LK在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用解決方案
1 應(yīng)用背景
電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)作為電廠輔機(jī)程控系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)鍋爐的安全性與生產(chǎn)的連續(xù)性，并影響著整個(gè)電廠的工作安全性和機(jī)組的使用壽命。
隨著化學(xué)水處理工藝的不斷更新變化，復(fù)雜程度越來(lái)越高，對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。一般電廠化學(xué)水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)都采用以PLC（可編程邏輯控制器）為主，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，功能包括對(duì)化學(xué)水處理過(guò)程的自動(dòng)化控制、狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)報(bào)警、統(tǒng)計(jì)打印等。
i. 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)：
■ 前置過(guò)濾器
前置過(guò)濾器的工作狀態(tài)有“備用”、“運(yùn)行”、“沖洗”三種狀態(tài)。“備用”狀態(tài)是過(guò)濾器處于靜止?fàn)顟B(tài)，要經(jīng)投運(yùn)程序后才具備運(yùn)行條件?！斑\(yùn)行”狀態(tài)是過(guò)濾器正常制水?！皼_洗”狀態(tài)是過(guò)濾器運(yùn)行失效后進(jìn)行反洗等一系列程序。操作方式分為全自動(dòng)、步進(jìn)/ 退、點(diǎn)操三種方式。全自動(dòng)控制按備用—運(yùn)行—沖洗—備用的順序循環(huán)進(jìn)行。步進(jìn)/ 退可以任意啟動(dòng)某一具體步序，該步結(jié)束后自動(dòng)停止。每臺(tái)設(shè)備只能處于一種狀態(tài)之下。反洗水泵在反洗時(shí)一備一用。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)水泵啟動(dòng)失效時(shí)自動(dòng)啟備用泵并報(bào)警，程序不中斷，當(dāng)備用泵也失效時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，程序中斷。一次門(mén)是帶定位器的調(diào)節(jié)閥，該閥開(kāi)度大小的調(diào)節(jié)在CRT/TFT畫(huà)面上以手操方式實(shí)現(xiàn)。
■ 混床和再生設(shè)備
混床和再生設(shè)備的工作狀態(tài)有“備用”、“運(yùn)行”、“樹(shù)脂輸送”、“再生”。備用狀態(tài)表示混床處于靜止?fàn)顟B(tài)，床內(nèi)為有效樹(shù)脂。運(yùn)行狀態(tài)表示混床經(jīng)升壓、投運(yùn)等一系列程序后進(jìn)入穩(wěn)定制水狀態(tài)。樹(shù)脂輸送表示混床失效樹(shù)脂送入陽(yáng)再生塔，再生好的樹(shù)脂送回混床。再生表示再生設(shè)備內(nèi)的樹(shù)脂進(jìn)行一系列的再生處理。防止樹(shù)脂輸送時(shí)混淆兩份樹(shù)脂，保證在充分的條件下開(kāi)始再生，必須建立以下輔助標(biāo)志：“允許樹(shù)脂輸送”和“允許再生”。
ii. 再生系統(tǒng)：
再生系統(tǒng)的控制方式與前置過(guò)濾器系統(tǒng)的控制方式基本相同。
圖3 電去離子法工藝流程圖
電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)作為電廠輔機(jī)程控系統(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)鍋爐的安全性與生產(chǎn)的連續(xù)性，并影響著整個(gè)電廠的工作安全性和機(jī)組的使用壽命。
