羅克韋爾集成架構在電站凝結水精處理控制系統中的應用

張 騫，李 煒（西安恒生工業自動化有限公司，陜西 西安 710075）

張錦儉（哈爾濱電站設備集團公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

凝結水精處理在200MW以上發電機組是必須配備的一個水質處理系統，是對整個電廠水汽系統中的凝結水進行除鹽和除濁處理，以保證循環使用的凝結水水質符合機組運行的要求，達到防止水汽系統產生腐蝕、結鹽和結垢的目的。印度某電站的凝結水精處理系統采用了羅克韋爾ControlLogix系列控制器并結合FactoryTalk系列人機界面，實現了工藝生產的實時監控，并對主要參數進行歷史記錄，使凝結水精處理系統能夠實現程序控制、HMI集中操作、生產輔助管理等功能，整套控制系統具有很高的自動化水平。

1 工藝流程

本電站凝結水控制系統由3×50%深層高速混床組成。高速混床為二臺運行，一臺備用，當某一臺高速混床出水不合格或壓差過大時，將啟動另一臺高速混床并進行再循環運行直至出水合格后并入系統。此時，將失效的高速混床解列，并將失效樹脂輸送至再生系統進行再生，然后將再生好的備用樹脂輸送至混床備用。混床系統設有旁路門，當凝結水入口溫度超過60℃或系統進出口壓差大于0.35MPa時自動打開，并關閉凝結水系統進出水母管總閥門。為了提高整個系統的控制水平，系統需要實時檢測介質的流量、壓力、差壓及溫度等生產過程參數。為監視出水是否合格，同時需要實時檢測介質的鈉離子、硅離子、PH及導電度等水質參數。

凝結水精處理主要工藝設備包括：3套混床單元，1套旁路單元，1套體外再生單元以及酸堿計量單元，羅茨風機單元，沖洗水泵單元，壓縮空氣單元，熱水箱單元，酸堿貯存及輸送單元和廢水排放單元。

2 硬件組成

根據系統分析及控制要求，凝結水精系統共需要數字量輸入控制點530個、數字量輸出控制點280個、模擬量輸入控制點120個、模擬量輸出控制點20個。根據以上系統要求的輸入/輸出數量和系統特性，采用羅克韋爾公司ControlLogix系列產品，控制器部分選用雙機熱備ControlLogix 1756-L61單元，遠程共設6個分站，通過冗余ControlNet網絡進行通訊。HMI系統配置兩臺工作站作為人機界面，一臺操作員站和一臺工程師站。操作員站能對整個系統進行監視與控制，工程師站對整個系統進行編程組態和控制邏輯修改且兼有操作員站功能。另外，配置打印機用于輸出報警、報表及歷史曲線等生產管理文檔。為滿足對水質的檢測，系統選用了流量變送器、液位開關、液位計、電導率、硅及鈉離子檢測儀等，從而提高系統的整體監控水平。系統架構如圖1所示。

圖1 系統架構圖

3 控制系統功能

根據工藝要求，系統完成數據采集、高速混床的自動化投運、再生及變頻機構控制等各種功能，現重點介紹其中幾個重要功能。

（1）基于ControlNet高速現場總線，可編程控制器系統的高性能快速I/O驅動直接與外圍設備進行通訊，對凝結水處理系統中的重要數據進行實時采集（如流量、PH值、電導率、鈉離子、硅離子等），并匯總在HMI畫面上，以數字、曲線的形式顯示，實現對整個系統運行狀態的實時監控。

（2）高速混床是凝結水處理系統過程中的核心設備，除鹽水經過高速混床的交換樹脂進行陰、陽離子轉換，從而除去水中的各種無機鹽類。高速混床投運分為混床補水、混床升壓、混床再循環及混床投運等步驟，按照預設的時間順序執行，高速混床在執行這些工藝步驟過程當中，當出口鈉離子、硅離子、PH及電導率任何一個參數超標，則表明交換樹脂已經失效，需要樹脂再生。這是一個典型的按照時間順序執行的工藝步驟，前一步執行時間到達預設時間或者根據其他的檢測環節作為進入下一步的條件，一步接一步執行所有的工藝步驟。筆者采用FactoryTalk 組件中的RSLogix 5000進行邏輯組態編程，采用梯形圖語言，創建每個工藝步驟詳細的設備開啟與關閉指令、開發工藝步驟之間的相互跳轉邏輯、開發不同的對工藝步驟的操作方法的邏輯。高速混床投運過程的邏輯圖如圖2所示。

調試過程中，采用FactoryTalk組件中RSlogix Emulate 5000進行模擬調試。

圖2 高速混床投運過程的邏輯圖

（3）HMI采用FactoryTalk組件中RSView SE進行畫面組態，RSView SE完整強大的SCADA功能，除具有數據顯示和畫面監控功能外，開發的帶統計和分析功能的聲光報警模塊，可輔助運行操作人員對工況和故障狀態做出準確快速判斷，及時采取相應措施，以報表的形式對所有重要參數進行報表自動打印，正確反映生產過程中各個工藝參數及設備運行狀況。用戶可以對必要的工藝參數進行設定，包括工藝步驟的執行時間、高低液位報警及閥門的開度等。軟件提供了用戶管理功能，該功能提供對用戶及用戶組的組態與授權工作，使對系統的登陸和訪問權限進行了有效的監控，實現了控制系統的安全管理。圖3為凝結水精處理系統的主工藝圖。

圖3 凝結水精處理系統的主工藝圖

4 系統運行

羅克韋爾的ControlLogix系列可編程邏輯控制器及相應HMI軟件在此項目上的成功應用，為工藝操作和生產監督提供了極大方便，減輕了操作人員的工作強度，提高了企業的管理效率和綜合水平，大大提高了生產現場自動化控制水平，為企業創造了巨大的經濟效益。