利用PLC實現電廠化學水處理程控系統
摘要：本文論述了利用PLC實現的電廠化學水處理程控系統，結合現場總線技術和工業以太網技術，信息層使用工業以太網，控制層使用Controlnet現場總線，完成了基于PLC的電廠化學水處理程控系統。
關鍵字：PLC 現場總線 以太網 冗余
1 引言
電廠化學水處理系統作為電廠重要的輔助車間和輔助系統，特別是大型火電廠利和供熱電廠的化水處理車間處理量大，工藝復雜，水質要求高，其運營的好壞直接關系到電廠的安全運行及可靠性。本文以筆者負責完成的通遼盛發熱電廠化學水處理程控系統項目，分析化學水處理程控系統的自動控制。
2 化學水處理系統工藝流程
通遼盛發熱電廠作為新建熱電廠新建4臺機組（4×135MW，分兩期完成），化學水處理系統由三部分組成:軟化水處理系統、反滲透系統和除鹽水系統,系統工藝流程簡圖如圖1所示。
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系統主工藝流程為：工業水→曝氣塔→曝氣水箱→升壓水泵→疊加式過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→軟化水箱→堿計量泵加堿→軟化水泵升壓（軟化水，可作為廠內生活用水）→加熱器→反滲透裝置→反滲透水箱→反滲透水泵升壓→一級混合離子交換器→二級混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵升壓→主廠房。
3 控制系統硬件組成
3．1 PLC控制系統
根據裝置工作要求，選用性價高的AB公司的Controllogix系列可編程控制器構建冗余的控制系統。PLC中CPU采用兩套1756－L55 ControlLogix5555 Controller，設置1個主站（CPU模件），5個分站(IO模件)，主站CPU與分站I/O通過ControlNet網絡通訊, 開關量輸入、輸出模件選用32點，模擬量輸入模件選用16點，模擬量輸出選用8點。PLC系統網絡結構圖如圖2所示。
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3．2 監控站
監控站選用兩臺研華工業控制計算機和高性能工業監控軟件RSView32（視窗控制中心），與PLC控制單元之間采用工業以太網進行通訊。完成整個系統的工藝流程、設備運行狀態的顯示和監控、實現曲線的顯示、歷史數據的保存、權限管理、操作查詢、報警、打印等功能。
3．3 儀表系統
儀表系統由壓力及溫度變送器、流量計、液位計、PH值表、酸度計、堿度計、硅酸根檢測儀、導電度檢測儀、壓力及壓差開關等構成，主要完成水箱液位、管道壓力、進出水流量、水溫度、水質檢測，并通過檢測值，進行工藝自動控制與調節。
3．4 現場控制設備
現場控制設備由水泵、風機、氣動閥門、電動門、調節閥等構成，其中水泵、風機由電機控制，氣動門由電磁閥控制。
4自動化軟件設計
化學水處理自動化控制系統的軟件包括上位機、下位機兩部分。
4．1 上位機軟件設計
上位機軟件采用Windows2000操作系統，組態平臺為RSView32。上位機實現的功能為：數字顯示化學水處理系統中的水箱液位、管道壓力、進出水流量實時值與累積值、水溫度、水質檢測，記錄這些參數的歷史變化，在設定的上限與下限值發出語音報警、記錄到報警歷史以便查詢。各設備的運行、故障等狀態顯示，各設備的啟動、停止操作，并進行操作記錄，以便查詢；出現每個設備故障時發出聲音報警并記錄故障情況（故障時刻、故障類型等），方便進行事故分析。重要參數、報警、故障都可以報表打印。
