1 引言
隨著火力發(fā)電廠單機容量的不斷增大，系統(tǒng)越來越復雜性，出于機組安全性和使用壽命的考慮，對水汽品質(zhì)的要求越來越嚴。實現(xiàn)化學水處理設備的自動化，是當今電廠化學技術發(fā)展的必然趨勢。
火電廠水處理監(jiān)控系統(tǒng)隨著自動化控制技術的發(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)手動操作，機械勞動強度大，已逐步淘汰;(2)有繼電器觸點控制系統(tǒng)，接線復雜，維護工作重大;(3)以計算機為基礎的專用工業(yè)計算機-PC程序控制。這一技術目前在火電廠中應用量最為廣泛，基本上能滿足生產(chǎn)需要，也是當今乃至今后研究發(fā)展的方向。
水處理系統(tǒng)的控制朝著高程度、高可靠性、智能化和無人值班方向發(fā)展，目前在生產(chǎn)現(xiàn)場運用得比較好的為數(shù)不多。電廠大多采用步序操作方式，少數(shù)好一點的采用半自動方式，是不得已而為之，其直接后果是造成部分控制功能閑置、人力資源的浪費和水質(zhì)合格率不高。
為了解決這個問題，本文提出一種對原有水處理系統(tǒng)進行改造的方案，將PLC控制與現(xiàn)場總線技術相結(jié)合，全面提高了該系統(tǒng)的自動化程度，使更有效更可靠更安全的運行。
2 補給水處理系統(tǒng)的工藝流程
天然水經(jīng)過混凝沉淀處理后，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，但實際上水中免不了殘留少量細小的懸浮顆粒，所以還需進一步對其進行處理，否則，當進行離子交換處理時，會污染交換劑，影響出水水質(zhì)。
水經(jīng)混凝和過濾處理后，雖然可除去其中的懸浮物和膠態(tài)物質(zhì)，但硬度并沒有改變，且堿度一般仍然較高，即使在水的預處理中采用了沉淀軟化，水中殘留的硬度和含鹽量仍無法達到鍋爐補給水的要求，還必須作進一步的軟化、除鹽處理。陰、陽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 化學水處理程控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)
漢川電廠補給水處理控制系統(tǒng)由下位機和上位機構(gòu)成兩級集散控制系統(tǒng)(DCS)?，F(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集、預處理、過程控制及向上位機傳送數(shù)據(jù)等任務由下位機完成，上位機負責全系統(tǒng)的控制、管理和信息綜合。
基本方案采用3臺西門子公司的SIMATIC S7-300可編程序控制器控制現(xiàn)場設備，依次為過濾器單元及泵、化學儀表等數(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，軟件開發(fā)平臺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、報警、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能的完整工業(yè)自動化軟件，具有很高的可靠性，是目前中國市場應用最多的組態(tài)軟件。
該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)的優(yōu)點。即控制功能分散、操作管理集中?？刂乒δ芊稚⒁馕吨到y(tǒng)實時響應快和系統(tǒng)危險分散、操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性。
PROFIBUS總線是當今國際上比較流行的一種現(xiàn)場總線，具有很好的靈活性和可靠性，在性能價格比上也有很大的優(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，因此選擇了PROFIBUS-DP方案作為現(xiàn)場通信方式。PROFIBUS現(xiàn)場總線將工業(yè)設備(傳感器、開關、可編程控制器等)通過標準接口連接到工業(yè)控制網(wǎng)絡上，從而減少了繁瑣的硬接線，而且現(xiàn)場總線改善了設備間和通信以及提高了系統(tǒng)的精度及實時性，提供了相當重要的設備級診斷功能。

