熱電廠水處理微機監(jiān)控系統(tǒng)
1 引言
熱電廠中，產生的生水中含有大量熱能，若能回收利用將產生很大的經濟效益。但生水中含有對設備有害的物質成分，直接利用的話會對汽輪機等設備產生腐蝕性破壞。因此，生水必須經過處理才能被重新利用。生水處理過程包括物理過濾、反滲透及混床反應三個主要步驟。根據(jù)要求控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)對70多個閥門和泵的控制及其狀態(tài)的監(jiān)視、對30多個模擬參數(shù)的采集顯示。經過分析，此系統(tǒng)采用ipc+plc方式。如圖1所示。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)框圖
2 工藝介紹
系統(tǒng)設計流量為100t/h。五套過濾器(其中一套備用、四套運行)、兩套反滲透系統(tǒng)(每套設計流量50t/h)和兩套混床(一套備用)。生水經過過濾器物理過濾后，由高壓泵打入反滲透系統(tǒng)進行等離子交換，然后進入混床酸堿環(huán)境，再經除鹽水箱，既可重新進入鍋爐進行蒸汽發(fā)電。運行一段時間后，當過濾器內的環(huán)境不滿足條件時，需要進行切換，備用過濾器投入運行，切換下的進行反洗操作，反洗完畢作為備用。同樣，混床切換下來后要進行再生操作。
3 組態(tài)
系統(tǒng)人機界面組態(tài)如圖2所示。
本系統(tǒng)組態(tài)軟件選用北京亞控公司的組態(tài)王6.5。在系統(tǒng)中的作用有:
(1) 監(jiān)視整個工藝
圖2 系統(tǒng)人機界面
對整個工藝進行監(jiān)視并可“軟手動”操作閥門及泵;
(2) 顯示狀態(tài)
顯示閥門、水泵、計量泵狀態(tài)，壓力、流量、水質及水箱液位等模擬量顯示;
(3) 有文字顯示報警的位置
進入系統(tǒng)的操作員口令，設備故障的歷史記錄，每項故障都有報警窗口，并有文字顯示報警的位置，以及語音提示;
(4) 模擬實現(xiàn)進水總流量表，濃水總流量表各一只(以上表現(xiàn)場不設，用上位機計算);
(5) 有報表、歷史曲線率等功能。
3.1 報表的實現(xiàn)
數(shù)據(jù)報表是反應生產過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對數(shù)據(jù)進行記錄的一種重要形式，是生產過程必不可少的一個部分。它既能反映系統(tǒng)實時的生產情況，也能對長期的生產過程進行統(tǒng)計、分析，使管理人員能夠實時掌握和分析生產情況。進入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)，創(chuàng)建一個報表窗口。報表創(chuàng)建完成后，呈現(xiàn)出的是一張空表或有套用格式的報表，還要對其進行加工—報表組態(tài)。報表的組態(tài)包括設置報表格式、編輯表格中顯示內容等。進行這些操作需通過“報表工具箱”中的工具或單擊鼠標右鍵彈出的快捷菜單來實現(xiàn)。報表在運行系統(tǒng)中單元格中數(shù)據(jù)的計算、報表的操作等都是通過組態(tài)王提供的一整套報表函數(shù)實現(xiàn)的。報表函數(shù)分為報表內部函數(shù)、報表單元格操作函數(shù)、報表存取函數(shù)、報表歷史數(shù)據(jù)查詢函數(shù)、統(tǒng)計函數(shù)、報表打印函數(shù)等。實時數(shù)據(jù)報表主要是來顯示系統(tǒng)實時的。除了在表格中實時顯示變量的值外，報表還可以按照單元格中設置的函數(shù)、公式等實時刷新單元格中的數(shù)據(jù)。在單元格中顯示變量的實時數(shù)據(jù)一般有兩種方法:
(1) 單元格中直接引用變量;
(2) 使用單元格設置函數(shù)。
3.2 歷史報表
