水處理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視

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摘要：筆者著重介紹一種將PLC控制與現(xiàn)場總線通訊方式控制代替原有手動控制，使上位機(jī)，下位機(jī)及現(xiàn)場達(dá)到同步實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測與操作。

關(guān)鍵詞：水處理系統(tǒng)；PLC控制；實(shí)時(shí)監(jiān)視

一、引言

可編程邏輯控制器(PLC)是八十年展起來的新一代工業(yè)控制裝置，是自動控制、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場設(shè)備。由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行的長期連續(xù)性，使PLC在設(shè)計(jì)上有自己明顯的特點(diǎn)；

可靠性高，適應(yīng)性廣，具有通信功能，編程方便，結(jié)構(gòu)模塊化。在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中，PLC已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景極其廣泛。

化學(xué)水處理系統(tǒng)的任務(wù)是向熱力系統(tǒng)供給合格的補(bǔ)充水。它包括原水凈化處理系統(tǒng)、制備鍋爐所需的補(bǔ)給水系統(tǒng)和汽輪機(jī)凝結(jié)水的凈化處理系統(tǒng)。

目前，火電廠水處理系統(tǒng)控制手段各異。大致可分為：(1)手動操作，機(jī)械勞動強(qiáng)度大，已逐步淘汰；(2)有繼電器觸點(diǎn)控制系統(tǒng)，接線復(fù)雜，維護(hù)工作重大：(3)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)專用工業(yè)計(jì)算機(jī)一Pc程序控制。這一技術(shù)目前火電廠中應(yīng)用量最為廣泛，基本上能滿足生產(chǎn)需要，也是當(dāng)今乃至今后研究發(fā)展方向。

本文筆者參與開發(fā)的某火電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)中，系統(tǒng)要求在化學(xué)水處理控制室里，對電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的情況。

鑒于電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的重要性，采用PLC實(shí)現(xiàn)水處理設(shè)備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)則作為上位機(jī)與PLC互相配合，共同完成水處理系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

二、補(bǔ)給水處理系統(tǒng)工藝流程

天然水混凝沉淀處理后，已經(jīng)將其中大部份懸浮物除掉，從外觀上看也常常是透明，但實(shí)際上水中免不了殘留少量細(xì)小懸浮顆粒，還需進(jìn)一步對其進(jìn)行處理，否則，當(dāng)進(jìn)行離子交換處理時(shí)，會污染交換劑，影響出水水質(zhì)。

水經(jīng)混凝和過濾處理后，可其中懸浮物和膠態(tài)物質(zhì)，但硬度并沒有改變，且堿度一般仍然較高，水預(yù)處理中采用了沉淀軟化，水中殘留硬度和含鹽量仍無法達(dá)到鍋爐補(bǔ)給水要求，還必須作進(jìn)一步軟化、除鹽處理。陰、陽離子交換除鹽是最常用處理方法，工藝流程圖如圖1所示。

三、化學(xué)水處理程掛系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

雙水發(fā)電廠補(bǔ)給水處理控制系統(tǒng)由下位機(jī)和上位機(jī)構(gòu)成兩級集散控制系統(tǒng)(Dcs)。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、過程控制及向上位機(jī)傳送數(shù)據(jù)等任務(wù)由下位機(jī)完成，上位機(jī)負(fù)責(zé)全系統(tǒng)控制、管理和信息綜合。

基本方案采用3臺西門子公司SIMATIcS7-300可編程序控制器控制現(xiàn)場設(shè)備，依次為過濾器單元及泵、化學(xué)儀表等數(shù)據(jù)：一級除鹽單元：混床單元。改造方案見圖2。

操作站選用1臺研華工控機(jī)，軟件開發(fā)平臺選用亞控公司組態(tài)王6.02。組態(tài)王是一種能完成數(shù)據(jù)采集及控制、報(bào)警、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能完整工業(yè)自動化軟件，具有很高可靠性，是目前中國市場應(yīng)用最多組態(tài)軟件。

該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)。即控制功能分散、操作管理集中。控制功能分散意味著系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)快和系統(tǒng)危險(xiǎn)分散、操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性。