化學水程控系統上位機監視畫面由參數畫面、弱酸陽離子交換主畫面、曝氣水箱系統畫面、過濾器A和B畫面、弱酸離子交換畫面、軟化水系統畫面、反滲透主畫面、反滲透裝置畫面、反滲透水箱畫面、反滲透輔助系統畫面、除鹽水主畫面、一級混床系統畫面、二級混床系統畫面、酸系統畫面、堿系統畫面、中和池系統畫面、樹脂存貯畫面、除鹽水箱畫面、手操器畫面、啟動方式畫面、檢修設置畫面、歷史趨勢畫面、報警匯總畫面、數據匯總畫面、記錄畫面、登錄畫面和管理員畫面組成。
4．2 下位機軟件設計
下位機采用AB公司開發的RSLogix 5000軟件對PLC進行編程和對PLC配置進行維護。編制的軟件主要包括信號獲取處理、流量的累積、運行時間的累積，傳到上位機顯示，接受上位機的操作、判斷自動控制條件對水泵風機、氣動閥門進行邏輯控制，完成化學水處理過程。
5系統實現功能
水處理程控系統具有：運行方式選擇；設備故障自動報警；實現了現場信息采集、處理、操作顯示等完善的功能。并且保留了就地控制功能。在控制室，運行人員通過控制系統能對整個工藝系統進行集中監視、管理和順序控制，并可實現遠方手操。提供就地手操、遠方手動操作、自動順序控制三種控制方式，工藝系統中被控對象的狀態在CRT上顯示。
5．1 就地手操控制
所有氣動閥、電動門、水泵和風機都保留就地控制方式，即使在程控系統完全故障的情況下還可以通過就地控制實現手動水處理，保證機組鍋爐的可靠用水。
5．1 遠方手操控制
在選擇遠控方式時，操作人員可以在操作員站遠程一對一操作氣動閥、電動門、水泵和風機。
5．2 水處理過程自動控制
水處理程控系統在正常情況下主要運行在自動控制方式。按照化學水處理系統的設計要求，水處理過程程序自動控制包括：除鐵與弱酸離子交換過程自動控制，反滲透裝置自動控制過程，混合離子交換過程自動控制。在除鐵與弱酸離子交換過程自動控制過程中，當過濾器已經運行了24小時、或進出水壓差達到0.1Mpa、或入口累積流量達到2880噸，就自動進行反洗，備用的過濾器投入運行；當陽離子交換器運行48小時、或入口累積流量達到6240噸，就自動進行再生。在反滲透裝置停止自動控制過程時，自動完成反滲透沖洗過程。在混合離子交換過程自動控制中，當混合離子交換器運行1200小時、或入口水流量累積達到18000噸、或出口水導電度高于0.2us/cm、或出口硅酸根高于0.02ug/L，就自動進行再生，備用的混床投入運行。
5．2其它功能
通過PLC內部程序設定報警及聯鎖保護，一旦出現故障，立即停止相應的操作，并發出相應的報警信號,自動啟動備用的設備。實時參數超限報警、閥門開超時/關超時故障報警、閥門位置信號故障報警、水泵/風機啟動/停止超時故障報警、水泵/風機控保裝置事故跳閘/失電報警等。化學水處理系統中的工藝參數和的累積參數都歸檔，可以通過歷史趨勢畫面對所有運行參數查看、打印，并按照電廠要求打印成報表。系統還通過交換機與全廠的輔助控制網絡系統相聯，實現了遠程運行參數監視與管理。
6 結論
通遼盛發熱電廠化學水處理程控系統于2006年9月正式投運，自動化控制水平明顯提高，產水量達到設計要求平均每小時180至200噸，完全保證了設計4臺發電機組的用水需要。由于控制水平的提高，水處理過程中產生的廢水量明顯減少，起到了一定環保節能效果。系統高度的可靠性和直觀簡易的操作性減少了運行人員勞動量。該系統建成后運行可靠，生產效率明顯提高，因此受到用戶的好評，并成為其它電廠同行參觀效仿的對象。
參考文獻：
[1] 《火力發電職業技能培訓教材》編委會 《電廠化學設備運行》中國電力出版社 2005年
[2] 關麗 《電廠化學分冊——中小型火電機組運行技術叢書》中國電力出版社 2005年
[3] 于瑞生 《電廠化學》中國電力出版社 2006年
[4] Rockwell Automation 《ControlLogix 選型指南》
[5] Allen-Bradley《系統用戶手冊 ControlLogix》
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