摘 要：本文介紹了施奈德公司昆騰PLC在伊敏發(fā)電廠化學水處理中的控制和應用。化學水處理的方法主要是離子交換法，即用離子交換樹脂將水中的離子吸收，除去水中鹽離子。伊敏發(fā)電廠一、二期程控先后投運，PLC控制系統(tǒng)需要控制預處理、反滲透、除鹽三大系統(tǒng)。邏輯完成系統(tǒng)的投運、停運、再生及檢修提示等工作，全部程序執(zhí)行完畢后自動復位，重新執(zhí)行。所有操作可選擇手動或者自動。

關(guān)鍵詞：PLC 控制系統(tǒng) 工藝與程序

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0024-02

伊敏發(fā)電廠化學水處理主要包括鍋爐補給水處理、污凝水處理、凝結(jié)水處理三大部分，化學水處理系統(tǒng)主要是為一期、二期機組提供品質(zhì)合格的除鹽水，預防熱力設備結(jié)垢、腐蝕，確保生產(chǎn)安全穩(wěn)定，并做到節(jié)約用水和控制環(huán)境污染。電廠一期水處理系統(tǒng)為全套俄供設備，工藝流程復雜，控制系統(tǒng)落后，故障率高，產(chǎn)水效率低，生產(chǎn)成本高，維護量大。同時，隨著電廠二期投產(chǎn)需水量加大，原來的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)能已不能滿足要求，改造迫在眉睫。2004年夏季，發(fā)電廠率先對水處理系統(tǒng)進行改造，全套控制系統(tǒng)選用施耐德公司昆騰PLC，并對就地一部分設備和元件進行了升級和改造。二期擴建反滲透部分也于2008年投入運行，目前整套系統(tǒng)運行穩(wěn)定，水處理完全滿足生產(chǎn)需要。本文主要討論化學水處理鍋爐補給水、污凝水部分，不包含凝結(jié)水處理部分。

1 PLC簡介

PLC是Programmable Logic Controller（PLC）的縮寫，是指以計算機技術(shù)為基礎的新型工業(yè)控制裝置。是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。

1.1 PLC的特點

高可靠性，抗干擾?？煽啃允请姎饪刂圃O備的關(guān)鍵，到目前沒有任何一種工業(yè)控制設備能與可編程控制器的可靠性比肩。PLC采用大規(guī)模集成電路技術(shù)，生產(chǎn)工藝嚴格，并且采用先進的抗干擾技術(shù)，產(chǎn)品相當成熟。

功能完善，適用性強。PLC發(fā)展到今天形成了大、中、小不同規(guī)模的產(chǎn)品，廣泛應用于石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、紡織、交通運輸、環(huán)保等領域。

編程方便，易于使用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。

維護方便，便于升級改造。PLC用存儲邏輯代替繼電器接線邏輯，大大減少了設備外部接線，自然降低了維護強度。同時系統(tǒng)冗余設計，從CPU、I/O點都可以按照使用人員的要求改變控制策略，進行改造和升級非常方便。

1.2 PLC的應用

過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。

開關(guān)量控制是PLC應用最廣泛的領域，取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。一些小型PLC完全利用其開關(guān)量進行工作。

數(shù)據(jù)處理。PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。此外，PLC還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能、以及控制機器人、機床、電梯的運動控制功能。

2 控制系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)由四臺上位計算機和兩套冗余PLC系統(tǒng)構(gòu)成。上位計算機系統(tǒng)采用工業(yè)級計算機構(gòu)成功能強大的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，計算機上安裝Intellutiong公司的iFIX3.5和Wonderware公司的intouch9.0工業(yè)監(jiān)測與控制系統(tǒng)軟件，下位機采用Unity Pro concept2.6進行編程。通過合理的系統(tǒng)設計和系統(tǒng)組態(tài)，實現(xiàn)對整個化學水處理工藝流程的動態(tài)監(jiān)視和控制。PLC選用施耐德公司140CPU53414A冗余控制器，控制系統(tǒng)采用雙機熱備冗余方式，通過遠程I/O的方式連接現(xiàn)場需要監(jiān)測與控制的點，遠程I/O由通訊處理器和昆騰140系列I/O模塊組成。冗余的主控制站可以保證系統(tǒng)的停機維護時間為零，最大限度的減少人對系統(tǒng)的干預。主控制系統(tǒng)熱備系統(tǒng)和遠程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，實現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。