PROFIBUS總線是當(dāng)今國際上比較流行一種現(xiàn)場總線，具有很好靈活性和可靠性，性能價(jià)格比上也有很大優(yōu)勢。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、效率高、成本低等特性更適合本系統(tǒng)要求，選擇了PROFIBUS-DP方案作為現(xiàn)場通信方式。PROFIBUS現(xiàn)場總線將工業(yè)設(shè)備(傳感器、開關(guān)、可編程控制器等)標(biāo)準(zhǔn)接口連接到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)上，減少了繁瑣硬接線，現(xiàn)場總線改善了設(shè)備間和通信以及提高了系統(tǒng)精度及實(shí)時(shí)性，提供了相當(dāng)重要設(shè)備級診斷功能。

(一)下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)

將控制系統(tǒng)分為四個(gè)大功能塊：整體投運(yùn)、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運(yùn)。

1、除鹽水箱水位控制5~10m，當(dāng)水位低于5m時(shí)，自動按流程順序投運(yùn)一套制水設(shè)各(包括一臺清水泵、兩臺過濾器、一套一級除鹽設(shè)備和一臺混床)：當(dāng)水位低于3m時(shí)，自動投運(yùn)另一套制水設(shè)各。當(dāng)水位高于10m時(shí)，進(jìn)入設(shè)備整體停運(yùn)，將所有設(shè)備按嚴(yán)格操作順序停運(yùn)后，一級除鹽設(shè)備進(jìn)行再生。

2、運(yùn)行中機(jī)械過濾器達(dá)到規(guī)定過濾時(shí)間要切換到下一臺備用機(jī)械過濾器。一級除鹽切換為陽床出水Na+>lOPPb或陰床出水電導(dǎo)>5us／cm、Si02>IOOPPb中任何一個(gè)。混床切換條件為出水導(dǎo)電度大于0，2qus／cm或Si02>100PPb。

3、一級除鹽運(yùn)行20個(gè)周期后要進(jìn)行大反洗再生，設(shè)計(jì)為全自動步序進(jìn)行。

4、混床再生過程間隔時(shí)間長，故設(shè)計(jì)為半自動步序進(jìn)行。

機(jī)械過濾器設(shè)備采用并聯(lián)運(yùn)行布置，運(yùn)行及清洗操作實(shí)行遙控步序操作。混床設(shè)備采用并聯(lián)運(yùn)行布置，運(yùn)行及再生操作實(shí)行遙控點(diǎn)操作。

一級除鹽設(shè)備采用單元連接方式。設(shè)備運(yùn)行和再生采用西門子S7系列可編程序控制器控制。陽床出口裝有電導(dǎo)表和硅表監(jiān)督終點(diǎn)，其運(yùn)行和再生操作采用遙控手動操作。

再生設(shè)備采用計(jì)量箱加噴射器，CTN-I型音頻電磁式酸堿裝置，再生液濃度及中間水箱液位人工調(diào)整。

各項(xiàng)操作由一個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備手動、步操、半自動和全自動四種操作方式，同時(shí)也可監(jiān)控系統(tǒng)上用軟件實(shí)現(xiàn)。

(二)上位機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

本監(jiān)控系統(tǒng)是以微軟公司W(wǎng)indows98／NT／2000為工作平臺使用組態(tài)16.02開發(fā)出來。組態(tài)王是完全基于網(wǎng)絡(luò)，是一種客戶／服務(wù)器模式，可配置其網(wǎng)絡(luò)時(shí)綁定TCP／IP協(xié)議，即可利用其網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。操作人員可控制室向下位機(jī)發(fā)出各種控制命令，同時(shí)將生產(chǎn)過程中各種信息數(shù)據(jù)采集過來，反映屏幕上各種畫面中，使操作人員一目了然。

我們按工藝過程作出了各幅監(jiān)控畫面，對每一個(gè)工藝處理過程都可監(jiān)控及操作：電廠實(shí)際操作運(yùn)行需要設(shè)計(jì)了四種操作運(yùn)行方式：全自動、半自動、步操和手動。全自動運(yùn)行方式即是無需人員干涉，當(dāng)一個(gè)陰、陽床或混床水質(zhì)取樣儀表檢測水質(zhì)失效，程序自動進(jìn)入下一個(gè)工藝流程：半自動運(yùn)行方式則是連續(xù)自動完成一個(gè)工藝流程；步操運(yùn)行方式則是每一個(gè)工藝生產(chǎn)過程可由人工進(jìn)行單個(gè)步序操作：手動方式即是可由人工對每一個(gè)受控設(shè)備進(jìn)行一對一啟／停、開／關(guān)操作，尤其適用于設(shè)備初調(diào)或維修階段。這四種運(yùn)行方式之間設(shè)計(jì)為無擾動切換，這樣極大方便了工廠運(yùn)行人員操作維護(hù)。

