AB PLC在電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘要：本文論述了利用PLC實現(xiàn)的電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)，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Controlnet現(xiàn)場總線，完成了基于PLC的電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：PLC 現(xiàn)場總線 以太網(wǎng) 冗余
1 引言
電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)作為電廠重要的輔助車間和輔助系統(tǒng)，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(fù)雜，水質(zhì)要求高，其運(yùn)營的好壞直接關(guān)系到電廠的安全運(yùn)行及可靠性。本文以筆者負(fù)責(zé)完成的通遼盛發(fā)熱電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)項目，分析化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的自動控制。
2 化學(xué)水處理系統(tǒng)工藝流程
通遼盛發(fā)熱電廠作為新建熱電廠新建4臺機(jī)組（4×135MW，分兩期完成），化學(xué)水處理系統(tǒng)由三部分組成:軟化水處理系統(tǒng)、反滲透系統(tǒng)和除鹽水系統(tǒng),系統(tǒng)工藝流程簡圖如圖1所示。
圖1 化學(xué)水處理系統(tǒng)工藝簡圖
系統(tǒng)主工藝流程為：工業(yè)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(nèi)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(tǒng)硬件組成
3．1 PLC控制系統(tǒng) PLC資料網(wǎng)
根據(jù)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(gòu)建冗余的控制系統(tǒng)。PLC中CPU采用兩套1756－L55 ControlLogix5555 Controller，設(shè)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(wǎng)絡(luò)通訊, 開關(guān)量輸入、輸出模件選用32點(diǎn)，模擬量輸入模件選用16點(diǎn)，模擬量輸出選用8點(diǎn)。PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
根據(jù)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(gòu)建冗余的控制系統(tǒng)。PLC中CPU采用兩套1756－L55 ControlLogix5555 Controller，設(shè)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(wǎng)絡(luò)通訊, 開關(guān)量輸入、輸出模件選用32點(diǎn)，模擬量輸入模件選用16點(diǎn)，模擬量輸出選用8點(diǎn)。PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
3．2 監(jiān)控站
監(jiān)控站選用兩臺研華工業(yè)控制計算機(jī)和高性能工業(yè)監(jiān)控軟件RSView32（視窗控制中心），與PLC控制單元之間采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。完成整個系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示和監(jiān)控、實現(xiàn)曲線的顯示、歷史數(shù)據(jù)的保存、權(quán)限管理、操作查詢、報警、打印等功能。
監(jiān)控站選用兩臺研華工業(yè)控制計算機(jī)和高性能工業(yè)監(jiān)控軟件RSView32（視窗控制中心），與PLC控制單元之間采用工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。完成整個系統(tǒng)的工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的顯示和監(jiān)控、實現(xiàn)曲線的顯示、歷史數(shù)據(jù)的保存、權(quán)限管理、操作查詢、報警、打印等功能。
3．3 儀表系統(tǒng)
儀表系統(tǒng)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(dǎo)電度檢測儀、壓力及壓差開關(guān)等構(gòu)成，主要完成水箱液位、管道壓力、進(jìn)出水流量、水溫度、水質(zhì)檢測，并通過檢測值，進(jìn)行工藝自動控制與調(diào)節(jié)。
儀表系統(tǒng)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(dǎo)電度檢測儀、壓力及壓差開關(guān)等構(gòu)成，主要完成水箱液位、管道壓力、進(jìn)出水流量、水溫度、水質(zhì)檢測，并通過檢測值，進(jìn)行工藝自動控制與調(diào)節(jié)。
圖2 PLC系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3．4 現(xiàn)場控制設(shè)備
現(xiàn)場控制設(shè)備由水泵、風(fēng)機(jī)、氣動閥門、電動門、調(diào)節(jié)閥等構(gòu)成，其中水泵、風(fēng)機(jī)由電機(jī)控制，氣動門由電磁閥控制。
4自動化軟件設(shè)計
化學(xué)水處理自動化控制系統(tǒng)的軟件包括上位機(jī)、下位機(jī)兩部分。
化學(xué)水處理自動化控制系統(tǒng)的軟件包括上位機(jī)、下位機(jī)兩部分。
4．1 上位機(jī)軟件設(shè)計
上位機(jī)軟件采用bbbbbbs2000操作系統(tǒng)，組態(tài)平臺為RSView32。上位機(jī)實現(xiàn)的功能為：數(shù)字顯示化學(xué)水處理系統(tǒng)中的水箱液位、管道壓力、進(jìn)出水流量實時值與累積值、水溫度、水質(zhì)檢測，記錄這些參數(shù)的歷史變化，在設(shè)定的上限與下限值發(fā)出語音報警、記錄到報警歷史以便查詢。各設(shè)備的運(yùn)行、故障等狀態(tài)顯示，各設(shè)備的啟動、停止操作，并進(jìn)行操作記錄，以便查詢；出現(xiàn)每個設(shè)備故障時發(fā)出聲音報警并記錄故障情況（故障時刻、故障類型等），方便進(jìn)行事故分析。重要參數(shù)、報警、故障都可以報表打印。
