熱電廠化學水處理計算機監控系統

李珍

摘要：論述以循環水或中水為水源的熱電廠化學水處理計算機監控系統的結構、監視控制功能、軟件組態功能和特點，解決了化學水處理自動投入困難的問題，保證了電廠用水水質的要求。該化學水處理監控系統技術先進、功能完善、運行可靠，并具有現代化生產管理水平。

關鍵詞：熱電廠化學水；監控系統；可編程序控制器

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0024-03

0 引言

化學水處理系統是火電廠的主要輔助系統之一，它與電廠生產過程密切相關，其正常運行是保證機組穩發滿發的重要條件，因此如何可靠、有效地對其進行監控十分重要。目前，大型火電廠化學水處理系統大多采用可編程序控制器（PLC）與計算機組成一套監控系統進行控制。由于化學水處理系統設備數量多、操作步驟多、工藝復雜，因此在這種控制模式下，運行人員操作監視不便，系統管理困難。為了提高水處理系統的自動化程度，保證控制精度和制水質量，實現化學水處理系統的計算機監控是很有必要的[1]。為此我們設計出這套化學水處理監控系統，現已完成并成功實施。

1 化學水處理工藝流程簡述

該監控系統的工藝系統包括混凝澄清過濾處理系統、微濾/超濾、反滲透、除鹽系統、加藥系統等的控制。

水處理工藝系統流程如圖1所示。

此外，還有為維持上述工藝系統正常運行的加藥系統和反洗系統。

此熱電廠工程300MW機組化學水處理系統由澄清、過濾、微濾/超濾、反滲透系統及除鹽水系統組成。整個工藝系統分化學除鹽系統和酸堿再生系統。化學水的處理分過濾、一級除鹽和二級除鹽三個階段，除鹽原理采用陰陽離子交換法。其處理過程為：水源地來的生水經過濾器除去懸浮物等雜質，再經過陽床（陽離子交換器）除去Ca2+，Mg2+，Na+等陽離子，經除碳風機和中間水箱除去CO2，然后經過陰床（陰離子交換器）除去S042-，HC03-，HSi03-等陰離子，這是一級除鹽；然后再通過混床（混合離子交換器）進行二級精除鹽，從而得到高品質的除鹽水，此時化學水導電度小于0.2us/cm，將此除鹽水送入除鹽水箱供機爐使用。

2 控制系統的構成

該化學水監控系統是由管理層、控制層、現場層組成的計算機集散控制系統。系統選用施耐德Quantum PLC系列。PLC、操作員站均雙機熱備，通過以太網卡，交換機組成了擴展性好、通用性強、可靠性高的以太網環路系統。網絡結構如圖2。

管理層由3臺上位監控機、通信系統、網絡打印機、UPS電源等組成，其主要功能完成預處理工作站、超濾反滲透工作站、除鹽工作站化學水處理系統集中控制與管理。3臺上位監控機為1臺工程師站和2臺操作員站組成互為備用，監視用的CRT為大屏幕彩色顯示器。

控制層是自控系統的核心，控制層與管理層通過以太網交換機連接，PLC采用了施耐德Quantum系列具有熱備功能的PLC。Quantum Hot Standby是一種工業控制平臺，提供適用于各種條件的自動冗余。該系統的主要組件是兩個PLC，即一個“主”PLC和一個“備用”PLC。通過編程為檢測和響應已定義的系統狀況，Quantum Hot Standby系統可自動允許備用控制器接管過程的控制權，從而成為新的主控制器。這種切換的完成時間很短。可提高遠程工作站的系統可用性，可以在遠程子站繼續受控時在主機架中執行維護操作，不會影響系統正常運行。其主要功能對化學水處理各過程進行分散控制。

