曹淵 宋杰 朱彬 王立宇

摘? 要：隨著社會的發(fā)展，人們在生活工作中對電力能源的需求日益提高，這就導(dǎo)致了電廠工作量上升，使得電廠用水量和廢水量增加?；诖?，為提高水資源利用率，提高電廠運(yùn)作效率和效益，該文掌握設(shè)計(jì)應(yīng)用水處理設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)意義，分析電廠水處理設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，并研究其實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用路徑，以供相關(guān)技術(shù)工作參考。

關(guān)鍵詞：水處理設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)? ?PLC技術(shù)? ?數(shù)據(jù)采集? ?數(shù)據(jù)處理

中圖分類號：TM621.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）07（c）-0023-03

Abstract： With the development of society， people's demand for electric energy in life and work is increasing day by day， which leads to the increase of power plant workload and the increase of power plant water consumption and wastewater. Based on this， in order to improve the utilization rate of water resources and improve the operation efficiency and benefit of power plant， this paper grasps the significance of designing and applying the automatic control system of water treatment equipment， analyzes the specific design of the automatic control system of water treatment equipment in power plant， and studies its implementation and application path， so as to provide reference for relevant technical work.

Key Words： Automatic control system of water treatment equipment; PLC technology; Data acquisition; Data processing

科學(xué)技術(shù)水平的提高極大地推動(dòng)了電廠生產(chǎn)效率的提升，電力生產(chǎn)相關(guān)水處理設(shè)備愈發(fā)先進(jìn)，通過面向此類設(shè)備設(shè)計(jì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠有效提升水處理效率與效果。因此，應(yīng)研究該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，掌握技術(shù)要點(diǎn)，從而優(yōu)化水處理設(shè)備功能，對電廠發(fā)展起到推動(dòng)作用。

1? 探討水處理設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用意義

在電廠經(jīng)營發(fā)展過程中，電力生產(chǎn)工作需要大量的水資源，由于自來水和礦井水中夾雜著一定的雜質(zhì)，若是不對其進(jìn)行處理，則會直接影響到相關(guān)設(shè)備的運(yùn)作情況，久而久之，會造成嚴(yán)重的資源、經(jīng)濟(jì)損失。但是通過設(shè)計(jì)水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，能夠依托于該系統(tǒng)的預(yù)處理、反滲透脫鹽以及深度除鹽系統(tǒng)等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對大量水的有效、快速處理。與此同時(shí)，電廠給水效率較高，以往傳統(tǒng)的系統(tǒng)無法有效回收水資源，造成水資源不必要的浪費(fèi)，而依托于水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，相關(guān)工作人員能夠根據(jù)工藝開展和設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況對處理流程進(jìn)行調(diào)整，從而提高工作效率的同時(shí)，減少不必要的浪費(fèi)。

2? 分析電廠水處理設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)技術(shù)流程及控制范圍

電廠水處理設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要由3個(gè)子系統(tǒng)組成，分別為預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透脫鹽系統(tǒng)以及深度除鹽系統(tǒng)，除此之外，還具有5個(gè)輔助系統(tǒng)，分別為阻垢劑投加系統(tǒng)、過濾器反洗系統(tǒng)、氨液投加系統(tǒng)、RO清洗系統(tǒng)以及混床再生系統(tǒng)。其中，在設(shè)計(jì)預(yù)處理系統(tǒng)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)水中雜物的有效去除，比如：膠體或是懸浮物等，應(yīng)使用原水池、活性炭過濾器、升水泵、絮凝劑加藥以及雙介質(zhì)過濾器等設(shè)備裝置，從而為后續(xù)脫鹽處理工作的高效開展奠定良好基礎(chǔ)。而反滲透脫鹽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要使用反滲透膜組、5μ保安過濾器以及RO高壓泵等。某電廠在使用該子系統(tǒng)后，去除了97%以上的鹽分，為后續(xù)作業(yè)提供條件，有效降低了相關(guān)成本投入。在該系統(tǒng)組成下，其作業(yè)流程具體如圖1所示。

