1 引言
隨著火力發(fā)電廠單機(jī)容量的不斷增大，系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜性，出于機(jī)組安全性和使用壽命的考慮，對(duì)水汽品質(zhì)的要求越來(lái)越嚴(yán)。實(shí)現(xiàn)化學(xué)水處理設(shè)備的自動(dòng)化，是當(dāng)今電廠化學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
火電廠水處理監(jiān)控系統(tǒng)隨著自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。目前，火電廠水處理系統(tǒng)的控制手段各異。大致可分為:(1)手動(dòng)操作，機(jī)械勞動(dòng)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)的專用工業(yè)計(jì)算機(jī)-PC程序控制。這一技術(shù)目前在火電廠中應(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)展的方向。
水處理系統(tǒng)的控制朝著高程度、高可靠性、智能化和無(wú)人值班方向發(fā)展，目前在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用得比較好的為數(shù)不多。電廠大多采用步序操作方式，少數(shù)好一點(diǎn)的采用半自動(dòng)方式，是不得已而為之，其直接后果是造成部分控制功能閑置、人力資源的浪費(fèi)和水質(zhì)合格率不高。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出一種對(duì)原有水處理系統(tǒng)進(jìn)行改造的方案，將PLC控制與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)相結(jié)合，全面提高了該系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，使更有效更可靠更安全的運(yùn)行。
2 補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的工藝流程
天然水經(jīng)過(guò)混凝沉淀處理后，雖然已經(jīng)將其中大部份懸浮物除掉，從外觀上看也常常是透明的，但實(shí)際上水中免不了殘留少量細(xì)小的懸浮顆粒，所以還需進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行處理，否則，當(dāng)進(jìn)行離子交換處理時(shí)，會(huì)污染交換劑，影響出水水質(zhì)。
水經(jīng)混凝和過(guò)濾處理后，雖然可除去其中的懸浮物和膠態(tài)物質(zhì)，但硬度并沒(méi)有改變，且堿度一般仍然較高，即使在水的預(yù)處理中采用了沉淀軟化，水中殘留的硬度和含鹽量仍無(wú)法達(dá)到鍋爐補(bǔ)給水的要求，還必須作進(jìn)一步的軟化、除鹽處理。陰、陽(yáng)離子交換除鹽是最常用的處理方法，工藝流程圖如圖1所示。

3 化學(xué)水處理程控系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)
漢川電廠補(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(jí)集散控制系統(tǒng)(DCS)?，F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、過(guò)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)的控制、管理和信息綜合。
基本方案采用3臺(tái)西門子公司的SIMATIC S7-300可編程序控制器控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，依次為過(guò)濾器單元及泵、化學(xué)儀表等數(shù)據(jù);一級(jí)除鹽單元;混床單元。改造方案見(jiàn)圖2。

操作站選用1臺(tái)研華工控機(jī)，軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用亞控公司的組態(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)顯示等功能的完整工業(yè)自動(dòng)化軟件，具有很高的可靠性，是目前中國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用最多的組態(tài)軟件。
該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。即控制功能分散、操作管理集中?？刂乒δ芊稚⒁馕吨到y(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(guó)際上比較流行的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，具有很好的靈活性和可靠性，在性能價(jià)格比上也有很大的優(yōu)勢(shì)。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，因此選擇了PROFIBUS-DP方案作為現(xiàn)場(chǎng)通信方式。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線將工業(yè)設(shè)備(傳感器、開(kāi)關(guān)、可編程控制器等)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口連接到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)上，從而減少了繁瑣的硬接線，而且現(xiàn)場(chǎng)總線改善了設(shè)備間和通信以及提高了系統(tǒng)的精度及實(shí)時(shí)性，提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能。