化學(xué)水程控系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)視畫面由參數(shù)畫面、弱酸陽離子交換主畫面、曝氣水箱系統(tǒng)畫面、過濾器A和B畫面、弱酸離子交換畫面、軟化水系統(tǒng)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(tǒng)畫面、除鹽水主畫面、一級混床系統(tǒng)畫面、二級混床系統(tǒng)畫面、酸系統(tǒng)畫面、堿系統(tǒng)畫面、中和池系統(tǒng)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(shè)置畫面、歷史趨勢畫面、報警匯總畫面、數(shù)據(jù)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(jī)軟件設(shè)計
下位機(jī)采用AB公司開發(fā)的RSLogix 5000軟件對PLC進(jìn)行編程和對PLC配置進(jìn)行維護(hù)。編制的軟件主要包括信號獲取處理、流量的累積、運(yùn)行時間的累積，傳到上位機(jī)顯示，接受上位機(jī)的操作、判斷自動控制條件對水泵風(fēng)機(jī)、氣動閥門進(jìn)行邏輯控制，完成化學(xué)水處理過程。
下位機(jī)采用AB公司開發(fā)的RSLogix 5000軟件對PLC進(jìn)行編程和對PLC配置進(jìn)行維護(hù)。編制的軟件主要包括信號獲取處理、流量的累積、運(yùn)行時間的累積，傳到上位機(jī)顯示，接受上位機(jī)的操作、判斷自動控制條件對水泵風(fēng)機(jī)、氣動閥門進(jìn)行邏輯控制，完成化學(xué)水處理過程。
5系統(tǒng)實現(xiàn)功能
水處理程控系統(tǒng)具有：運(yùn)行方式選擇；設(shè)備故障自動報警；實現(xiàn)了現(xiàn)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(yùn)行人員通過控制系統(tǒng)能對整個工藝系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、管理和順序控制，并可實現(xiàn)遠(yuǎn)方手操。提供就地手操、遠(yuǎn)方手動操作、自動順序控制三種控制方式，工藝系統(tǒng)中被控對象的狀態(tài)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(fēng)機(jī)都保留就地控制方式，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)手動水處理，保證機(jī)組鍋爐的可靠用水。
5．2 遠(yuǎn)方手操控制
在選擇遠(yuǎn)控方式時，操作人員可以在操作員站遠(yuǎn)程一對一操作氣動閥、電動門、水泵和風(fēng)機(jī)。
5．3 水處理過程自動控制
水處理程控系統(tǒng)在正常情況下主要運(yùn)行在自動控制方式。按照化學(xué)水處理系統(tǒng)的設(shè)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(dāng)過濾器已經(jīng)運(yùn)行了24小時、或進(jìn)出水壓差達(dá)到0.1Mpa、或入口累積流量達(dá)到2880噸，就自動進(jìn)行反洗，備用的過濾器投入運(yùn)行；當(dāng)陽離子交換器運(yùn)行48小時、或入口累積流量達(dá)到6240噸，就自動進(jìn)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(dāng)混合離子交換器運(yùn)行1200小時、或入口水流量累積達(dá)到18000噸、或出口水導(dǎo)電度高于0.2us/cm、或出口硅酸根高于0.02ug/L，就自動進(jìn)行再生，備用的混床投入運(yùn)行。
5．4其它功能
通過PLC內(nèi)部程序設(shè)定報警及聯(lián)鎖保護(hù)，一旦出現(xiàn)故障，立即停止相應(yīng)的操作，并發(fā)出相應(yīng)的報警信號,自動啟動備用的設(shè)備。
實時參數(shù)超限報警、閥門開超時/關(guān)超時故障報警、閥門位置信號故障報警、水泵/風(fēng)機(jī)啟動/停止超時故障報警、水泵/風(fēng)機(jī)控保裝置事故跳閘/失電報警等。
化學(xué)水處理系統(tǒng)中的工藝參數(shù)和的累積參數(shù)都?xì)w檔，可以通過歷史趨勢畫面對所有運(yùn)行參數(shù)查看、打印，并按照電廠要求打印成報表。
系統(tǒng)還通過交換機(jī)與全廠的輔助控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相聯(lián)，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視與管理。
6結(jié)束語
通遼盛發(fā)熱電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)于2006年9月正式投運(yùn)，自動化控制水平明顯提高，產(chǎn)水量達(dá)到設(shè)計要求平均每小時180至200噸，完全保證了設(shè)計4臺發(fā)電機(jī)組的用水需要。由于控制水平的提高，水處理過程中產(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減少了運(yùn)行人員勞動量。該系統(tǒng)建成后運(yùn)行可靠，生產(chǎn)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(xiàn)
[1] 《火力發(fā)電職業(yè)技能培訓(xùn)教材》編委會.電廠化學(xué)設(shè)備運(yùn)行.北京：中國電力出版社, 2005
[2] 關(guān)麗.電廠化學(xué)分冊——中小型火電機(jī)組運(yùn)行技術(shù)叢書北京：中國電力出版社, 2005
[3] 于瑞生.電廠化學(xué).北京：中國電力出版社, 2006
[4] Rockwell Automation 《ControlLogix 選型指南》
[5] Allen-Bradley《系統(tǒng)用戶手冊 ControlLogix》
本文標(biāo)簽：AB PLC在電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)中的應(yīng)用
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