基于PLC的電廠化學(xué)水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王成玉 肖石

（中核控制系統(tǒng)工程有限公司，北京 100000）

近年來，人們的生活條件得到了極大的改善，他們在日常生活與工作中對電力資源的需求也越來越高，電廠發(fā)電機(jī)組的容量也隨之增加，而為了適應(yīng)這一發(fā)展需求，就必須從化學(xué)水質(zhì)量的提升入手，對化學(xué)水進(jìn)行嚴(yán)格的處理，而自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展則很好的滿足了這一要求。因此，針對PLC控制在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要的研究價(jià)值。

一、PLC控制技術(shù)的內(nèi)涵

PLC技術(shù)指的是通過編程的存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)的過程，在這期間，需要進(jìn)行計(jì)數(shù)、定時(shí)及各種邏輯上的運(yùn)算等命令。PLC技術(shù)的使用，我們就可以輕松的控制機(jī)械的生產(chǎn)過程，確保生產(chǎn)的精準(zhǔn)度和高質(zhì)量。PLC技術(shù)廣泛應(yīng)用后，一定會(huì)有效提升各領(lǐng)域生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)而提高各領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)我國社會(huì)的更快發(fā)展。

二、電廠水化學(xué)處理系統(tǒng)的簡單介紹

目前一般的電廠水化學(xué)處理系統(tǒng)都是由過濾器、陽床、陰床、混床組成，其系統(tǒng)按功能不同，可以分為化學(xué)除鹽系統(tǒng)和酸堿再生系統(tǒng)?；瘜W(xué)水處理一般會(huì)分成水過濾、一級除鹽和二級除鹽三個(gè)階段。其一般的處理過程為：工業(yè)水會(huì)被先送入到生水罐，在水罐中經(jīng)過水循環(huán)過濾去除掉懸浮雜質(zhì)，再經(jīng)過陽床來摩爾置換掉鈣離子、鎂離子和銨離子，然后在將這些水通入到真空除氣裝置，利用水在飽和狀態(tài)下的氣體溶解度為零的特點(diǎn)，來除去水中溶解的二氧化碳和氧氣，出來的水再經(jīng)過陰床，來去除水中的各種雜質(zhì)陰離子，如氯離子、硫酸根離子等，便得到了一級除鹽水，后被通入到混床來進(jìn)行二級除鹽，得到最終處理后的水，這些水可以直接被電廠的各種發(fā)電裝置所應(yīng)用。

三、基于PLC的電廠化學(xué)水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

（一）控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是整個(gè)控制系統(tǒng)的主心骨，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)越復(fù)雜，越集中，控制系統(tǒng)的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)越大，控制系統(tǒng)的可靠性就越低。因此提高控制系統(tǒng)的可靠性首先應(yīng)該設(shè)計(jì)簡潔可靠，危險(xiǎn)分散的控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在本論文中，化學(xué)水處理控制采用了集散控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，即將整個(gè)控制系統(tǒng)根據(jù)化學(xué)水處理系統(tǒng)的工藝流程設(shè)計(jì)成幾個(gè)獨(dú)立的控制子系統(tǒng)，各自進(jìn)行獨(dú)立控制，互不影響，同時(shí)為了防止信息孤島現(xiàn)象，又將所有子系統(tǒng)的信息進(jìn)行集中顯示和統(tǒng)一調(diào)度管理，做到了控制分散，管理集中。既不影響化學(xué)水控制系統(tǒng)的整體性能要求，又可以避免由于某個(gè)局部故障影響整個(gè)控制系統(tǒng)安全性風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而提高了控制系統(tǒng)的可靠性。

為有效降低系統(tǒng)各單元的MTTR，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中采用模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)中各個(gè)模塊具有單一的功能。如此以來，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)可以迅速定位，進(jìn)行及時(shí)維護(hù)，從而可以有效縮短系統(tǒng)的MTTR，有效的提高系統(tǒng)可正常使用的時(shí)間，使系統(tǒng)可靠性提高。同時(shí)，還可通過將系統(tǒng)設(shè)計(jì)成具有在線診斷故障功能的方法，采用硬件自診斷技術(shù)與故障部件的自動(dòng)隔離、自動(dòng)恢復(fù)和熱插撥技術(shù)相結(jié)合

（二）控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件是整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，提高控制系統(tǒng)硬件的可靠性就可以提高控制系統(tǒng)的整體可靠性。為此本論文在綜合了各方面因素的情況下確定了在硬件的主要模塊設(shè)計(jì)方面均采用冗余系統(tǒng)，以確保控制系統(tǒng)不發(fā)生由于主要模件故障而導(dǎo)致整體控制系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。CPU作為控制系統(tǒng)的核心部件采用了雙機(jī)熱備冗余系統(tǒng)，包括機(jī)架、CPU、電源、通訊模件、光纖均采用雙冗余配置。備機(jī)實(shí)時(shí)掃描主機(jī)程序，確保與主機(jī)程序同步一旦主機(jī)故障從機(jī)實(shí)時(shí)無擾接管控制權(quán)保證輸出的連續(xù)性。每個(gè)掃描周期開始的時(shí)候，主機(jī)將所有的狀態(tài)數(shù)據(jù)，非定位變量，DFB實(shí)例傳送給從機(jī)，保證CPU之間完全同步，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)控制真正意義的無擾切換，一個(gè)掃描周期足以完成所有數(shù)據(jù)的交換，通常切換時(shí)間為3-48ms，保證控制過程的高度可靠性。兩個(gè)PLC可以相隔2公里，CPU距離的增加對掃描周期無影響，兩個(gè)CPU均可做主機(jī)，誰先上電誰做主；同時(shí)上電，MAC地址小的熱備CPU做主站。

（三）控制系統(tǒng)軟件可靠性設(shè)計(jì)

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)使用模塊化思想，將系統(tǒng)軟件分成具有獨(dú)立功能的模塊單獨(dú)編程。模塊化編程一方面將整個(gè)程序進(jìn)行分系統(tǒng)和分段，使用一系統(tǒng)或同一種處理信號程序安排在同一張程序頁中，使程序條理清楚，便于查看。其次盡量采用功能塊圖表(FBD)的形式進(jìn)行編程，減少梯形圖(LD)的程序量，使程序結(jié)構(gòu)清晰。并且在原有功能塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行程序的二次開發(fā)，為現(xiàn)場同一類型的設(shè)備編寫專用功能塊，盡量減少整個(gè)程序容量及調(diào)用。如在本課題中針對本項(xiàng)目的特點(diǎn)專門編寫了模擬量顯示塊、報(bào)警功能塊、馬達(dá)控制功能塊、閥門控制功能塊等專有功能塊。

這種模塊化的編程讓一套極為復(fù)雜的系統(tǒng)程序變的結(jié)構(gòu)簡單、清晰明了。每個(gè)程序模塊完成獨(dú)立特定的功能，各個(gè)程序段和程序模塊之間聯(lián)系和依賴減少，在軟件系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)能夠快速查找到程序故障點(diǎn)進(jìn)而迅速排除，縮短了程序軟件的故障修復(fù)時(shí)間，相應(yīng)的就增加了軟件的可靠性，進(jìn)而提高了整體控制系統(tǒng)的可用性。

結(jié)束語：

社會(huì)的快速發(fā)展，對于電廠生產(chǎn)效率的要求也越來越高，這就需要加強(qiáng)自動(dòng)化的控制生產(chǎn)。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，將其合理應(yīng)用到電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)，能滿足電廠化學(xué)水處理自動(dòng)化的要求，提升電廠化學(xué)水處理效果。