3.1 下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)
將控制系統(tǒng)分為四個(gè)大的功能塊:整體投運(yùn)、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運(yùn)。
(1) 除鹽水箱水位控制在5~10m，當(dāng)水位低于5m時(shí)，自動(dòng)按流程順序投運(yùn)一套制水設(shè)備(包括一臺(tái)清水泵、兩臺(tái)過(guò)濾器、一套一級(jí)除鹽設(shè)備和一臺(tái)混床);當(dāng)水位低于3m時(shí)，自動(dòng)投運(yùn)另一套制水設(shè)備。當(dāng)水位高于10m時(shí)，進(jìn)入設(shè)備的整體停運(yùn)，將所有設(shè)備按嚴(yán)格的操作順序停運(yùn)后，一級(jí)除鹽設(shè)備進(jìn)行再生。
(2) 運(yùn)行中機(jī)械過(guò)濾器達(dá)到規(guī)定過(guò)濾時(shí)間要切換到下一臺(tái)備用機(jī)械過(guò)濾器。一級(jí)除鹽的切換為陽(yáng)床出水Na+>10PPb或陰床出水電導(dǎo)>5us/cm、SiO2>100PPb中的任何一個(gè)?；齑驳那袚Q條件為出水導(dǎo)電度大于0.2qus/cm或SiO2>100PPb。
(3) 一級(jí)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(dòng)步序進(jìn)行。
(4) 混床再生過(guò)程間隔時(shí)間長(zhǎng)，故設(shè)計(jì)為半自動(dòng)步序進(jìn)行。
機(jī)械過(guò)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?；齑苍O(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(jí)除鹽設(shè)備采用單元連接方式。設(shè)備的運(yùn)行和再生采用西門子S7系列可編程序控制器控制。陽(yáng)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(dòng)操作。
再生設(shè)備采用計(jì)量箱加噴射器，CTN-1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(kāi)關(guān)控制，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備手動(dòng)、步操、半自動(dòng)和全自動(dòng)四種操作方式，同時(shí)也可在監(jiān)控系統(tǒng)上用軟件實(shí)現(xiàn)。
3.2 上位機(jī)監(jiān)控程序設(shè)計(jì)
本監(jiān)控系統(tǒng)是以微軟公司的Windows98/NT/2000為工作平臺(tái)使用組態(tài)王6.02開(kāi)發(fā)出來(lái)的。組態(tài)王是完全基于網(wǎng)絡(luò)的，是一種客戶/服務(wù)器模式，可在在配置其網(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。操作人員可在控制室向下位機(jī)發(fā)出各種控制命令，同時(shí)將生產(chǎn)過(guò)程中各種信息數(shù)據(jù)采集過(guò)來(lái)，反映在屏幕上的各種畫面中，使操作人員一目了然。
我們按工藝過(guò)程作出了各幅監(jiān)控畫面，對(duì)每一個(gè)工藝處理過(guò)程都可監(jiān)控及操作;根據(jù)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(dòng)、半自動(dòng)、步操和手動(dòng)。全自動(dòng)運(yùn)行方式即是無(wú)需人員干涉，當(dāng)一個(gè)陰、陽(yáng)床或混床水質(zhì)取樣儀表檢測(cè)水質(zhì)失效，程序自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)工藝流程;半自動(dòng)運(yùn)行方式則是連續(xù)自動(dòng)地完成一個(gè)工藝流程;步操運(yùn)行方式則是對(duì)于每一個(gè)工藝生產(chǎn)過(guò)程可由人工進(jìn)行單個(gè)步序的操作;手動(dòng)方式即是可由人工對(duì)每一個(gè)受控設(shè)備進(jìn)行一對(duì)一的啟/停、開(kāi)/關(guān)操作，尤其適用于設(shè)備初調(diào)或維修階段。在這四種運(yùn)行方式之間設(shè)計(jì)為無(wú)擾動(dòng)切換，這樣極大地方便了工廠運(yùn)行人員的操作維護(hù)。
各監(jiān)控界面可用于監(jiān)視流程狀態(tài)也可在畫面上對(duì)流程實(shí)施強(qiáng)制操作。將整個(gè)工藝流程在監(jiān)控畫面上反映出來(lái)，該畫面以虛擬儀表的方式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的信息，具有直觀、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的效果。在畫面中，受控件(如閥門等)狀態(tài)及反饋均可在受控件上直接顯示出來(lái)，我們通過(guò)不同的顏色表明設(shè)備的各個(gè)狀態(tài)，畫面流程隨工況的不同而動(dòng)態(tài)變化。畫面上標(biāo)有系統(tǒng)所有控件，在有模擬量輸入的控件(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(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生異常情況時(shí),操作員可直接在上位機(jī)按下急停按鈕,設(shè)備立即停止運(yùn)行;操作員也可以在現(xiàn)場(chǎng)直接手動(dòng)操作。

4 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能

此計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方案是使用工業(yè)計(jì)算機(jī)代替原有手動(dòng)控制系統(tǒng)。上位機(jī)、下位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)效率，實(shí)現(xiàn)效益最大化，同時(shí)在最大程度上保障人員的安全，方便了工廠運(yùn)行人員的維護(hù)。
此系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)以下功能:
(1) 實(shí)時(shí)監(jiān)視工藝流程
將整個(gè)工藝流程在監(jiān)控畫面上直觀實(shí)時(shí)的反映出來(lái)。本系統(tǒng)提供了精美的顯示屏幕、漢字菜單、加速鍵、按鈕等標(biāo)準(zhǔn)的窗口界面對(duì)象,對(duì)一些重要參數(shù)的輸入提供了漢字提示的填表式輸入對(duì)話框。在進(jìn)行重要操作或退出時(shí)均會(huì)提示確認(rèn)，人機(jī)界面做到人性化。
(2) 趨勢(shì)畫面及歷史曲線
各模擬量參數(shù)則用棒狀圖畫面動(dòng)態(tài)顯示，并有相關(guān)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖和歷史趨勢(shì)圖供操作人員參考，隨時(shí)查詢歷史數(shù)據(jù)。
(3) 報(bào)警項(xiàng)目及打印
在每幅系統(tǒng)圖上都有報(bào)警標(biāo)志，設(shè)備故障、無(wú)閥位反饋信號(hào)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(hào)，同時(shí)在配置的報(bào)警打印機(jī)中即時(shí)打印出來(lái)供運(yùn)行人員維修參考。
a) 無(wú)閥位反饋報(bào)警:根據(jù)用戶要求，無(wú)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(wú)閥位反饋的成組閥門，操作員應(yīng)到閥門現(xiàn)場(chǎng)查看，確定故障閥門并清除故障。
b) 泵故障:報(bào)警項(xiàng)目列出故障泵，提示操作員報(bào)修。因各泵均有備用泵，一旦在用泵出現(xiàn)故障則PLC自動(dòng)將系統(tǒng)切換到備用泵，不影響系統(tǒng)運(yùn)行。
(4) 參數(shù)顯示及參數(shù)設(shè)置
在系統(tǒng)可調(diào)出工藝過(guò)程中各種參數(shù)，操作人員可查看并進(jìn)行修改。
(5) 權(quán)限安全設(shè)置
在系統(tǒng)中，對(duì)操作人員設(shè)定一定的權(quán)限。操作人員輸入自己的密碼，可進(jìn)行自己權(quán)限以內(nèi)的操作，有效的防止了誤操作。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文將PLC控制結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(lái)，效果良好，受到用戶的好評(píng)。此系統(tǒng)為國(guó)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，具有很好的借鑒推廣價(jià)值。