監(jiān)測儀表，中控室設(shè)冗余監(jiān)控管理計算機可以監(jiān)測到全廠各設(shè)備的運行參數(shù)和運行狀態(tài)，隨時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，并及時報警。

（2）自診斷功能，采用先進的智能化儀表和控制設(shè)備，利用其具有的自檢、自校和故障隔離功能，進一步提高設(shè)備故障的檢出率，縮小局部故障的影響范圍。endprint