PLC控制在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)自動化控制的實現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，信息層使用工業(yè)以太網(wǎng)，控制層使用MODBUS現(xiàn)場總線，完成了基于現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)的自動化監(jiān)控和管理功能。
關(guān)鍵詞：PLC 現(xiàn)場總線 以太網(wǎng) 冗余
Abstract: The realization of automation system in chemical water treatment in power plant is introduced in this thesis. With Modbus at information level and industrial Ethernet at control level, the automation monitoring, control and management function is fulfilled. Keywords: PLC, field bus, Ethernet, redundancy.
1 引言
近幾年隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展，在能源供應(yīng)上很多地區(qū)都出現(xiàn)電力資源緊缺的狀況，因此許多電廠紛紛進行新建或擴建改造。深圳西部電廠原有4臺（#1—#4）300MW 機組，為提高發(fā)電能力又續(xù)建#5、#6機組（2×300MW）。西部電廠原有兩列化學(xué)水處理系統(tǒng)，續(xù)建工程的化學(xué)水處理系統(tǒng)擴建一列100~140m3/h化學(xué)除鹽系統(tǒng)，其余設(shè)備與已有化學(xué)水處理系統(tǒng)共用。原有化學(xué)水處理系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的模擬屏方式進行監(jiān)控，自動化水平不高并且效率很低。續(xù)建2臺機組后，廢除原有化學(xué)水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，將原有化學(xué)水處理系統(tǒng)和擴建的一列化學(xué)水處理系統(tǒng)統(tǒng)一采用一套冗余PLC控制系統(tǒng)進行集中控制。
2 化學(xué)水處理系統(tǒng)工藝流程
2.1.化學(xué)水處理系統(tǒng)流程
原有化學(xué)水處理系統(tǒng)流程為：自來水→蓄水池→升壓泵→活性炭過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵。通過對現(xiàn)有系統(tǒng)運行狀況的現(xiàn)場調(diào)查和對水質(zhì)分析報告分析，自來水中的懸浮物含量較高，嚴(yán)重地污染了活性炭和離子交換樹脂。因此，續(xù)建工程增加3臺高效纖維過濾器對自來水進行深度過濾處理。
續(xù)建化學(xué)水處理系統(tǒng)流程為：自來水→蓄水池→升壓泵→高效纖維過濾器→活性炭過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵。
2.2. 續(xù)建工程與原有系統(tǒng)的連接及運行方式
原有120t/h出力的一級除鹽+混床設(shè)備2列，續(xù)建工程僅再擴建1列出力為120t/h的同樣設(shè)備。除鹽水泵、再生水泵、壓縮空氣系統(tǒng)、酸堿再生系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng)與原有系統(tǒng)共用。
3臺高效過濾器采用并聯(lián)運行方式，正常工況2臺運行，1臺備用。高效過濾器不僅對續(xù)建工程所需的自來水進行預(yù)處理，而且對原有系統(tǒng)的自來水也進行預(yù)處理。
2臺活性炭過濾器和一級除鹽設(shè)備構(gòu)成一個系列，采用串聯(lián)運行方式，正常工況2列運行，一列備用。其中每系列的2臺活性炭過濾器，當(dāng)水質(zhì)好時1臺運行（去除游離余氯），1臺備用；當(dāng)進水水質(zhì)惡化時2臺同時運行（去除有機物）。
混床采用并聯(lián)，正常工況2臺運行，1臺備用。
3套一級除鹽單元與3臺混床之間設(shè)有切換閥門，受已有系統(tǒng)的限制，僅#1一級除鹽設(shè)備和#1混床與#2一級除鹽設(shè)備和#2混床可以同時交叉運行，#1一級除鹽設(shè)備和#1混床與#3一級除鹽設(shè)備和#3混床可以同時交叉運行。機組啟動時，上述3列設(shè)備同時投入運行，滿足最大的補給水量。
3 系統(tǒng)配置
系統(tǒng)由兩臺上位計算機和一套冗余PLC系統(tǒng)構(gòu)成。上位計算機系統(tǒng)采用工業(yè)級計算機構(gòu)成功能強大的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，計算機上安裝Intellutiong公司的FIX7.0工業(yè)監(jiān)測與控制系統(tǒng)軟件，通過合理的系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)組態(tài)，實現(xiàn)對整個化學(xué)水處理工藝流程的動態(tài)監(jiān)視和控制。通過上位計算機系統(tǒng)和強大的工業(yè)控制傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)工藝工程的自動化管理和控制。
