（中國船級社質(zhì)量認證公司 南京分公司，南京 210011）

0 引言

精處理系統(tǒng)是指將凝結(jié)水中的金屬腐蝕產(chǎn)物、微量溶解鹽類、懸浮物等物質(zhì)去除的系統(tǒng)，在機組啟動過程中，能大大縮短水汽質(zhì)量達到合格的時間。

巴基斯坦恰?，敽穗娬?C2凝結(jié)水精處理工藝及控制系統(tǒng)已投入運行，本套系統(tǒng)所用控制系統(tǒng)是Omron 公司的CS系列硬件，監(jiān)控軟件是Wonderware公司的InTouch 10.0軟件，通過執(zhí)行上下位機程序操作和監(jiān)控凝結(jié)水精處理中的陽床、高速混床、再生系統(tǒng)和酸堿廢水系統(tǒng)設(shè)備。

1 系統(tǒng)概述

1.1 工藝流程簡介

本系統(tǒng)的整個工藝由四臺前置陽床和四臺高速混床組成。在機組運行開始階段，進口凝結(jié)水的含鐵量低于1 000 μg/L時，方可進入凝結(jié)水精處理系統(tǒng)。前置陽床和高速混床三用一備。當其中任何一臺前置陽床（高速混床）出水水質(zhì)不合格（陽床：陰電導；混床：電導率，或鈉、或二氧化硅）、產(chǎn)水量或壓差過大時，將啟動備用的前置陽床（高速混床），啟動完成后對失效前置陽床（高速混床）進行再循環(huán)，待出水合格后再投入運行并入系統(tǒng)。此時失效的前置陽床（高速混床）執(zhí)行退出程序，人為執(zhí)行前置陽床（高速混床）失效樹脂再生程序，將失效樹脂輸送至再生系統(tǒng)樹脂再生塔，再將再生系統(tǒng)先前再生好的備用樹脂回送至前置陽床（高速混床）備用。凝結(jié)水精處理系統(tǒng)設(shè)有系統(tǒng)總旁路門，當進口凝結(jié)水系統(tǒng)壓差大于0.70 MPa或溫度超過55℃時將自動打開，關(guān)閉凝結(jié)水系統(tǒng)進出水母管總閥門（旁路門為氣動偏心調(diào)節(jié)閥），將凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進行有效隔離。為便于系統(tǒng)檢修，系統(tǒng)總旁路門設(shè)有手動檢修閥門。凝結(jié)水精處理裝置在滿負荷及 AVT工況下（pH=9.4），前置陽床在正常運行條件下的運行周期一般不低于 9天，高速混床運行周期一般不低于30天。

前置陽床設(shè)置 2臺再生塔，以滿足對前置陽床的陽樹脂進行清洗和再生的要求；高速混床設(shè)置 1臺再生塔、陰塔、陽塔和儲存塔，再生裝置能對高速混床陰陽樹脂進行反洗、分離、再生、漂洗和混合。

1.2 控制系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)為冗余系統(tǒng)，由 Omron 公司的CS1D-CPU65H控制器及遠程輸入輸出模塊等組成，能夠?qū)Ω髂Y(jié)水精處理系統(tǒng)的所有被控對象進行監(jiān)視及控制，包括風機啟/?？刂萍盃顟B(tài)、閥門開/關(guān)控制及狀態(tài)、控制柜就地/遠程切換狀態(tài)、遠傳測量儀表（溫度、差壓、液位等）、水質(zhì)等運行參數(shù)等，同時完成設(shè)備的聯(lián)鎖保護功能。

本系統(tǒng)設(shè)有現(xiàn)場工程師站，現(xiàn)場工程師站配置 2臺操作站，2臺操作站互為備用，實現(xiàn)本系統(tǒng)的控制及監(jiān)視。

