摘要：本文介紹了電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)自動(dòng)化控制的實(shí)現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線，完成了基于現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)的自動(dòng)化監(jiān)控和管理功能。
關(guān)鍵詞：PLC 現(xiàn)場(chǎng)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(guó)經(jīng)濟(jì)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(jìn)行新建或擴(kuò)建改造。深圳西部電廠原有4臺(tái)（#1—#4）300MW 機(jī)組，為提高發(fā)電能力又續(xù)建#5、#6機(jī)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(kuò)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(jìn)行監(jiān)控，自動(dòng)化水平不高并且效率很低。續(xù)建2臺(tái)機(jī)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(kuò)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(jìn)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(lái)水→蓄水池→升壓泵→活性炭過(guò)濾器→陽(yáng)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(guò)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行狀況的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和對(duì)水質(zhì)分析報(bào)告分析，自來(lái)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(shù)脂。因此，續(xù)建工程增加3臺(tái)高效纖維過(guò)濾器對(duì)自來(lái)水進(jìn)行深度過(guò)濾處理。
續(xù)建化學(xué)水處理系統(tǒng)流程為：自來(lái)水→蓄水池→升壓泵→高效纖維過(guò)濾器→活性炭過(guò)濾器→陽(yáng)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(yùn)行方式
原有120t/h出力的一級(jí)除鹽+混床設(shè)備2列，續(xù)建工程僅再擴(kuò)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(tái)高效過(guò)濾器采用并聯(lián)運(yùn)行方式，正常工況2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。高效過(guò)濾器不僅對(duì)續(xù)建工程所需的自來(lái)水進(jìn)行預(yù)處理，而且對(duì)原有系統(tǒng)的自來(lái)水也進(jìn)行預(yù)處理。
2臺(tái)活性炭過(guò)濾器和一級(jí)除鹽設(shè)備構(gòu)成一個(gè)系列，采用串聯(lián)運(yùn)行方式，正常工況2列運(yùn)行，一列備用。其中每系列的2臺(tái)活性炭過(guò)濾器，當(dāng)水質(zhì)好時(shí)1臺(tái)運(yùn)行（去除游離余氯），1臺(tái)備用；當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)惡化時(shí)2臺(tái)同時(shí)運(yùn)行（去除有機(jī)物）。
混床采用并聯(lián)，正常工況2臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。
3套一級(jí)除鹽單元與3臺(tái)混床之間設(shè)有切換閥門(mén)，受已有系統(tǒng)的限制，僅#1一級(jí)除鹽設(shè)備和#1混床與#2一級(jí)除鹽設(shè)備和#2混床可以同時(shí)交叉運(yùn)行，#1一級(jí)除鹽設(shè)備和#1混床與#3一級(jí)除鹽設(shè)備和#3混床可以同時(shí)交叉運(yùn)行。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，上述3列設(shè)備同時(shí)投入運(yùn)行，滿足最大的補(bǔ)給水量。
3 系統(tǒng)配置
系統(tǒng)由兩臺(tái)上位計(jì)算機(jī)和一套冗余PLC系統(tǒng)構(gòu)成。上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成功能強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)上安裝Intellutiong公司的FIX7.0工業(yè)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)軟件，通過(guò)合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化學(xué)水處理工藝流程的動(dòng)態(tài)監(jiān)視和控制。通過(guò)上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和強(qiáng)大的工業(yè)控制傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝工程的自動(dòng)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(jī)熱備冗余方式，通過(guò)遠(yuǎn)程I/O的方式連接現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)測(cè)與控制的點(diǎn)，遠(yuǎn)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(jī)維護(hù)時(shí)間為零，最大限度的減少人對(duì)系統(tǒng)的干預(yù)。主控制系統(tǒng)熱備系統(tǒng)和遠(yuǎn)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(shí)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(jì)算機(jī)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)以太網(wǎng)已達(dá)到高傳輸安全性和可靠性要求，現(xiàn)已廣泛用于程序維護(hù)、向MIS和MES系統(tǒng)傳遞工廠數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機(jī)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(dá)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(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)將上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制點(diǎn)緊密的結(jié)合為一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)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(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在線遠(yuǎn)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(yuǎn)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(guò)就地控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)制水，保證機(jī)組鍋爐的可靠用水?？刂葡渖线x用3位選擇開(kāi)關(guān)，分別為就地開(kāi)、就地關(guān)、遠(yuǎn)程控制。選擇遠(yuǎn)程控制時(shí)，控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對(duì)控制閥進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和動(dòng)作控制，對(duì)控制閥的控制可分選擇自動(dòng)和手動(dòng)方式。在自動(dòng)方式時(shí)控制閥受PLC邏輯程序控制，在手動(dòng)方式時(shí)控制閥由操作員直接在操作界面上點(diǎn)擊控制。
一級(jí)除鹽設(shè)備的投運(yùn)和再生由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。一級(jí)除鹽設(shè)備的出水導(dǎo)電率超過(guò)規(guī)定值或周期制水量達(dá)規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)解列并報(bào)警，然后自動(dòng)投入再生程序。混合離子交換器的投運(yùn)和再生由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，或者通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)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(guò)規(guī)定值，或周期制水量達(dá)規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)解列并報(bào)警，然后自動(dòng)投入再生程序。高效過(guò)濾器和活性碳過(guò)濾器由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可采用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。當(dāng)其進(jìn)出口壓差超過(guò)規(guī)定值，或周期制水量達(dá)規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)解列并報(bào)警，然后自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制（通過(guò)調(diào)節(jié)陽(yáng)床入口調(diào)節(jié)閥），使一級(jí)除鹽系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)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(mén)、泵等的控制狀態(tài)顯示，自動(dòng)／手動(dòng)／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(shí)時(shí)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(jí)除鹽、混床再生制水量。
系統(tǒng)控制每列除鹽裝置的投運(yùn)、停止和再生程序、自動(dòng)加酸加堿程序、自動(dòng)/半自動(dòng)啟動(dòng)另一列除鹽裝置程序等。對(duì)于順控設(shè)置必要的分步操作、成組操作或單獨(dú)操作等，并有跳步、中斷或旁路等操作功能。系統(tǒng)投運(yùn)以及活性炭清洗、一級(jí)除鹽再生和混床再生可由系統(tǒng)自動(dòng)完成或操作員步延、步進(jìn)手動(dòng)干預(yù)，在操作站界面上顯示各步驟設(shè)定時(shí)間和剩余時(shí)間以及步進(jìn)、步延指示等。
5 結(jié)束語(yǔ)
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(yùn)，經(jīng)過(guò)改造后自動(dòng)化控制水平明顯提高，制水量由原先的平均每小時(shí)120m3提升到平均每小時(shí)140—160m3，完全保證了6臺(tái)發(fā)電機(jī)組的用水需要。由于控制水平的提高，制水過(guò)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(jiǎn)易的操作性使得控制中心值班室由原來(lái)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(yùn)行可靠，生產(chǎn)效率明顯提高，因此受到用戶的好評(píng)，并經(jīng)常成為其它電廠同行參觀效仿的對(duì)象。
參考文獻(xiàn)：陽(yáng)憲惠《現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及應(yīng)用》，清華大學(xué)出版社；
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