上位計算機系統(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。以太網(wǎng)屬國際標準，工業(yè)以太網(wǎng)已達到高傳輸安全性和可靠性要求，現(xiàn)已廣泛用于程序維護、向MIS和MES系統(tǒng)傳遞工廠數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機界面、記錄事件和告警。通過以太網(wǎng)絡將上位計算機系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測與控制點緊密的結(jié)合為一個整體，構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)。在這樣高速傳輸網(wǎng)絡上，可以很方便的利用PLC系統(tǒng)所特有的功能，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的計算機在線遠程診斷功能。

2.2 控制策略

系統(tǒng)采用集中控制方式，通過PLC控制系統(tǒng)，運行人員可在控制室內(nèi)實現(xiàn)對整個化水工藝系統(tǒng)進行啟/停控制，正常運行監(jiān)視及異常工況的處理，也可通過鍵盤實現(xiàn)遠方軟手操。

程控邏輯設計要符合控制系統(tǒng)的控制和連鎖要求，完成電機啟停、閥門開關(guān)、液位調(diào)整、流量調(diào)整并根據(jù)實際需要監(jiān)視流量、壓力、溫度、pH值、導電度、酸堿度、二氧化硅、濁度等參數(shù)，所有參數(shù)做好報警記錄完成報警功能。

系統(tǒng)設置全自動、半自動、遠方軟手操三種控制方式，運行人員根據(jù)實際情況進行控制方式的選擇，完成各系統(tǒng)的投運、停運、自動、手動以及就地操作。

3 工藝流程

按照伊敏發(fā)電廠《化學運行規(guī)程》，一期、二期PLC控制系統(tǒng)完成預處理、反滲透、除鹽三大系統(tǒng)工作，由于一期程控改造、二期水處理擴建分屬兩套PLC控制，因此一期程序完成預處理、除鹽兩大功能，二期程序完成反滲透流程。

3.1 具體工藝流程如下

煤礦采煤疏干水（循環(huán)水排污水）生水泵（2臺）生水加熱器（2臺）泥渣懸浮澄清器（3臺）清水箱（3臺）清水泵（7臺）雙室過濾器（4臺）盤式過濾器（4臺）超濾裝置（4臺）超濾水箱（1臺）超濾水泵（5臺）保安過濾器（4臺）高壓泵（4臺）反滲透裝置（4臺）反滲透水箱（1臺）熱網(wǎng)補水泵（2臺）換熱站熱網(wǎng)補充水箱反滲透水泵（3臺）除鹽系統(tǒng)（3列+3混）除鹽水箱（2臺）除鹽水輸送泵（2臺）5000水箱（2臺）。

3.2 程序主要完成以下工作

過濾系統(tǒng)。過濾系統(tǒng)包括3臺澄清器、4臺雙室過濾器、四組盤式過濾器。參與程控的部件有澄清水泵、反洗水泵、泵后聯(lián)鎖電動閥、電動調(diào)節(jié)閥、程控電動閥、遠手操電動閥、壓力儀表等。過濾系統(tǒng)的程控控制包括以下三種運行狀態(tài)：雙室過濾器正洗啟動、過濾器停止、過濾器清洗。每組盤式過濾器由獨立小PLC控制器完成過濾和反洗任務，不進入大程控系統(tǒng)。

超濾系統(tǒng)。控制系統(tǒng)由壓力變送器、電動調(diào)節(jié)閥、氣動閥等組成。產(chǎn)水流量的大小控制調(diào)節(jié)閥的開度。超濾的操作由正常產(chǎn)水—反洗—正沖—產(chǎn)水……等按一定時間順序、循環(huán)進行。

反滲透系統(tǒng)。系統(tǒng)由保安過濾器、高壓泵、RO裝置、RO加藥裝置、RO清洗裝置、控制及儀表等組成，利用半透膜透水不透鹽的特性，去除水中的各種鹽分。