現場層是實現系統功能的基礎，由自動化儀表、控制閥門、控制泵、設備控制箱等組成。主要功能對系統設備的狀態進行監測，同時受控于上層所發送指令對執行機構進行控制。

3 PLC化學水處理系統

化學水處理系統有大量閥門、泵、風機等開關量控制，而且要求控制可靠性高。在本系統中，共有各種輸入/輸出量3000多點。PLC接收管理層的操作指令，自動執行控制程序，并采集現場設備的狀態以及就地儀表參數進行處理。

3.1 PLC的工藝步序

PLC所要完成的功能主要有以下幾部分。

3.1.1 過濾器的投運、反洗和備用

過濾器人口壓差高時，程序投人備用過濾器，同時停運該失效過濾器并進行反洗，直至其出口濁度合格后列人備用。

3.1.2 除鹽設備的投運、再生和備用

除鹽設備中，強陰床出口導電度高或硅酸根離子濃度高時，投入備用系列，對失效的陰、陽床同時進行再生。

3.1.3 混床的投運、再生和備用

混床出口導電度高或硅酸根離子濃度高時，投入備用系列，對失效的混床進行再生。

3.1.4 中和池排放和酸堿系統

程序根據中和池液位聯鎖關系及出口pH值，自動啟停中和池水泵及酸堿系統。

3.2 變頻器在化學水處理監控系統應用

在化學水處理過程中，加藥計量泵的藥劑的投加方式是直接影響出水水質和藥劑消耗的主要因素[2]。在實際操作中，對藥劑量要求控制嚴格，加藥量過少，保證不了水的品質；加藥 量過大，不僅要造成不必要的浪費，而且會導致環境污染。如果采用自動加藥系統，就可以根據實際工況，自動調節加藥量，使水的指標保持在最佳范圍之內。自動加藥系統的核心是變頻控制系統，通過現場儀表信號的反饋來調節計量泵的頻率從而改變出料的速度，以達到水體測量值的變化，這樣一來通過PID控制或模糊控制方式改變變頻器的輸出達到計量準確、節約能源的目的。化學水處理系統主要耗電設備為風機和水泵，提供優化的變頻控制方案，使被損耗的電能降低到額定值的50%到80%。

實踐證明在自控系統中應該用變頻器技術，既可以提高系統的運行經濟效益，又可以簡化操作程序減輕運行人員工作強度，降低勞動成本提高工作效率。endprint

3.3 運行方式

運行方式主要分為以下幾種：

（1）自動方式：在該運行方式下，PLC接收到上位機啟動指令后，自動進行制水，制水完成后自動停止。制水過程中，在上位機上可通過暫停、繼續按鈕控制設備的暫停及繼續運行，用中止按鈕可停止制水。PLC可根據設備失效情況自動再生，再生過程中，在上位機上可強制停止。由于設備故障或人為因素使步序中斷，都要對該步的閥門和泵的開啟狀態以及該步運行時間進行記憶，一旦排除故障或人為恢復，自動控制程序從原斷點開始完成之后的步序。

（2）程序控制設有步進操作，成組操作。根據每天進水水質、水量動態變量進行動態在線分析，將為工藝運行提供關鍵運行參數，選擇步進操作或成組操作完成操作步序，多種運行模式的選擇即節約資源，提高經濟效益。

（3）軟手操方式：在該運行方式下，運行人員通過鼠標在CRT上可對系統所有閥門、水泵、風機進行單獨操作控制。在極端情況時，如控制系統出現故障，造成局部設備運行失控，通過手動操作仍可以維持全廠的生產過程。

4 上位監控系統

上位監控系統由一臺工程師站和兩臺操作員站組成，操作員站是運行人員與系統進行交換的平臺。運行人員通過操作員站可監視各種動態畫面、參數趨勢圖、歷史趨勢圖及報警畫面等，還可依據需要對監視畫面進行修改和補充[3]。根據運行情況，運行人員通過操作員界面進行各種控制操作，并根據權限進行控制操作記錄。操作員站的主要功能是對現場的監控、存儲歷史數據、事故追憶記錄、打印等。