隨著化學(xué)水處理工藝的不斷更新變化，復(fù)雜程度越來(lái)越高，對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)控制的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。一般電廠化學(xué)水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)都采用以PLC（可編程邏輯控制器）為主，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，功能包括對(duì)化學(xué)水處理過(guò)程的自動(dòng)化控制、狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)報(bào)警、統(tǒng)計(jì)打印等。
基于和利時(shí)公司LK的化學(xué)水處理系統(tǒng)應(yīng)用解決方案充分發(fā)揮了LK在可靠性、易用性、靈活性等方面技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。與常規(guī)控制方案相比，具有控制功能更強(qiáng)大、控制水平更高、開(kāi)放性更優(yōu)秀等方面特點(diǎn)。
2 電廠化學(xué)水處理子系統(tǒng)
電廠的水處理系統(tǒng)一般包含三個(gè)子系統(tǒng)：鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、凝結(jié)水處理系統(tǒng)、綜合水（廢水）系統(tǒng)。
•補(bǔ)給水系統(tǒng)由預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)、化學(xué)除鹽系統(tǒng)、酸堿系統(tǒng)四部分組成，控制范圍還包括水工凈水站。
凝結(jié)水系統(tǒng)主要工藝流程包括：凝結(jié)水精處理及樹(shù)脂再生系統(tǒng)、水汽取樣分析系統(tǒng)、化學(xué)加藥系統(tǒng)等幾個(gè)部分。凝結(jié)水精處理及樹(shù)脂再生系統(tǒng)包括混床、樹(shù)脂捕捉器、再循環(huán)泵、旁路及單元內(nèi)所有的管道、管件、閥門(mén)、就地儀表等；水汽取樣分析系統(tǒng)包括熱力系統(tǒng)的水汽取樣分析系統(tǒng)和凝汽器檢漏取樣分析系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)水汽取樣分析系統(tǒng)由高溫高壓架、儀表盤(pán)組成。凝汽器檢漏取樣分析系統(tǒng)由檢漏取樣架和分析儀表盤(pán)組成；化學(xué)加藥系統(tǒng)由三部分組成：給水及凝結(jié)水加氨系統(tǒng)；給水加聯(lián)氨系統(tǒng)；爐水加磷酸鹽系統(tǒng)。
•廢水系統(tǒng)用來(lái)處理電廠的全部廢水，包括灰渣廢水、化學(xué)廢水、生活廢水和脫硫廢水等。
電廠的水處理系統(tǒng)一般包含三個(gè)子系統(tǒng)：鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、凝結(jié)水處理系統(tǒng)、綜合水（廢水）系統(tǒng)。
•補(bǔ)給水系統(tǒng)由預(yù)處理系統(tǒng)、反滲透預(yù)脫鹽系統(tǒng)、化學(xué)除鹽系統(tǒng)、酸堿系統(tǒng)四部分組成，控制范圍還包括水工凈水站。
凝結(jié)水系統(tǒng)主要工藝流程包括：凝結(jié)水精處理及樹(shù)脂再生系統(tǒng)、水汽取樣分析系統(tǒng)、化學(xué)加藥系統(tǒng)等幾個(gè)部分。凝結(jié)水精處理及樹(shù)脂再生系統(tǒng)包括混床、樹(shù)脂捕捉器、再循環(huán)泵、旁路及單元內(nèi)所有的管道、管件、閥門(mén)、就地儀表等；水汽取樣分析系統(tǒng)包括熱力系統(tǒng)的水汽取樣分析系統(tǒng)和凝汽器檢漏取樣分析系統(tǒng)。熱力系統(tǒng)水汽取樣分析系統(tǒng)由高溫高壓架、儀表盤(pán)組成。凝汽器檢漏取樣分析系統(tǒng)由檢漏取樣架和分析儀表盤(pán)組成；化學(xué)加藥系統(tǒng)由三部分組成：給水及凝結(jié)水加氨系統(tǒng)；給水加聯(lián)氨系統(tǒng)；爐水加磷酸鹽系統(tǒng)。
•廢水系統(tǒng)用來(lái)處理電廠的全部廢水，包括灰渣廢水、化學(xué)廢水、生活廢水和脫硫廢水等。
1、鍋爐補(bǔ)給水處理
其主要目的是將天然水在進(jìn)入汽水系統(tǒng)之前除去水中的雜質(zhì),一般流程為:天然水→ 混凝沉淀→ 過(guò)濾→ 離子交換→ 補(bǔ)給水。主要的控制過(guò)程如下：
混凝沉淀：除去水中的小顆粒懸浮物和膠質(zhì)體物質(zhì)，有化學(xué)混凝和電混凝兩種方式。