二級除鹽系統(tǒng)。二級除鹽系統(tǒng)由三個系列單元制除鹽設備組成，每一系列包括前置陽床、一級強酸陽床、一級弱堿陰床、除碳器、中間水箱、中間水泵、二級強酸陽床、二級強堿陰床。參與程控的部件有除碳風機、中間水泵、泵后聯(lián)鎖電動閥、電動調(diào)節(jié)閥、程控電動閥、遠手操電動閥、流量儀表、導電度表、硅表、液位計等。二級除鹽系統(tǒng)的程序控制包括以下六種運行狀態(tài)：除鹽設備逐級正洗啟動、除鹽設備循環(huán)正洗啟動、除鹽設備停止、除鹽設備運行失效后直接進行反洗、除鹽設備停止狀態(tài)下反洗、除鹽設備再生。

除鹽混床系統(tǒng)。除鹽混床系統(tǒng)包括兩臺體內(nèi)再生混合離子交換器。以及供再生用的酸堿系統(tǒng)，參與程控的部件有電動調(diào)節(jié)閥、程控電動閥、遠手操電動閥、流量儀表、導電度表、液位計等。除鹽混床系統(tǒng)的程序控制包括以下兩種運行狀態(tài)：混床順洗啟動、混床停止。

污凝水處理系統(tǒng)。污凝水處理除鹽系統(tǒng)由3臺污凝陽床及3臺污凝混床組成。參與程控的部件有電動調(diào)節(jié)閥、程控電動閥、遠手操電動閥、流量儀表、導電度表、液位計等。污凝水處理系統(tǒng)程序控制包括以下三種運行狀態(tài)：設備啟動、設備停止、設備再生。

酸堿再生系統(tǒng)。酸堿系統(tǒng)是指化學除鹽系統(tǒng)中各種離子交換器再生用酸堿的貯存和計量設備。參與程控的部件有自用水泵、酸堿再生泵、計量泵、泵后聯(lián)鎖電動閥、電動調(diào)節(jié)閥、程控電動閥、遠手操電動閥、流量儀表、導電度表、液位計等。酸堿再生系統(tǒng)程序控制包括程控加酸、加堿。

中和排水系統(tǒng)。中和排污系統(tǒng)是指化學除鹽系統(tǒng)中再生用廢水進入中和水池后，由程序控制加藥量，待廢水達到排放標準（pH值在規(guī)定范圍內(nèi)），自動排污。參與程控的部件有中和水泵、混酸混合器、混堿混合器、計量泵及相關(guān)電動門、pH計、液位計等。

4 結(jié)語

伊敏發(fā)電廠水處理程控改造后，設備穩(wěn)定性、自動化水平明顯提高，大大節(jié)約了生產(chǎn)和維護成本，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。保證了水處理設備的可靠運行。大型機組水處理設備龐大而且復雜，運行、再生操作多，容易發(fā)生誤操作。程控可靠，其運行及再生過程由PLC發(fā)出指令按已經(jīng)編制好的程序進行，每一步所動作的閥門、水泵、風機等都已預先設定，減少了誤操作機會。PLC具備了實時監(jiān)控技術(shù)和故障診斷技術(shù)，當程控系統(tǒng)有設備發(fā)生故障時，會執(zhí)行系統(tǒng)復位。此時，各閥門全部關(guān)閉，泵與風機全部停用。待查明故障，消除缺陷后可重新啟動。PLC編程簡單，常用的編程語言是梯形圖，這種編程語言形象、直觀，容易掌握，不需要專門的計算機知識，便于廣大現(xiàn)場工程技術(shù)人員掌握。當生產(chǎn)工藝需要改變時，可以對程序進行編輯，使用方便、靈活。降低生產(chǎn)成本，預處理不再使用生石灰和硫酸亞鐵，改用聚丙烯酰胺和聚合鋁后用藥量明顯減少。減輕勞動強度，提高勞動效率。投入程控系統(tǒng)，運行人員明顯減少，運行值班條件得到明顯改善。

參考文獻

[1] 伊敏發(fā)電廠[J].化學運行規(guī)程.

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