張 凱 劉敏層

（西安建筑科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院 西安 710055）

1 引言

在發(fā)電機(jī)組中［1］，水、汽起著電力生產(chǎn)能量傳遞介質(zhì)的作用，是火電機(jī)組能量傳輸?shù)摹把骸?，在電力生產(chǎn)過(guò)程中起著十分重要的作用?；瘜W(xué)水處理的主要任務(wù)是為了保證鍋爐的給水品質(zhì)。給水品質(zhì)好壞直接關(guān)系到火電機(jī)組的可靠高效、安全性能及鍋爐、汽機(jī)等設(shè)備的使用壽命［2］。所以，對(duì)火電機(jī)組水處理控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究就顯得意義重大。

2 項(xiàng)目概況

本課題來(lái)源于江蘇沙洲電廠二期百萬(wàn)機(jī)組“上大壓下”擴(kuò)建工程，該電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)#3、#4 百萬(wàn)機(jī)組的生產(chǎn)用水和生活用水等?；瘜W(xué)水處理系統(tǒng)包括加藥系統(tǒng)、凈水站、綜合水泵房系統(tǒng)、鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、中水系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)和凝結(jié)水精處理系統(tǒng)?；瘜W(xué)水處理系統(tǒng)如圖1 所示。

3 化學(xué)水處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本節(jié)將以化學(xué)水處理系統(tǒng)中的子系統(tǒng)凝結(jié)水精處理系統(tǒng)重點(diǎn)闡述具體的工程設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［3］。

凝結(jié)水經(jīng)前置過(guò)濾器、高速混床處理后到低壓加熱器，前置過(guò)濾器兩套，混床四套（三用一備），可根據(jù)過(guò)濾器和混床投運(yùn)情況調(diào)節(jié)相應(yīng)旁路閥開(kāi)度［4］?；齑矘?shù)脂失效后先把混床停運(yùn)，再把失效樹(shù)脂輸送到分離罐，在分離罐中進(jìn)行陰、陽(yáng)樹(shù)脂的分離，分離完成后把陰樹(shù)脂輸送到陰再生罐，陽(yáng)樹(shù)脂輸送到陽(yáng)再生罐，分別進(jìn)行陰、陽(yáng)樹(shù)脂的再生，再生完成后，把陰罐的樹(shù)脂輸送到陽(yáng)罐，進(jìn)行樹(shù)脂的混合漂洗，完成后觀察樹(shù)脂的混合情況，如果再生失敗，需要將樹(shù)脂重新輸送到分離罐內(nèi)，再次進(jìn)行樹(shù)脂的分離再生工藝［5］。流程如圖2所示。

圖1 化學(xué)水處理系統(tǒng)

圖2 凝結(jié)水精處理工藝流程

4 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1）DCS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

DCS 采用三級(jí)控制系統(tǒng)［6］，即過(guò)程管理級(jí)、過(guò)程控制Ⅰ級(jí)和過(guò)程控制Ⅱ級(jí)。過(guò)程管理級(jí)由工程師站、操作員站和打印機(jī)組成，其作用是完成整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控、操作和控制［7］。過(guò)程控制Ⅰ級(jí)作用是負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，接收來(lái)自上位機(jī)的操作命令向過(guò)程控制Ⅱ級(jí)輸出信號(hào)完成控制功能。過(guò)程控制Ⅱ級(jí)是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，任務(wù)是完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和操作命令的執(zhí)行［8］。

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2）FF總線網(wǎng)段連接方式

在艾默生過(guò)程控制有限公司的Ovation 分布式控制系統(tǒng)中，F(xiàn)F-H1 總線網(wǎng)段通過(guò)FF 接口模塊與DCS 控制器連接，每個(gè)FF 模塊可接兩個(gè)FF-H1 總線網(wǎng)段，F(xiàn)F 模塊下接電源調(diào)節(jié)器，通過(guò)電源調(diào)節(jié)器連接到現(xiàn)場(chǎng)的接線盒內(nèi)，F(xiàn)F-H1總線網(wǎng)段的主干線上可串接多個(gè)接線盒，串接的最后一個(gè)接線盒要連接FF 終端器，采用樹(shù)型結(jié)構(gòu)連接到現(xiàn)場(chǎng)總線儀表［9～10］，如圖4所示。

圖4 FF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3）Profibus-DP總線網(wǎng)段連接方式

在Profibus-DP 總線網(wǎng)段通過(guò)DP 接口模塊與DCS 控制器相連，每個(gè)DP 模塊可接兩個(gè)Profibus-DP 總線網(wǎng)段，Profibus-DP 總線網(wǎng)段通過(guò)DB9連接器與DP 模塊相連，然后采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，遠(yuǎn)距離傳輸可通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器接至就地總線箱，然后采用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連接現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備，Profibus-DP 總線網(wǎng)段的最后一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備要接到有源終端電阻上［11～13］，如圖5所示。