上位監控系統具有以下主要功能。

4.1 調度管理

化學水處理工藝運行與季節、氣候、設備運行狀況等因素有關，為實現化學水處理系統達到優化運行的目的，計算出當前最優工作參數，對化學水處理工藝運行進行優化調度，完成的數據監測、統計工作。

4.2 生產監視

操作人員通過操作站的顯示終端、顯示屏等顯示設備對生產過程進行監視，顯示設備或儀表的工作狀態、工藝數據及其歷史趨勢、數據圖形和列表。

4.3 過程控制

操作人員通過操作站的人機界面監視生產過程，調整工藝參數，操作員始終處于遠程監視與可控狀態中，實現對現場設備運行的過程控制。

4.4 數據管理

上位監控系統是全廠生產過程的數據、信息中心。上位監控系統數據庫中記錄由各個現場監控系統上報的現場數據，上位監控系統對這些數據進行處理，裝入歷史數據庫、生成生產報表、統計報表等。利用這些數據庫可進行質量、能耗、成本等分析，對設備的運行和維護周期進行管理。

4.5 報警管理

當工藝過程或設備運行出現異常，上位監控系統立即激活報警處理程序，記錄報警數據、同時發出聲光報警，提示操作管理人員。

4.6 操作記錄和事件記錄

對運行人員的操作及重要報警信息進行記憶，可方便地進行事故分析和故障尋找。操作分人為操作記錄和程序操作記錄。人為操作記錄記錄了操作員所有的操作和操作的時間和級別。程序操作記錄記錄程序運行的狀況，當出現故障或異常時便于判斷故障及其原因。此外還可對操作記錄打印，對歷史操作記錄可以查詢、打印。

4.7 報表及打印輸出

上位監控系統可自動生成班報表、日報表、月報表、季報表、年報表、事件驅動報表、故障報警報表等。報表中有實時數據和統計數據，并可以插入說明文字。系統生成的文本、列表、圖形、報表等內容全部可以在打印機上輸出。

4.8 自控系統維護、管理

工程師站的主要作用是配置系統硬件、形成控制策略、將生成的各類組態信息下載到操作員站和I/O控制站，使系統成為具有特定功能的監控系統。在系統運行過程中，工程師還在工程師站在線調試系統狀態參數，在線修改控制參數等。同時，工程師站也是系統的維護中心。

①系統組態：系統組態功能包括系統硬件配置和控制回路組態兩個主要功能。系統硬件配置是通過填表的方式完成對整個系統的硬件配置，包括對PLC控制站的個數配置，每個站的網絡地址的配置，及對I/O控制站內的各類I/O模板的型號、數量、模板的位置進行配置。控制回路組態是指用戶無需掌握編程語言就可看懂并能夠編寫自己的控制策略，在編寫程序過程中，系統會自動對所編寫的程序進行實時的檢查，隨時提醒修正錯誤并提在線幫助，直至生成無誤的控制策略。

②系統管理、維護功能：系統可進行文件下載，通過上位機軟件的PC→ PLC方式將系統配置、數據庫、控制回路等信息下載到I/O控制站。并可通過編程電纜，能夠在系統運行時，在控制回路組態圖上實時監視到策略的輸入、輸出數據及中間變量，以此來驗證控制策略的正確性。

5 化學水處理自控系統特點

化學水處理自控系統特點主要包含以下方面。

（1）采用雙控制器的冗余功能，保證系統運行可靠，在全廠各工藝流程段設置了相應的水質監測儀表，中控室設冗余監控管理計算機可以監測到全廠各設備的運行參數和運行狀態，隨時發現設備故障，并及時報警。

（2）自診斷功能，采用先進的智能化儀表和控制設備，利用其具有的自檢、自校和故障隔離功能，進一步提高設備故障的檢出率，縮小局部故障的影響范圍。endprint