過(guò)濾處理：除去混凝處理后的水中殘留的少量懸浮物，常采用石英砂或無(wú)煙煤或直接過(guò)濾。
化學(xué)除鹽：脫除清水含鹽(金屬離子和酸根)，使之成為可供鍋爐使用的無(wú)鹽水。包括陽(yáng)離子交換，去CO2，陰離子交換，混合離子交換等。
主要控制：濾池、澄清池、加藥設(shè)備、過(guò)濾器、陽(yáng)床、陰床、混床、水箱、泵、風(fēng)機(jī)、酸堿儲(chǔ)存和計(jì)量設(shè)備等。
其主要目的是將天然水在進(jìn)入汽水系統(tǒng)之前除去水中的雜質(zhì),一般流程為:天然水→ 混凝沉淀→ 過(guò)濾→ 離子交換→ 補(bǔ)給水。主要的控制過(guò)程如下：
混凝沉淀：除去水中的小顆粒懸浮物和膠質(zhì)體物質(zhì)，有化學(xué)混凝和電混凝兩種方式。
過(guò)濾處理：除去混凝處理后的水中殘留的少量懸浮物，常采用石英砂或無(wú)煙煤或直接過(guò)濾。
化學(xué)除鹽：脫除清水含鹽(金屬離子和酸根)，使之成為可供鍋爐使用的無(wú)鹽水。包括陽(yáng)離子交換，去CO2，陰離子交換，混合離子交換等。
主要控制：濾池、澄清池、加藥設(shè)備、過(guò)濾器、陽(yáng)床、陰床、混床、水箱、泵、風(fēng)機(jī)、酸堿儲(chǔ)存和計(jì)量設(shè)備等。
2、凝結(jié)水處理
凝結(jié)水處理系統(tǒng)包括凝結(jié)水精處理系統(tǒng)和體外再生系統(tǒng)。一般由高速混床、陽(yáng)樹(shù)脂再生罐、陰樹(shù)脂再生罐、再循環(huán)泵、樹(shù)脂存儲(chǔ)罐、混脂罐、酸堿設(shè)備、沖洗水泵、風(fēng)機(jī)等組成。凝結(jié)水處理系統(tǒng)中的設(shè)備大都是周期性工作的，要求定時(shí)進(jìn)行還原和再生。
凝結(jié)水處理系統(tǒng)包括凝結(jié)水精處理系統(tǒng)和體外再生系統(tǒng)。一般由高速混床、陽(yáng)樹(shù)脂再生罐、陰樹(shù)脂再生罐、再循環(huán)泵、樹(shù)脂存儲(chǔ)罐、混脂罐、酸堿設(shè)備、沖洗水泵、風(fēng)機(jī)等組成。凝結(jié)水處理系統(tǒng)中的設(shè)備大都是周期性工作的，要求定時(shí)進(jìn)行還原和再生。
i. 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)：
■ 前置過(guò)濾器
前置過(guò)濾器的工作狀態(tài)有“備用”、“運(yùn)行”、“沖洗”三種狀態(tài)。“備用”狀態(tài)是過(guò)濾器處于靜止?fàn)顟B(tài)，要經(jīng)投運(yùn)程序后才具備運(yùn)行條件?！斑\(yùn)行”狀態(tài)是過(guò)濾器正常制水?！皼_洗”狀態(tài)是過(guò)濾器運(yùn)行失效后進(jìn)行反洗等一系列程序。操作方式分為全自動(dòng)、步進(jìn)/ 退、點(diǎn)操三種方式。全自動(dòng)控制按備用—運(yùn)行—沖洗—備用的順序循環(huán)進(jìn)行。步進(jìn)/ 退可以任意啟動(dòng)某一具體步序，該步結(jié)束后自動(dòng)停止。每臺(tái)設(shè)備只能處于一種狀態(tài)之下。反洗水泵在反洗時(shí)一備一用。當(dāng)?shù)谝慌_(tái)水泵啟動(dòng)失效時(shí)自動(dòng)啟備用泵并報(bào)警，程序不中斷，當(dāng)備用泵也失效時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，程序中斷。一次門(mén)是帶定位器的調(diào)節(jié)閥，該閥開(kāi)度大小的調(diào)節(jié)在CRT/TFT畫(huà)面上以手操方式實(shí)現(xiàn)。
■ 混床和再生設(shè)備
混床和再生設(shè)備的工作狀態(tài)有“備用”、“運(yùn)行”、“樹(shù)脂輸送”、“再生”。備用狀態(tài)表示混床處于靜止?fàn)顟B(tài)，床內(nèi)為有效樹(shù)脂。運(yùn)行狀態(tài)表示混床經(jīng)升壓、投運(yùn)等一系列程序后進(jìn)入穩(wěn)定制水狀態(tài)。樹(shù)脂輸送表示混床失效樹(shù)脂送入陽(yáng)再生塔，再生好的樹(shù)脂送回混床。再生表示再生設(shè)備內(nèi)的樹(shù)脂進(jìn)行一系列的再生處理。防止樹(shù)脂輸送時(shí)混淆兩份樹(shù)脂，保證在充分的條件下開(kāi)始再生，必須建立以下輔助標(biāo)志：“允許樹(shù)脂輸送”和“允許再生”。
ii. 再生系統(tǒng)：