圖5 Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

4）硬件I/O配置方式

凝結(jié)水精處理工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)范圍包括前置過(guò)濾器系統(tǒng)、混床系統(tǒng)、再生系統(tǒng)等。配置3 對(duì)冗余控制器［14］。設(shè)計(jì)時(shí)考慮到每個(gè)工藝段I/O卡件的備用點(diǎn)數(shù)，對(duì)I/O 硬點(diǎn)進(jìn)行分布，選用16 點(diǎn)型開(kāi)關(guān)量輸入輸出卡件，選用8 點(diǎn)型模擬量、熱電阻輸入卡件，選用8 點(diǎn)型模擬量輸出卡件，每對(duì)控制器所控制的總I/O 硬件點(diǎn)數(shù)不超過(guò)400 點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分為總線設(shè)備和常規(guī)設(shè)備，常規(guī)設(shè)備采用硬接線方式連接到I/O 模塊?，F(xiàn)場(chǎng)的常規(guī)測(cè)點(diǎn)包括模擬量輸入、模擬量輸出、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出［15］。具體統(tǒng)計(jì)如表1。

表1 硬件I/O配置表

5）機(jī)柜卡件配置

DROP1/DROP51 即表示一對(duì)冗余的DCS 控制器，凝結(jié)水精處理配備兩個(gè)控制機(jī)柜?？刂破鳈C(jī)柜DROP1 和I/O 擴(kuò)展柜EXT1-1，每對(duì)冗余的控制器可最多擴(kuò)展16 個(gè)本地分支和4 個(gè)遠(yuǎn)程I/O。8 個(gè)本地分支分別為 DROP1 的 A1 到 A4、B1 到 B4、C1 到C5、D1 到 D8，EXT1-1 的 A1 到 A4、B1 到 B4、C1 到C3、D3到D4。每個(gè)本地分支可最多配置8個(gè)模塊，比如 DROP1 的 A 分支，可最多分配 A1 到 A8 共 8 塊模塊［16］。機(jī)柜卡件配置表如表2所示。

表2 機(jī)柜卡件配置表

5 軟件設(shè)計(jì)

1）前置過(guò)濾器系統(tǒng)控制要求［17］:精處理前置過(guò)濾器系統(tǒng)包含前置過(guò)濾器A 系統(tǒng)、前置過(guò)濾器B 系統(tǒng)及前置過(guò)濾器旁路系統(tǒng)，兩套過(guò)濾器可以同時(shí)運(yùn)行，但在同一時(shí)間內(nèi)只允許一套進(jìn)行反洗。當(dāng)前置過(guò)濾器旁路壓差大于120Kpa 時(shí)，并且旁路門全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉前置過(guò)濾器A進(jìn)、出口門；當(dāng)前置過(guò)濾器A 入口流量大于1200T/h 時(shí)，并且旁路門全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉前置過(guò)濾器A進(jìn)、出口門；當(dāng)前置過(guò)濾器A 進(jìn)出口差壓大于120Kpa 時(shí)，并且旁路門全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉前置過(guò)濾器A 進(jìn)、出口門；前置過(guò)濾器A進(jìn)水門、升壓門、出水門任意一個(gè)不在關(guān)狀態(tài)時(shí)，前置過(guò)濾器A反洗進(jìn)水門、反洗排水門、進(jìn)氣門、排氣門不允許開(kāi)；前置過(guò)濾器A 反洗進(jìn)水門、反洗排水門、進(jìn)氣門、排氣門任意一個(gè)不在關(guān)狀態(tài)時(shí)，前置過(guò)濾器A 進(jìn)水門、升壓門、出水門不允許開(kāi)。前置過(guò)濾器解列步序程序如圖6所示。

圖6 前置過(guò)濾器解列步序啟動(dòng)

2）前置過(guò)濾器旁路［18］。當(dāng)兩套前置過(guò)濾器都運(yùn)行時(shí)，旁路門關(guān)閉；當(dāng)只有一套過(guò)濾器運(yùn)行時(shí)，旁路門開(kāi)50%；當(dāng)兩套均不運(yùn)行時(shí)，旁路門開(kāi)100%。當(dāng)系統(tǒng)入口母管壓力大于4.5Mpa 時(shí)，旁路門開(kāi)100%；當(dāng)系統(tǒng)入口母管溫度大于70℃時(shí)，旁路門開(kāi)100%；當(dāng)前置過(guò)濾器旁路壓差大于120Kpa 時(shí)，旁路門開(kāi)100%；當(dāng)前置過(guò)濾器入口流量大于1200T/h時(shí)，旁路門開(kāi)100%；當(dāng)前置過(guò)濾器進(jìn)出口差壓大于120Kpa 時(shí)，旁路門開(kāi)100%。前置過(guò)濾器旁路門開(kāi)度邏輯如圖7和圖8所示。

圖7 前置過(guò)濾器旁路門開(kāi)度邏輯

圖8 前置過(guò)濾器旁路門開(kāi)PID調(diào)節(jié)邏輯

3）通過(guò)凝結(jié)水精處理流程監(jiān)控界面，能夠反映整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)備、管道、閥門的連接情況和運(yùn)行狀態(tài)，使操作員能直觀、方便地操作控制現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)備。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控畫(huà)面顯示當(dāng)前的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)［19～20］。人機(jī)監(jiān)控界面如圖9所示。

6 結(jié)語(yǔ)

基于上海西屋過(guò)程控制公司的Ovation DCS 系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線FF-H1和Profibus-DP標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的化學(xué)水控制系統(tǒng)，利用DCS強(qiáng)大的過(guò)程控制功能以及結(jié)合Ovation Developer Studio 組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互靈活、可靠的使用優(yōu)點(diǎn)，使熱工運(yùn)行人員可以直接通過(guò)人機(jī)界面來(lái)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，簡(jiǎn)化操作流程，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。該系統(tǒng)已在張家港沙洲電廠成功投產(chǎn)，目前運(yùn)行狀況良好。