3.1 下位機控制程序設計
將控制系統(tǒng)分為四個大的功能塊:整體投運、設備切換、清洗再生和整體停運。
(1) 除鹽水箱水位控制在5~10m，當水位低于5m時，自動按流程順序投運一套制水設備(包括一臺清水泵、兩臺過濾器、一套一級除鹽設備和一臺混床);當水位低于3m時，自動投運另一套制水設備。當水位高于10m時，進入設備的整體停運，將所有設備按嚴格的操作順序停運后，一級除鹽設備進行再生。
(2) 運行中機械過濾器達到規(guī)定過濾時間要切換到下一臺備用機械過濾器。一級除鹽的切換為陽床出水Na+>10PPb或陰床出水電導>5us/cm、SiO2>100PPb中的任何一個。混床的切換條件為出水導電度大于0.2qus/cm或SiO2>100PPb。
(3) 一級除鹽運行20個周期后要進行大反洗再生，設計為全自動步序進行。
(4) 混床再生過程間隔時間長，故設計為半自動步序進行。
機械過濾器設備采用并聯(lián)運行布置，運行及清洗操作實行遙控步序操作?；齑苍O備采用并聯(lián)運行布置，運行及再生操作實行遙控點操作。
一級除鹽設備采用單元連接方式。設備的運行和再生采用西門子S7系列可編程序控制器控制。陽床出口裝有電導表和硅表監(jiān)督終點，其運行和再生操作采用遙控手動操作。
再生設備采用計量箱加噴射器，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。
各項操作由一個轉(zhuǎn)換開關控制，可實現(xiàn)設備手動、步操、半自動和全自動四種操作方式，同時也可在監(jiān)控系統(tǒng)上用軟件實現(xiàn)。
3.2 上位機監(jiān)控程序設計
本監(jiān)控系統(tǒng)是以微軟公司的Windows98/NT/2000為工作平臺使用組態(tài)王6.02開發(fā)出來的。組態(tài)王是完全基于網(wǎng)絡的，是一種客戶/服務器模式，可在在配置其網(wǎng)絡時綁定TCP/IP協(xié)議，即可利用其網(wǎng)絡功能實現(xiàn)遠程控制。操作人員可在控制室向下位機發(fā)出各種控制命令，同時將生產(chǎn)過程中各種信息數(shù)據(jù)采集過來，反映在屏幕上的各種畫面中，使操作人員一目了然。
我們按工藝過程作出了各幅監(jiān)控畫面，對每一個工藝處理過程都可監(jiān)控及操作;根據(jù)電廠實際操作運行需要設計了四種操作運行方式:全自動、半自動、步操和手動。全自動運行方式即是無需人員干涉，當一個陰、陽床或混床水質(zhì)取樣儀表檢測水質(zhì)失效，程序自動進入下一個工藝流程;半自動運行方式則是連續(xù)自動地完成一個工藝流程;步操運行方式則是對于每一個工藝生產(chǎn)過程可由人工進行單個步序的操作;手動方式即是可由人工對每一個受控設備進行一對一的啟/停、開/關操作，尤其適用于設備初調(diào)或維修階段。在這四種運行方式之間設計為無擾動切換，這樣極大地方便了工廠運行人員的操作維護。
各監(jiān)控界面可用于監(jiān)視流程狀態(tài)也可在畫面上對流程實施強制操作。將整個工藝流程在監(jiān)控畫面上反映出來，該畫面以虛擬儀表的方式實時顯示現(xiàn)場的信息，具有直觀、動態(tài)、實時的效果。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，我們通過不同的顏色表明設備的各個狀態(tài)，畫面流程隨工況的不同而動態(tài)變化。畫面上標有系統(tǒng)所有控件，在有模擬量輸入的控件(如陰床電導值、定時器所余時間)旁顯示即時值，供用戶監(jiān)控。還可對現(xiàn)場儀表進行參數(shù)設置。在運行過程中發(fā)生異常情況時,操作員可直接在上位機按下急停按鈕,設備立即停止運行;操作員也可以在現(xiàn)場直接手動操作。

4 控制系統(tǒng)實現(xiàn)功能

此計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制方案是使用工業(yè)計算機代替原有手動控制系統(tǒng)。上位機、下位機與現(xiàn)場之間達到同步控制，實現(xiàn)遠距離監(jiān)控及操作，節(jié)約人力資源，提高勞動效率，實現(xiàn)效益最大化，同時在最大程度上保障人員的安全，方便了工廠運行人員的維護。
此系統(tǒng)具體實現(xiàn)以下功能:
(1) 實時監(jiān)視工藝流程
將整個工藝流程在監(jiān)控畫面上直觀實時的反映出來。本系統(tǒng)提供了精美的顯示屏幕、漢字菜單、加速鍵、按鈕等標準的窗口界面對象,對一些重要參數(shù)的輸入提供了漢字提示的填表式輸入對話框。在進行重要操作或退出時均會提示確認，人機界面做到人性化。
(2) 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，并有相關的實時趨勢圖和歷史趨勢圖供操作人員參考，隨時查詢歷史數(shù)據(jù)。
(3) 報警項目及打印
在每幅系統(tǒng)圖上都有報警標志，設備故障、無閥位反饋信號或模擬量參數(shù)報警信息除控制柜有聲光報警外，上位機畫面上亦有報警信號，同時在配置的報警打印機中即時打印出來供運行人員維修參考。
a) 無閥位反饋報警:根據(jù)用戶要求，無閥位反饋只用報警，不影響程序運行。閥位反饋按單步報警，報警項目列出無閥位反饋的成組閥門，操作員應到閥門現(xiàn)場查看，確定故障閥門并清除故障。
b) 泵故障:報警項目列出故障泵，提示操作員報修。因各泵均有備用泵，一旦在用泵出現(xiàn)故障則PLC自動將系統(tǒng)切換到備用泵，不影響系統(tǒng)運行。
(4) 參數(shù)顯示及參數(shù)設置
在系統(tǒng)可調(diào)出工藝過程中各種參數(shù)，操作人員可查看并進行修改。
(5) 權限安全設置
在系統(tǒng)中，對操作人員設定一定的權限。操作人員輸入自己的密碼，可進行自己權限以內(nèi)的操作，有效的防止了誤操作。
5 結(jié)束語
本文將PLC控制結(jié)合現(xiàn)場總線技術應用于化學水處理程控系統(tǒng)上，保證了整套水處理設備安全、高效、穩(wěn)定運行。投入運行以來，效果良好，受到用戶的好評。此系統(tǒng)為國內(nèi)新建火電廠水處理程控系統(tǒng)設計和老火電廠進行水處理技術改造，提供了一種理想解決方案，具有很好的借鑒推廣價值。