再生系統(tǒng)的控制方式與前置過(guò)濾器系統(tǒng)的控制方式基本相同。
3、綜合水（廢水）處理
廢水系統(tǒng)用來(lái)處理電廠的全部廢水，包括灰渣廢水、化學(xué)廢水、生活廢水和脫硫廢水等。一般情況下，廢水不作為回收利用的對(duì)象，只進(jìn)行達(dá)標(biāo)水處理排放。工藝比鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、凝結(jié)水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不再贅述。
廢水系統(tǒng)用來(lái)處理電廠的全部廢水，包括灰渣廢水、化學(xué)廢水、生活廢水和脫硫廢水等。一般情況下，廢水不作為回收利用的對(duì)象，只進(jìn)行達(dá)標(biāo)水處理排放。工藝比鍋爐補(bǔ)給水系統(tǒng)、凝結(jié)水處理系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不再贅述。
3 化學(xué)水處理典型工藝介紹
目前發(fā)電廠水處理的典型工藝有：
離子交換法
離子交換法，即利用離子交換樹(shù)脂將水中溶鹽的離子吸收。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行以后，離子交換樹(shù)脂會(huì)失效，這時(shí)就需要停止運(yùn)行以對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生（還原），以便使樹(shù)脂可以重新使用（陽(yáng)離子交換樹(shù)脂失效時(shí)，使用酸進(jìn)行再生，陰離子交換樹(shù)脂失效時(shí)，使用堿進(jìn)行再生) 。
目前發(fā)電廠水處理的典型工藝有：
離子交換法
離子交換法，即利用離子交換樹(shù)脂將水中溶鹽的離子吸收。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行以后，離子交換樹(shù)脂會(huì)失效，這時(shí)就需要停止運(yùn)行以對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行再生（還原），以便使樹(shù)脂可以重新使用（陽(yáng)離子交換樹(shù)脂失效時(shí)，使用酸進(jìn)行再生，陰離子交換樹(shù)脂失效時(shí)，使用堿進(jìn)行再生) 。
圖1 離子交換法水處理工藝流程圖
RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)
RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)，是先進(jìn)和節(jié)能的脫鹽技術(shù)，其原理是利用高分子材料經(jīng)過(guò)特殊工藝制成的半透膜，它只容許水分子通過(guò)，而不容許溶質(zhì)通過(guò)。在高壓泵的壓力作用下，原水中的水壓超過(guò)滲透壓，水分子則透過(guò)半透膜進(jìn)入另一側(cè)，從而獲得除鹽水、純凈水。而原水中的溶解和非溶解的無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、菌體、膠體等物質(zhì)均無(wú)法通過(guò)半透膜，被截留在濃水中。
RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)，是先進(jìn)和節(jié)能的脫鹽技術(shù)，其原理是利用高分子材料經(jīng)過(guò)特殊工藝制成的半透膜，它只容許水分子通過(guò)，而不容許溶質(zhì)通過(guò)。在高壓泵的壓力作用下，原水中的水壓超過(guò)滲透壓，水分子則透過(guò)半透膜進(jìn)入另一側(cè)，從而獲得除鹽水、純凈水。而原水中的溶解和非溶解的無(wú)機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、菌體、膠體等物質(zhì)均無(wú)法通過(guò)半透膜，被截留在濃水中。
圖2 反滲透水處理工藝流程圖
EDI (ElectroDeIonization ) 填充床電滲析