歷史報表記錄了以往的生產記錄數(shù)據(jù)，對用戶來說是非常重要的。歷史報表的制作根據(jù)所需數(shù)據(jù)的不同有不同的制作方法，這里介紹兩種常用的方法:
(1) 向報表單元格中實時添加數(shù)據(jù);
(2) 使用歷史數(shù)據(jù)查詢函數(shù)。
3.3 報警的實現(xiàn)
報警是指當系統(tǒng)中某些量的值超過了所規(guī)定的界限時，系統(tǒng)自動產生相應警告信息，表明該量的值已經超限，提醒操作人員。報警允許操作人員應答。組態(tài)王中報警的處理方法是:當報警發(fā)生時，組態(tài)王把這些信息存于內存中的緩沖區(qū)中，報警在緩沖區(qū)中是以先進先出的隊列形式存儲，所以只有最近的報警在內存中。當緩沖區(qū)達到指定數(shù)目或記錄定時時間到時，系統(tǒng)自動將報警信息進記錄。報警的記錄可以是文本文件、開放式數(shù)據(jù)庫或打印機。另外，用戶可以從人機界面提供的報警窗中查看報警和事件信息。在組態(tài)王工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)詞典”中新建一個變量或選擇一個原有變量雙擊它，在彈出的“定義變量”對話框上選擇“報警定義”屬性頁。報警屬性頁可以分為以下幾個部分:
(1) 報警組名和優(yōu)先級選項;
(2) 模擬量報警定義區(qū)域;
(3) 開關量報警定義區(qū)域;
(4) 報警的擴展域的定義:報警的擴展域共有兩個，主要是對報警的補充說明、解釋。
組態(tài)王中提供了多種報警記錄和顯示的方式，如報警窗、數(shù)據(jù)庫、打印機等。組態(tài)王運行系統(tǒng)中報警的實時顯示是通過報警窗口實現(xiàn)的。報警窗口分為兩類:實時報警窗和歷史報警窗。實時報警窗主要顯示當前系統(tǒng)中存在的符合報警窗顯示配置條件的實時報警信息和報警確認信息，當某一報警恢復后，不再在實時報警窗中顯示。實時報警窗不顯示系統(tǒng)中的事件。歷史報警窗顯示當前系統(tǒng)中符合報警窗顯示配置條件的所有報警和事件信息。報警窗口中最大顯示的報警條數(shù)取決于報警緩沖區(qū)大小的設置。
4 plc控制
plc在系統(tǒng)中起主要控制作用。選用omron c200he系列plc，數(shù)字量輸入模塊采用id211，數(shù)字量輸出模塊采用oc225，模擬量輸入模塊采用ad003。plc程序主要包括開機、關機、過濾器反洗、混床再生以及連鎖程序。程序流程圖如圖3所示。
(1) 開機程序
從上位機發(fā)出開機信號到混床出水水質合格為止，具體過程:
過濾器正洗5分鐘→沖洗反滲透5-10分鐘，開電動進水閥直到反滲透壓力達到設定值，反滲透水質合格后，混床進行正洗直到水質合格，整個系統(tǒng)正常運行;
(2) 關機程序
上位機發(fā)出關機信號，停止混床，停止高壓泵，用中間水箱水沖洗反滲透系統(tǒng)，時間15分鐘;
圖3 系統(tǒng)流程圖
(3) 混床再生程序
應有跳步功能，所謂跳步功能就是進行一次再生程序后，若混床內部環(huán)境不符合要求，不必再全部執(zhí)行再生程序，而是可以選擇從哪一步開始執(zhí)行。另外，還應加上根據(jù)液位、壓力及閥門和泵的狀態(tài)進行連鎖的功能。
5 結束語
本系統(tǒng)綜合了計算機和plc的優(yōu)點，計算機作為上位機提供良好的人機界面，進行全系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，plc作為下位機執(zhí)行可靠有效的控制，利用工控組態(tài)軟件實現(xiàn)plc與計算機通信。系統(tǒng)結構簡潔，可靠性高，已成功的應用于某熱電廠的污水處理中，具有一定的推廣性。
參考文獻
[1] 組態(tài)軟件用戶手冊[z]. 北京亞控,2003.
[2] plc操作手冊[z]. 日本omron,1999，5.