本系統(tǒng)的控制方式采用遠程自動控制（程控）、遠程手動控制（點控）和就地手動控制等多種方式，操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇任意一種控制方式，保證整個系統(tǒng)的可靠運行。遠程自動控制方式，即通過執(zhí)行相應的自動程序，實現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制、顯示和報警等，此種方式最便捷；遠程手動控制，即通過遠程人工點控，進行點對點的單臺設(shè)備控制；就地手動控制方式，即系統(tǒng)所有設(shè)備不參與遠程聯(lián)鎖控制，采用就地操作箱實現(xiàn)對單臺設(shè)備的操作，此種操作方式較為繁瑣。三種控制方式在一定條件下均能實現(xiàn)無擾切換，不會引起工藝數(shù)據(jù)波動及控制系統(tǒng)的紊亂。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用全套冗余的安全配置。用于承擔數(shù)據(jù)傳輸及交換的交換機、用于與工控機通訊的通訊模快、用于處理數(shù)據(jù)的CPU模塊和用于供電的電源模塊均可做到雙機熱備[1]。另外，如果某個輸入輸出模塊發(fā)生故障，在不斷電的情況下即可對此模塊進行熱插拔，方便了系統(tǒng)的維護。

本系統(tǒng)配置了1套冗余的CPU主機架及6套遠程擴展機架，具體見圖1。

圖1 PLC硬件配置圖

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)場工程師站配置2臺操作站（研華IPC610），在調(diào)試結(jié)束后屏蔽Windows所有熱鍵，并設(shè)置權(quán)限，防止用戶的非法操作。對每臺計算機的相關(guān)軟件及數(shù)據(jù)進行雙硬盤備份優(yōu)化處理，從而大大提高系統(tǒng)運行的可靠性和安全性。

2.2 PLC控制系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用本地冗余CPU和遠程擴展機架的控制模式，PLC采用Omron公司的CS系列模塊，模塊可靠性高、抗干擾性強、編程簡單、使用方便、接線簡單、功能強、體積小、重量輕、操作及維護非常方便，目前其在火電、鋼鐵和核電行業(yè)運用比較普遍。

其中，Power模塊采用集中底板供電方式；CPU模塊組件配套通訊模塊及冗余模塊，發(fā)生故障時，冗余模塊可由其中一臺控制器自動無擾切換到另一臺控制器上，對系統(tǒng)運行無任何影響；開關(guān)量及模擬量輸入/輸出模塊具有光電隔離和數(shù)字濾波的功能。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)在軟件設(shè)計上采用軟件容錯和聯(lián)鎖保護等技術(shù)，一般有以下幾種表現(xiàn)形式：畫面提示并自行解決（如主備泵/風機相互自動切換等）；報警提示并進行聯(lián)鎖保護（如前置陽床及高速混床出水水質(zhì)、運行參數(shù)報警并聯(lián)鎖保護等）；對重要的運行參數(shù)進行實時記錄，從而實現(xiàn)對故障原因的分析，便于用戶總結(jié)經(jīng)驗，避免類似故障的重復出現(xiàn)；對操作設(shè)置進行等級劃分，進行權(quán)限分類，避免非正常用戶操作，從而帶來誤操作。

3.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡介

本控制系統(tǒng)主要依據(jù)工藝具體要求，即控制系統(tǒng)說明。相關(guān)程序主要有：1）前置陽床投運、樹脂輸入、樹脂輸出及樹脂再生程序；2）高速混床投運、樹脂輸入、樹脂輸出及樹脂再生程序；3）其它相關(guān)保護程序等。

3.2 PLC程序軟件及設(shè)置

PLC編程軟件采用CX-Programer7.0[2]，程序采用梯形圖語言編寫，根據(jù)現(xiàn)場實際需要及設(shè)備控制要求，首先對閥門、泵和風機等設(shè)備變量標簽進行規(guī)范的命名，制作功能塊（例如氣動閥門、泵/風機、遠傳檢測儀表等），編寫主程序時可調(diào)用功能塊實現(xiàn)不同設(shè)備的控制程序，從而大大提高設(shè)計效率，同時也給現(xiàn)場維護工程師的日常維護帶來便利。

3.3 監(jiān)控軟件及設(shè)置

監(jiān)控軟件采用美國 Wonderware公司的 InTouch 10.0軟件[2]，此軟件在易用性、面向?qū)ο蟮目删幊虉D形以及強大的通訊連接性等方面具有一定優(yōu)勢，充分考慮到了系統(tǒng)的開放性、維護性、通用性，以及今后持續(xù)發(fā)展性的要求。

