PLC在伊敏發電廠化學水處理系統中的應用

摘 要：本文介紹了施奈德公司昆騰PLC在伊敏發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。伊敏發電廠一、二期程控先后投運，PLC控制系統需要控制預處理、反滲透、除鹽三大系統。邏輯完成系統的投運、停運、再生及檢修提示等工作，全部程序執行完畢后自動復位，重新執行。所有操作可選擇手動或者自動。

關鍵詞：PLC 控制系統 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、凝結水處理三大部分，化學水處理系統主要是為一期、二期機組提供品質合格的除鹽水，預防熱力設備結垢、腐蝕，確保生產安全穩定，并做到節約用水和控制環境污染。電廠一期水處理系統為全套俄供設備，工藝流程復雜，控制系統落后，故障率高，產水效率低，生產成本高，維護量大。同時，隨著電廠二期投產需水量加大，原來的生產工藝和產能已不能滿足要求，改造迫在眉睫。2004年夏季，發電廠率先對水處理系統進行改造，全套控制系統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，目前整套系統運行穩定，水處理完全滿足生產需要。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，是指以計算機技術為基礎的新型工業控制裝置。是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，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。可靠性是電氣控制設備的關鍵，到目前沒有任何一種工業控制設備能與可編程控制器的可靠性比肩。PLC采用大規模集成電路技術，生產工藝嚴格，并且采用先進的抗干擾技術，產品相當成熟。

功能完善，適用性強。PLC發展到今天形成了大、中、小不同規模的產品，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、環保等領域。

編程方便，易于使用。PLC是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。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控制。作為工業控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。PID調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。

開關量控制是PLC應用最廣泛的領域，取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、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完全利用其開關量進行工作。

數據處理。PLC具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。此外，PLC還具有通訊聯網功能、以及控制機器人、機床、電梯的運動控制功能。

2 控制系統

2.1 系統配置

系統由四臺上位計算機和兩套冗余PLC系統構成。上位計算機系統采用工業級計算機構成功能強大的監測與控制系統，計算機上安裝Intellutiong公司的iFIX3.5和Wonderware公司的intouch9.0工業監測與控制系統軟件，下位機采用Unity Pro concept2.6進行編程。通過合理的系統設計和系統組態，實現對整個化學水處理工藝流程的動態監視和控制。PLC選用施耐德公司140CPU53414A冗余控制器，控制系統采用雙機熱備冗余方式，通過遠程I/O的方式連接現場需要監測與控制的點，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的停機維護時間為零，最大限度的減少人對系統的干預。主控制系統熱備系統和遠程I/O控制站之間采用高性能的工業以太網總線傳輸網絡，實現信息的可靠、安全、穩定的傳輸。

上位計算機系統安裝與PLC控制單元之間采用工業以太網傳輸網絡。以太網屬國際標準，工業以太網已達到高傳輸安全性和可靠性要求，現已廣泛用于程序維護、向MIS和MES系統傳遞工廠數據、監控、連接人機界面、記錄事件和告警。通過以太網絡將上位計算機系統和現場監測與控制點緊密的結合為一個整體，構成一個完整的系統。在這樣高速傳輸網絡上，可以很方便的利用PLC系統所特有的功能，實現對整個控制系統的計算機在線遠程診斷功能。

2.2 控制策略

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

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

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

3 工藝流程

按照伊敏發電廠《化學運行規程》，一期、二期PLC控制系統完成預處理、反滲透、除鹽三大系統工作，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）熱網補水泵（2臺）換熱站熱網補充水箱反滲透水泵（3臺）除鹽系統（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。過濾系統包括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、泵后聯鎖電動閥、電動調節閥、程控電動閥、遠手操電動閥、壓力儀表等。過濾系統的程控控制包括以下三種運行狀態：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。

超濾系統。控制系統由壓力變送器、電動調節閥、氣動閥等組成。產水流量的大小控制調節閥的開度。超濾的操作由正常產水—反洗—正沖—產水……等按一定時間順序、循環進行。

反滲透系統。系統由保安過濾器、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。二級除鹽系統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、泵后聯鎖電動閥、電動調節閥、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。二級除鹽系統的程序控制包括以下六種運行狀態：除鹽設備逐級正洗啟動、除鹽設備循環正洗啟動、除鹽設備停止、除鹽設備運行失效后直接進行反洗、除鹽設備停止狀態下反洗、除鹽設備再生。

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

污凝水處理系統。污凝水處理除鹽系統由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節閥、程控電動閥、遠手操電動閥、流量儀表、導電度表、液位計等。污凝水處理系統程序控制包括以下三種運行狀態：設備啟動、設備停止、設備再生。

酸堿再生系統。酸堿系統是指化學除鹽系統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、泵后聯鎖電動閥、電動調節閥、程控電動閥、遠手操電動閥、流量儀表、導電度表、液位計等。酸堿再生系統程序控制包括程控加酸、加堿。

中和排水系統。中和排污系統是指化學除鹽系統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值在規定范圍內），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、計量泵及相關電動門、pH計、液位計等。

4 結語

伊敏發電廠水處理程控改造后，設備穩定性、自動化水平明顯提高，大大節約了生產和維護成本，主要體現在以下幾個方面。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，容易發生誤操作。程控可靠，其運行及再生過程由PLC發出指令按已經編制好的程序進行，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具備了實時監控技術和故障診斷技術，當程控系統有設備發生故障時，會執行系統復位。此時，各閥門全部關閉，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，便于廣大現場工程技術人員掌握。當生產工藝需要改變時，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，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] 伊敏發電廠[J].化學運行規程.

[2] 陽憲惠.現場總線技術及應用[M].清華大學出版社.