2.2 系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)

2.2.1 三層設(shè)備

設(shè)計(jì)水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)時(shí)，其三層設(shè)備分別為執(zhí)行層、控制層以及管理層。執(zhí)行層主要是指電力生產(chǎn)現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備，比如電機(jī)、雙介質(zhì)過濾層、傳感器設(shè)備以及反滲透膜組等;控制層設(shè)計(jì)包括PLC、現(xiàn)場手操器以及ET200M等設(shè)備;管理庫設(shè)計(jì)為工程師站、操作站以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等操作設(shè)備[1]。

2.2.2 兩級網(wǎng)絡(luò)

水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中兩極網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)主要分為控制級和監(jiān)控級，這是因?yàn)樗幚碓O(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化功能的實(shí)現(xiàn)意味著現(xiàn)場人員減少，所以PC端工作人員需要實(shí)時(shí)掌握水處理設(shè)備運(yùn)作情況，因此該系統(tǒng)不僅要具有控制性能，還需要能夠?qū)崟r(shí)采集現(xiàn)場信息供相關(guān)工作人員分析與研究。在設(shè)計(jì)控制級時(shí)，主要采用PLC技術(shù)。以某熱電廠為例，其擁有2座35 t/h燃?xì)忮仩t，在其運(yùn)作過程中，每天需要的二氧化硅和導(dǎo)電率分別在20 μg/L和0.2 μs/cm以下，且硬度約為0的合格水大概在250 t。在其需水量較大的情況下，該熱電廠主要使用礦井來水作為鍋爐用水的主要來源，但此類水資源水質(zhì)成分較為復(fù)雜，因此，為保證水處理工作和電力生產(chǎn)等作業(yè)的有序展開，需要配備高自動(dòng)化水平的控制系統(tǒng)[2]。

3? 研究電廠水處理設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)工作方式

通過硬件裝置和軟件的設(shè)計(jì)，水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)一共具有3種工作方式分，分別為自動(dòng)工作方式、自動(dòng)工作方式以及機(jī)旁手動(dòng)工作方式。首先，當(dāng)采取自動(dòng)工作方式時(shí)，水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的PLC技術(shù)能夠遠(yuǎn)程手動(dòng)檢測酸堿值、水位以及壓力等信息，掌握相關(guān)設(shè)備的運(yùn)作情況，根據(jù)具體處理和生產(chǎn)需求對設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，整個(gè)流程均不需要人工參與，工作效率得到極大的提高。其次，在采用遠(yuǎn)程手動(dòng)工作方式時(shí)，相關(guān)工作人員通過分析現(xiàn)場實(shí)際情況，在操作員站可以開展聯(lián)機(jī)設(shè)備操作等工作，從而對水處理流程進(jìn)行控制，保證處理作業(yè)有序展開。當(dāng)相關(guān)工作人員選擇某臺或幾臺設(shè)備并投入使用后，水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以自動(dòng)完成已選設(shè)備的啟停和監(jiān)控工作。最后，機(jī)旁手動(dòng)工作方式的使用主要在手動(dòng)試車場景和現(xiàn)場檢修場景。