PLC選用德維森公司PPC11冗余控制器，控制系統(tǒng)采用雙機熱備冗余方式，通過遠程I/O的方式連接現(xiàn)場需要監(jiān)測與控制的點，遠程I/O由通訊處理器和PPC11系列I/O模塊組成。冗余的主控制站可以保證系統(tǒng)的停機維護時間為零，最大限度的減少人對系統(tǒng)的干預(yù)。主控制系統(tǒng)熱備系統(tǒng)和遠程I/O控制站之間采用高性能的工業(yè)以太網(wǎng)總線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
上位計算機系統(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)屬國際標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)以太網(wǎng)已達到高傳輸安全性和可靠性要求，現(xiàn)已廣泛用于程序維護、向MIS和MES系統(tǒng)傳遞工廠數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機界面、記錄事件和告警。工業(yè)以太網(wǎng)具有高傳輸速率（目前達到100M）、集線器技術(shù)的確定性、不需考慮網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸物理介質(zhì)多樣（雙絞線、光纖、同軸電纜）、集線器的應(yīng)用可不考慮網(wǎng)絡(luò)的擴展等優(yōu)點。
通過以太網(wǎng)絡(luò)將上位計算機系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測與控制點緊密的結(jié)合為一個整體，構(gòu)成一個完整的系統(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，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的計算機在線遠程診斷功能。
4 控制功能
水處理系統(tǒng)所有控制閥采用就地和遠程控制方式，即使在程控系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通過就地控制實現(xiàn)手動制水，保證機組鍋爐的可靠用水。控制箱上選用3位選擇開關(guān)，分別為就地開、就地關(guān)、遠程控制。選擇遠程控制時，控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對控制閥進行狀態(tài)監(jiān)視和動作控制，對控制閥的控制可分選擇自動和手動方式。在自動方式時控制閥受PLC邏輯程序控制，在手動方式時控制閥由操作員直接在操作界面上點擊控制。
一級除鹽設(shè)備的投運和再生由PLC實現(xiàn)自動控制，也可通過鍵盤和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進行遠方操作。一級除鹽設(shè)備的出水導(dǎo)電率超過規(guī)定值或周期制水量達規(guī)定值時，自動解列并報警，然后自動投入再生程序。混合離子交換器的投運和再生由PLC實現(xiàn)自動控制，或者通過鍵盤和鼠標(biāo)進行遠方操作。當(dāng)混合離子交換器出水導(dǎo)
電率和二氧化硅超過規(guī)定值，或周期制水量達規(guī)定值時，自動解列并報警，然后自動投入再生程序。高效過濾器和活性碳過濾器由PLC實現(xiàn)自動控制，也可采用鍵盤和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進行遠方操作。當(dāng)其進出口壓差超過規(guī)定值，或周期制水量達規(guī)定值時，自動解列并報警，然后自動投入反洗程序。以上操作以前都由操作人員執(zhí)行，執(zhí)行新系統(tǒng)后上述操作都可以不需要操作人員干預(yù)。
操作界面圖例
中間水箱水位由PLC實現(xiàn)自動控制（通過調(diào)節(jié)陽床入口調(diào)節(jié)閥），使一級除鹽系統(tǒng)投運時中間水箱水位穩(wěn)定在正常位置。中間水泵啟停與中間水位聯(lián)鎖，低液位啟泵、高液位停泵，保證中間水泵的安全使用。
閥門、泵等的控制狀態(tài)顯示，自動／手動／就地操作和選擇聯(lián)鎖。系統(tǒng)所有流量、壓力可在操作界面上實時監(jiān)視，原水流量、陰床出口流量、混床出口流量顯示積算并作歷史紀(jì)錄，可分別查看一級除鹽、混床再生制水量。
系統(tǒng)控制每列除鹽裝置的投運、停止和再生程序、自動加酸加堿程序、自動/半自動啟動另一列除鹽裝置程序等。對于順控設(shè)置必要的分步操作、成組操作或單獨操作等，并有跳步、中斷或旁路等操作功能。系統(tǒng)投運以及活性炭清洗、一級除鹽再生和混床再生可由系統(tǒng)自動完成或操作員步延、步進手動干預(yù)，在操作站界面上顯示各步驟設(shè)定時間和剩余時間以及步進、步延指示等。
5 結(jié)束語
深圳西部電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)全部改造完成后于2003年7月正式投運，經(jīng)過改造后自動化控制水平明顯提高，制水量由原先的平均每小時120m3提升到平均每小時140—160m3，完全保證了6臺發(fā)電機組的用水需要。由于控制水平的提高，制水過程中產(chǎn)生的廢水量明顯減少，起到了一定環(huán)保節(jié)能效果。系統(tǒng)高度的可靠性和直觀簡易的操作性使得控制中心值班室由原來的2人值班該為1人值班，大大節(jié)約了人力成本。該系統(tǒng)建成后運行可靠，生產(chǎn)效率明顯提高，因此受到用戶的好評，并經(jīng)常成為其它電廠同行參觀效仿的對象。
參考文獻：陽憲惠《現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社；
鄔寬明《現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用選編》，北京航空航天大學(xué)出版社；
媽灣發(fā)電總廠《化學(xué)補給水系統(tǒng)運行規(guī)程》。
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