本系統(tǒng)HMI實現(xiàn)的功能如下：

1）顯示畫面。InTouch軟件可以幫助用戶針對其工藝過程快速和輕松地開發(fā)定制的圖形畫面。用戶可以使用Wonderware公司W(wǎng)indowMaker中的大量圖形化工具來開發(fā)圖形，其中包括標準的圖形組件、ActiveX控件、位圖圖象、智能符號技術(shù)以及上千種預置有工業(yè)圖形的圖形庫。因此，用戶可以快速開發(fā)和部署本系統(tǒng)顯示畫面，包含系統(tǒng)中所有遠傳測量儀表的實時數(shù)據(jù)和所有遠傳設(shè)備的運行狀態(tài)，通過后臺腳本的運行制作出相應的歷史趨勢圖及相關(guān)報表，并通過處理顯示是否報警。

2）數(shù)據(jù)采集。InTouch通過IO Server完成與PLC硬件通訊、實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備控制及狀態(tài)數(shù)據(jù)接收、檢測錯誤幀、支持冗余通訊功能。

3）報警提醒。即對本系統(tǒng)在運行過程中現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)的故障及處于報警狀態(tài)的測量儀表的反映，同時經(jīng)過處理后根據(jù)需要對一些重要參數(shù)實現(xiàn)聲光報警，提醒運維人員注意并及時處理，減少不必要的損失。

4）報表制作。InTouch通過數(shù)據(jù)交換協(xié)議定期訪問數(shù)據(jù)并進行存儲，同時通過編輯VBA腳本實現(xiàn)報表日后讀取，以便優(yōu)化系統(tǒng)控制、跟蹤事故發(fā)生原因?？筛鶕?jù)需要選擇時間打印數(shù)據(jù)報表。

5）安全管理。InTouch可以通過應用輸入的密碼進行加密，以提供更高等級的安全級別，同時防止出現(xiàn)對應用的無保證訪問?？梢越⒃L問級口令安全性模型，開發(fā)時可以把用戶組織列入不同級別的訪問層中。本控制系統(tǒng)配置了 3個級別的訪問層，分別為運行層、維護層和管理層，3級訪問層登陸均需要輸入密碼，這樣不同訪問層可以根據(jù)自身的權(quán)限進行相應的操作，從而防止誤操作。

4 通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

本系統(tǒng)的監(jiān)控軟件InTouch通過IO Server Omron FinsGateway開放式客戶端接口程序連接 PLC的FinsGateway網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器驅(qū)動程序[3]，并通過對對象的操作來存取設(shè)備寄存器的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)PLC與 InTouch之間的數(shù)據(jù)交換，具體見圖2。

現(xiàn)場工程師站配置的2臺操作站與PLC之間的數(shù)據(jù)通訊采用以太網(wǎng)，通訊速率為100 Mps，每臺操作站設(shè)為InTouch控制下的一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過分配每臺操作站的IP地址，可以實現(xiàn)站與設(shè)備之間的通訊以及站與站之間數(shù)據(jù)互傳，形成一個更可靠的冗余網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場設(shè)備與冗余CPU之間通過擴展I/O網(wǎng)絡(luò)可實時傳輸現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制及監(jiān)視。

圖2 數(shù)據(jù)交換關(guān)系圖

5 結(jié)論

采用Omron公司的CS系列PLC和Wonderware公司的InTouch構(gòu)成的凝結(jié)水精處理冗余控制系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單、網(wǎng)絡(luò)通訊可靠、有很強的數(shù)據(jù)處理能力和邏輯運算能力、操作界面直觀方便、日常維護量少，能很好滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，值得在水處理行業(yè)推廣。

[1] OMRON.CS軟硬件用戶手冊[Z].2010.

[2] Wonderware.InTouch用戶手冊[Z].2006.

[3] 王衛(wèi)兵.PLC系統(tǒng)通信、擴展網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)[M].北京： 機械工業(yè)出版社, 2004.