各監(jiān)控界面可用于監(jiān)視流程狀態(tài)也可畫面上對流程實(shí)施強(qiáng)制操作。將整個(gè)工藝流程監(jiān)控畫面上反映出來，該畫面以虛擬儀表方式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場信息，具有直觀、動態(tài)、實(shí)時(shí)效果。畫面中，受控件(如閥門等)狀態(tài)及反饋均可受控件上直接顯示出來，我們不同顏色表明設(shè)備各個(gè)狀態(tài)，畫面流程隨工況不同而動態(tài)變化。畫面上標(biāo)有系統(tǒng)所有控件，有模擬量輸入控件(如陰床電導(dǎo)值、定時(shí)器所余時(shí)間)旁顯示即時(shí)值，供用戶監(jiān)控。還可對現(xiàn)場儀表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。運(yùn)行過程中發(fā)生異常情況時(shí)，操作員可直接上位機(jī)按下急停按鈕，設(shè)備立即停止運(yùn)行：操作員也可以現(xiàn)場直接手動操作。

四、控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

此計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制方案是使用工業(yè)計(jì)算機(jī)代替原有手動控制系統(tǒng)。上位機(jī)、下位機(jī)與現(xiàn)場之間達(dá)到同步控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控及操作，節(jié)約人力資源，提高勞動效率，實(shí)現(xiàn)效益最大化，同時(shí)最大程度上保障人員安全，方便了工廠運(yùn)行人員維護(hù)。

此系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)以下功能：

(一)實(shí)時(shí)監(jiān)視工藝流程

將整個(gè)工藝流程監(jiān)控畫面上直觀實(shí)時(shí)反映出來·本系統(tǒng)提供了精美顯示屏幕、漢字菜單、加速鍵、按鈕等標(biāo)準(zhǔn)窗口界面對象，對一些重要參數(shù)輸入提供了漢字提示填表式輸入對話框。進(jìn)行重要操作或退出時(shí)均會提示確認(rèn)，人機(jī)界面做到人性化。

(二)趨勢畫面及歷史曲線

各模擬量參數(shù)則用棒狀圖畫面動態(tài)顯示，并有相關(guān)實(shí)時(shí)趨勢圖和歷史趨勢圖供操作人員參考，隨時(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)。

(三)報(bào)警項(xiàng)目及打印

每幅系統(tǒng)圖上都有報(bào)警標(biāo)志，設(shè)備故障、無閥位反饋信號或模擬量參數(shù)報(bào)警信息除控制柜有聲光報(bào)警外，上位機(jī)畫面上亦有報(bào)警信號，同時(shí)配置報(bào)警打印機(jī)中即時(shí)打印出來供運(yùn)行人員維修參考。

1、無閥位反饋報(bào)警：用戶要求，無閥位反饋只用報(bào)警，不影響程序運(yùn)行。閥位反饋按單步報(bào)警，報(bào)警項(xiàng)目列出無閥位反饋成組閥門，操作員應(yīng)到閥門現(xiàn)場查看，確定故障閥門并清除故障。

2、泵故障：報(bào)警項(xiàng)目列出故障泵，提示操作員報(bào)修。因各泵均有各用泵，一旦用泵出現(xiàn)故障則PLC自動將系統(tǒng)切換到備用泵，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。

(四)參數(shù)顯示及參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)可調(diào)出工藝過程中各種參數(shù)，操作人員可查看并進(jìn)行修改。

(五)權(quán)限安全設(shè)置

系統(tǒng)中，對操作人員設(shè)定一定權(quán)限。操作人員輸入自己密碼，可進(jìn)行自己權(quán)限以內(nèi)操作，有效防止了誤操作。

五、結(jié)束語

本文將PLC控制結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)水處理程控系統(tǒng)上，保證了整套水處理設(shè)備安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行。投入運(yùn)行以來，效果良好，受到用戶好評。此系統(tǒng)為國內(nèi)新建火電廠水處理程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和老火電廠進(jìn)行水處理技術(shù)改造，提供了一種理想解決方案，具有很好借鑒推廣價(jià)值。