化學水處理控制系統設計與應用

梁建斌

(華北電力大學，內蒙古 呼和浩特 010020)

化學水處理系統是給鍋爐供水的一個非常重要的輔助系統，其所制水質的好壞將直接影響鍋爐的使用效率和壽命。傳統的化學水處理系統多為人工操作或者繼電器控制，設備數量多、系統故障多、操作步驟多，工人勞動強度大，運行成本也高。而且由于大量的開關操作以及監測都是靠人工完成，還增加了誤操作的可能性。因此，為了保證化學水處理的出水品質，降低工作人員的勞動強度，提高生產效率和運行管理水平，很有必要設計出一套合適的化學水處理控制系統，將工作人員從那些繁復的操作中解放出來，提高化學水處理系統的自動化程度，也可以保證制水的質量。

1 化學水處理控制系統的設計方案

根據前面的敘述可知：生產上使用最廣泛的化學水處理方法是離子交換法，該方法是利用離子交換樹脂將水中溶鹽的離子吸收。基于這樣的前提，可以將化學水處理控制系統設計成如下方案。

1.1 在化學水處理車間共設計多組離子交換器，輪流進行水處理。這是因為離子交換樹脂在經過一段時間的運行之后會失去作用，這時需要將樹脂進行還原。為了使水處理過程保持連續，共設置多組離子交換器，輪流進行樹脂的還原，這樣始終保證至少有一組離子交換器處于工作狀態。

1.2 對于每組離子交換器，都設有控制裝置，其運行方式分別按照運行和再生自動進行。每組離子交換器由事先設定的運行水量以及檢測值決定是否進行再生，正常情況下是由預設水量進行控制的，如遇突發情況時可以通過監測值由人工進行控制。

1.3 整個控制系統可分為上位機和下位機。上位機的作用是提供一個人機交互界面，操作人員可以根據實際需要發出相應的指令，也非常直觀。下位機一般是基于PLC的硬件系統，包括數據處理模塊、通道模擬量輸入模塊、數字量輸入輸出模塊以及通訊模塊等，這些模塊的數量根據實際需要而定。

1.4 化學水處理控制系統的程序設計，可以按照所用PLC的指令要求，編制相應的程序。這些程序一般包括每套離子交換器的運行、再生等，具體的設計根據實際情況確定。

1.5 整個控制系統在Windows環境下運行，通過軟件驅動程序與PLC進行數據通訊，包括數據的采集和發送。

1.6 控制系統的操作畫面可以劃分為兩大類：操作員畫面和工程師畫面。操作員畫面主要面向操作人員，畫面內容直觀明了，便于人員操作;工程師畫面是為軟件工程師提供的重要界面，工程師可以進行參數的設定和修改，屬于控制系統的核心部分。

1.7 數據的輸出報表分為實時報表和歷史報表兩種。實時報表可以把當前的各種參數值立刻顯示出來，歷史報表包括日報、周報、月報和年報等，格式較為復雜，一般根據需要采用電子表格進行制作。

2 化學水處理控制系統在熱電廠的實際應用

一般的熱電廠都要用到鍋爐，而化學水處理系統是給鍋爐供水的重要輔助系統，設計一套合適的化學水處理控制系統，既可提高自動化程度，又可保證制水的質量。這里以某熱電廠實際為例，設計一套基于PLC的化學水處理控制系統，可以滿足生產需求，降低生產成本。具體做法如下：

2.1 整個系統由三套完全相同的制水設備組成，每套設備都包含運行和再生兩個過程。正常情況下一套設備供水，一套再生，另外一套作為備用，這樣即使是某套設備出現故障需要修理時也可以實現不間斷供水。

2.2 由于化學水處理過程的復雜性，對水質的要求非常高，因此控制系統采用基于PLC的控制方式來實現。PLC通過檢測元件采集數據，然后通過不同的功能模塊將數據傳輸至電腦CPU進行計算和處理，并在處理后通過操作員畫面顯示，進而實現各項監控功能。

2.3 整個控制系統主要分為上位機和下位機兩部分，其中上位機是監控管理系統，下位機是水處理控制系統，數據采集通過PLC完成。根據某熱電廠的實際監控要求，PLC總共需要144點輸入，72點輸出，一共216點。因此在選擇PLC設備時，可以采用模塊化的結構，這樣可以使系統配置更為靈活，也便于今后擴充的需要。這里我們選用了64點輸入模塊2塊，16點輸入模塊1塊，32點輸出模塊2塊，8點輸出模塊1塊，外加CPU模塊一塊。

2.4 根據化學水處理的工藝流程，控制系統對設備的控制主要分為運行和再生兩大部分。因此在系統的軟件設計時，上位機需要編制相應的監控程序，實現對測量數據和整個流程的顯示。上位機設置好各種控制界面，通過人機對話方式設定好各種調節參數，并將各項參數送入下位機的指定地址內。下位機則需要完成數據的采集和計算，并向上位機輸送數據和狀態信號，通過相應的控制模塊進行處理和輸出。

2.5 控制系統的軟件設計采取模塊化的設計方式，即將控制系統所需要完成的各種功能分成若干模塊，對各個模塊分別進行設計，這樣既可以提高效率，也便于程序的修改。根據熱電廠的實際，本控制系統的模塊主要包括以下幾個方面：(1)自動控制模塊。該模塊是整個控制系統的基礎和主要部分，包括運行和再生過程的自動控制。(2)手動操作模塊。該模塊是自動控制模塊的必要補充，因為有時會發生故障反饋信號異常等情況，這時就需要手動操作了。(3)通訊模塊。由于整個控制系統采用上位機和下位機結構，兩者之間的數據傳送就需要使用通訊模塊了。(4)處理模塊。該模塊是將各種信號進行處理的模塊，由于信號進入系統后，還需要對信號進行一定的處理才能識別和傳送，所以需要用到處理模塊。(5)報警模塊。當控制系統發出某個指令后，經過一定時間的延時還未執行到位的話，系統將報警，提醒工作人員采取相應措施，排除故障。

2.6 根據化學水處理系統的特點，監控系統設計成模擬畫面，畫面上顯示有各種參數的實時數據以及各種設備的運行狀態，畫面動態更新，更新速率可以達到1秒。

2.7 數據的輸出報表有隨機自動打印、請求打印和定時報表三種方式，可以滿足工作人員的各種需求。

3 結束語

化學水處理系統是給鍋爐供水的重要輔助系統，其控制系統的好壞直接影響到制水的質量。文中介紹了一種化學水處理控制系統的設計方案，通過在某熱電廠化學水處理系統的實際應用，證實了該系統的可行性。