熱電廠中，產生的生水中含有大量熱能，若能回收利用將產生很大的經濟效益。但生水中含有對設備有害的物質成分，直接利用的話會對汽輪機等設備產生腐蝕性破壞。因此，生水必須經過處理才能被重新利用。生水處理過程包括物理過濾、反滲透及混床反應三個主要步驟。根據(jù)要求控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)對70多個閥門和泵的控制及其狀態(tài)的監(jiān)視、對30多個模擬參數(shù)的采集顯示。經過分析，此系統(tǒng)采用ipc+plc方式。如圖1所示。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)框圖
2 工藝介紹
系統(tǒng)設計流量為100t/h。五套過濾器(其中一套備用、四套運行)、兩套反滲透系統(tǒng)(每套設計流量50t/h)和兩套混床(一套備用)。生水經過過濾器物理過濾后，由高壓泵打入反滲透系統(tǒng)進行等離子交換，然后進入混床酸堿環(huán)境，再經除鹽水箱，既可重新進入鍋爐進行蒸汽發(fā)電。運行一段時間后，當過濾器內的環(huán)境不滿足條件時，需要進行切換，備用過濾器投入運行，切換下的進行反洗操作，反洗完畢作為備用。同樣，混床切換下來后要進行再生操作。
3 組態(tài)
系統(tǒng)人機界面組態(tài)如圖2所示。
本系統(tǒng)組態(tài)軟件選用北京亞控公司的組態(tài)王6.5。在系統(tǒng)中的作用有:
(1) 監(jiān)視整個工藝
圖2 系統(tǒng)人機界面
對整個工藝進行監(jiān)視并可“軟手動”操作閥門及泵;
(2) 顯示狀態(tài)
顯示閥門、水泵、計量泵狀態(tài)，壓力、流量、水質及水箱液位等模擬量顯示;
(3) 有文字顯示報警的位置
進入系統(tǒng)的操作員口令，設備故障的歷史記錄，每項故障都有報警窗口，并有文字顯示報警的位置，以及語音提示;
(4) 模擬實現(xiàn)進水總流量表，濃水總流量表各一只(以上表現(xiàn)場不設，用上位機計算);
(5) 有報表、歷史曲線率等功能。
3.1 報表的實現(xiàn)
數(shù)據(jù)報表是反應生產過程中的數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，并對數(shù)據(jù)進行記錄的一種重要形式，是生產過程必不可少的一個部分。它既能反映系統(tǒng)實時的生產情況，也能對長期的生產過程進行統(tǒng)計、分析，使管理人員能夠實時掌握和分析生產情況。進入組態(tài)王開發(fā)系統(tǒng)，創(chuàng)建一個報表窗口。報表創(chuàng)建完成后，呈現(xiàn)出的是一張空表或有套用格式的報表，還要對其進行加工—報表組態(tài)。報表的組態(tài)包括設置報表格式、編輯表格中顯示內容等。進行這些操作需通過“報表工具箱”中的工具或單擊鼠標右鍵彈出的快捷菜單來實現(xiàn)。報表在運行系統(tǒng)中單元格中數(shù)據(jù)的計算、報表的操作等都是通過組態(tài)王提供的一整套報表函數(shù)實現(xiàn)的。報表函數(shù)分為報表內部函數(shù)、報表單元格操作函數(shù)、報表存取函數(shù)、報表歷史數(shù)據(jù)查詢函數(shù)、統(tǒng)計函數(shù)、報表打印函數(shù)等。實時數(shù)據(jù)報表主要是來顯示系統(tǒng)實時的。除了在表格中實時顯示變量的值外，報表還可以按照單元格中設置的函數(shù)、公式等實時刷新單元格中的數(shù)據(jù)。在單元格中顯示變量的實時數(shù)據(jù)一般有兩種方法:
(1) 單元格中直接引用變量;
(2) 使用單元格設置函數(shù)。
3.2 歷史報表
歷史報表記錄了以往的生產記錄數(shù)據(jù)，對用戶來說是非常重要的。歷史報表的制作根據(jù)所需數(shù)據(jù)的不同有不同的制作方法，這里介紹兩種常用的方法:
(1) 向報表單元格中實時添加數(shù)據(jù);
(2) 使用歷史數(shù)據(jù)查詢函數(shù)。
3.3 報警的實現(xiàn)
報警是指當系統(tǒng)中某些量的值超過了所規(guī)定的界限時，系統(tǒng)自動產生相應警告信息，表明該量的值已經超限，提醒操作人員。報警允許操作人員應答。組態(tài)王中報警的處理方法是:當報警發(fā)生時，組態(tài)王把這些信息存于內存中的緩沖區(qū)中，報警在緩沖區(qū)中是以先進先出的隊列形式存儲，所以只有最近的報警在內存中。當緩沖區(qū)達到指定數(shù)目或記錄定時時間到時，系統(tǒng)自動將報警信息進記錄。報警的記錄可以是文本文件、開放式數(shù)據(jù)庫或打印機。另外，用戶可以從人機界面提供的報警窗中查看報警和事件信息。在組態(tài)王工程瀏覽器“數(shù)據(jù)庫/數(shù)據(jù)詞典”中新建一個變量或選擇一個原有變量雙擊它，在彈出的“定義變量”對話框上選擇“報警定義”屬性頁。報警屬性頁可以分為以下幾個部分:
(1) 報警組名和優(yōu)先級選項;
(2) 模擬量報警定義區(qū)域;
(3) 開關量報警定義區(qū)域;
(4) 報警的擴展域的定義:報警的擴展域共有兩個，主要是對報警的補充說明、解釋。
組態(tài)王中提供了多種報警記錄和顯示的方式，如報警窗、數(shù)據(jù)庫、打印機等。組態(tài)王運行系統(tǒng)中報警的實時顯示是通過報警窗口實現(xiàn)的。報警窗口分為兩類:實時報警窗和歷史報警窗。實時報警窗主要顯示當前系統(tǒng)中存在的符合報警窗顯示配置條件的實時報警信息和報警確認信息，當某一報警恢復后，不再在實時報警窗中顯示。實時報警窗不顯示系統(tǒng)中的事件。歷史報警窗顯示當前系統(tǒng)中符合報警窗顯示配置條件的所有報警和事件信息。報警窗口中最大顯示的報警條數(shù)取決于報警緩沖區(qū)大小的設置。
4 plc控制
plc在系統(tǒng)中起主要控制作用。選用omron c200he系列plc，數(shù)字量輸入模塊采用id211，數(shù)字量輸出模塊采用oc225，模擬量輸入模塊采用ad003。plc程序主要包括開機、關機、過濾器反洗、混床再生以及連鎖程序。程序流程圖如圖3所示。
(1) 開機程序
從上位機發(fā)出開機信號到混床出水水質合格為止，具體過程:
過濾器正洗5分鐘→沖洗反滲透5-10分鐘，開電動進水閥直到反滲透壓力達到設定值，反滲透水質合格后，混床進行正洗直到水質合格，整個系統(tǒng)正常運行;
(2) 關機程序
上位機發(fā)出關機信號，停止混床，停止高壓泵，用中間水箱水沖洗反滲透系統(tǒng)，時間15分鐘;
圖3 系統(tǒng)流程圖
(3) 混床再生程序
應有跳步功能，所謂跳步功能就是進行一次再生程序后，若混床內部環(huán)境不符合要求，不必再全部執(zhí)行再生程序，而是可以選擇從哪一步開始執(zhí)行。另外，還應加上根據(jù)液位、壓力及閥門和泵的狀態(tài)進行連鎖的功能。
5 結束語
本系統(tǒng)綜合了計算機和plc的優(yōu)點，計算機作為上位機提供良好的人機界面，進行全系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，plc作為下位機執(zhí)行可靠有效的控制，利用工控組態(tài)軟件實現(xiàn)plc與計算機通信。系統(tǒng)結構簡潔，可靠性高，已成功的應用于某熱電廠的污水處理中，具有一定的推廣性。
參考文獻
[1] 組態(tài)軟件用戶手冊[z]. 北京亞控,2003.
[2] plc操作手冊[z]. 日本omron,1999，5.
本文標簽：熱電廠水處理微機監(jiān)控系統(tǒng)
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：南京塞姆泵業(yè)有限公司