3.2 相關(guān)設(shè)備的控制與聯(lián)鎖

在水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，相關(guān)設(shè)備的控制和聯(lián)鎖內(nèi)容主要包括設(shè)備的正常啟停以及設(shè)備出現(xiàn)故障后的啟停與急停。對于設(shè)備正常啟停而言，聯(lián)鎖投入后相關(guān)設(shè)備按設(shè)定的順序啟動(dòng)，一般情況下，遵循的主要原則為逆序停止，當(dāng)解除聯(lián)鎖后，相關(guān)工作人員需要以現(xiàn)場實(shí)際情況為基礎(chǔ)對設(shè)備進(jìn)行人工啟停。對于設(shè)備故障的啟停，當(dāng)聯(lián)鎖投入后設(shè)備運(yùn)行，若是在此過程中有設(shè)備出現(xiàn)故障，那么處于啟動(dòng)狀態(tài)的設(shè)備則會立即停運(yùn)，而未啟動(dòng)的設(shè)備則根據(jù)故障的具體位置對下游設(shè)備停止、延時(shí)停止以及繼續(xù)運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行判定，避免造成大規(guī)模的故障。而急停則主要發(fā)生在水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中某環(huán)節(jié)發(fā)生緊急事故時(shí)，通過將緊急停止按鈕按下，所有設(shè)備立刻停運(yùn)。

3.3 變頻器、自動(dòng)加藥調(diào)節(jié)

對于水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)而言，為有效提高水處理設(shè)備控制精準(zhǔn)程度，為其平穩(wěn)運(yùn)行和高效運(yùn)行提供保障，主要通過現(xiàn)場安裝變頻器和自動(dòng)加藥設(shè)備的方式。通過落實(shí)變頻器和自動(dòng)加藥調(diào)節(jié)機(jī)制，PLC能夠?qū)F(xiàn)場采集到的信息數(shù)據(jù)和信號進(jìn)行處理，比如：信號轉(zhuǎn)換、信號計(jì)算以及信息數(shù)據(jù)判斷等，在獲得可識別信息數(shù)據(jù)后，根據(jù)前期設(shè)定的程序可以以自動(dòng)化的方式將調(diào)節(jié)量信號輸出至加藥設(shè)備和變頻器，從而完成回路閉環(huán)調(diào)節(jié)。而PID閉環(huán)調(diào)節(jié)主要負(fù)責(zé)的工作內(nèi)容有混合離子交換器進(jìn)水量、雙介質(zhì)過濾器、自動(dòng)加藥設(shè)備以及水壓即水倉水位等設(shè)備的調(diào)節(jié)工作[3]。

3.4 采集并處理相關(guān)信息數(shù)據(jù)

針對現(xiàn)場信息數(shù)據(jù)的采集與處理，為實(shí)現(xiàn)該功能作用，主要利用對現(xiàn)場設(shè)備開關(guān)量和模擬量數(shù)據(jù)的采集，并將其輸入到PLC系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換以及邏輯分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行判斷，之后下放到ET200M分站，實(shí)現(xiàn)對水處理設(shè)備整體運(yùn)行狀態(tài)的及時(shí)、合理調(diào)整。與此同時(shí)，該信息數(shù)據(jù)也會同步上傳到操作員站，相關(guān)工作人員PC端以及顯示屏，能夠獲得設(shè)備運(yùn)行總貌畫面，掌握工藝流程，對各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄并生成報(bào)表，加強(qiáng)各類信息數(shù)據(jù)的可追溯性，為相關(guān)問題和故障的分析與總結(jié)提供重要參考依據(jù)。仍以某電廠為例，在應(yīng)用由上述軟件和硬件構(gòu)成的水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)后，有效緩解了工作的勞動(dòng)量，減少了人工操作帶來的失誤與損失，同時(shí)，電廠日產(chǎn)合格除鹽水大概有250 t，極大地提高了電廠的環(huán)保效益與經(jīng)濟(jì)效益[4-6]。

4? 結(jié)語

綜上所述，水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)對電廠整體電力生產(chǎn)工作、成本投入和經(jīng)濟(jì)效益具有極強(qiáng)現(xiàn)實(shí)意義。因此，應(yīng)對電廠實(shí)際情況出發(fā)，充分利用組態(tài)軟件的數(shù)據(jù)處理能力和PLC抗干擾能力構(gòu)建水設(shè)備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對水處理設(shè)備和工藝流程的控制、監(jiān)視以及數(shù)據(jù)采集，減少工作工作量的同時(shí)提高工作效率。

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