EDI (ElectroDeIonization ) 填充床電滲析，又稱(chēng)電去離子法，是一種將離子交換技術(shù)、離子交換膜技術(shù)和離子電遷移技術(shù)相結(jié)合的水處理技術(shù)。利用離子交換能深度脫鹽來(lái)克服電滲析極化而導(dǎo)致的脫鹽不徹底，利用電滲析極化而發(fā)生水電離產(chǎn)生Ｈ+和ＯＨ-離子實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂自再生來(lái)克服樹(shù)脂失效后通過(guò)化學(xué)藥劑再生的缺陷，是20世紀(jì)80年代以來(lái)逐漸興起的新技術(shù)。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，EDI技術(shù)已經(jīng)在北美及歐洲占據(jù)了相當(dāng)部分的市場(chǎng)。
EDI (ElectroDeIonization ) 填充床電滲析，又稱(chēng)電去離子法，是一種將離子交換技術(shù)、離子交換膜技術(shù)和離子電遷移技術(shù)相結(jié)合的水處理技術(shù)。利用離子交換能深度脫鹽來(lái)克服電滲析極化而導(dǎo)致的脫鹽不徹底，利用電滲析極化而發(fā)生水電離產(chǎn)生Ｈ+和ＯＨ-離子實(shí)現(xiàn)樹(shù)脂自再生來(lái)克服樹(shù)脂失效后通過(guò)化學(xué)藥劑再生的缺陷，是20世紀(jì)80年代以來(lái)逐漸興起的新技術(shù)。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，EDI技術(shù)已經(jīng)在北美及歐洲占據(jù)了相當(dāng)部分的市場(chǎng)。
圖3 電去離子法工藝流程圖
幾種典型工藝的比較
表1 給出了離子交換、反滲透、電去離子三種典型化學(xué)水處理工藝的比較。從表中可以看到，從處理技術(shù)的先進(jìn)性、處理效果、對(duì)環(huán)境的污染等方面電去離子法相對(duì)于另外兩種方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景廣闊，但由于其項(xiàng)目的前期資金投入比較多，對(duì)原水水質(zhì)要求較高和其他方面的因素，在國(guó)內(nèi)電廠化學(xué)水處理工藝上應(yīng)用范圍還很有限。離子交換法和反滲透法需要的項(xiàng)目前期資金投入相對(duì)較少，而且在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較普遍、工藝比較成熟。
表1 給出了離子交換、反滲透、電去離子三種典型化學(xué)水處理工藝的比較。從表中可以看到，從處理技術(shù)的先進(jìn)性、處理效果、對(duì)環(huán)境的污染等方面電去離子法相對(duì)于另外兩種方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景廣闊，但由于其項(xiàng)目的前期資金投入比較多，對(duì)原水水質(zhì)要求較高和其他方面的因素，在國(guó)內(nèi)電廠化學(xué)水處理工藝上應(yīng)用范圍還很有限。離子交換法和反滲透法需要的項(xiàng)目前期資金投入相對(duì)較少，而且在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較普遍、工藝比較成熟。
表1 幾種典型化學(xué)水處理工藝的比較表
|
比較項(xiàng)目 |
傳統(tǒng)除鹽方式 |
改良的除鹽方式 |
綠色的除鹽方式 |
|
處理方法 |
離子交換 |
反滲透，RO |
電除鹽，EDI |
|
項(xiàng)目初期投資 |
低 |
中 |
高 |
|
運(yùn)行費(fèi)用 |
高 |
中 |
低 |
|
環(huán)境污染程度 |
高 |
中 |
無(wú) |
|
進(jìn)水水質(zhì)要求 |
低 |
中 |
高 |
|
出水連續(xù)性 |
低 |
中 |
高 |
|
產(chǎn)水率 |
低 |
中 |
高 |
|
出水水質(zhì) |
低 |
中 |
高 |
4 基于LK PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
目前，離子交換法化學(xué)水處理工藝在電廠中應(yīng)用最為普遍，其控制系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)水處理設(shè)備，以及相關(guān)的閥門(mén)、水泵等設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)化學(xué)水處理流程的整體投運(yùn)、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運(yùn)等工序的自動(dòng)控制。
目前，離子交換法化學(xué)水處理工藝在電廠中應(yīng)用最為普遍，其控制系統(tǒng)主要是通過(guò)對(duì)水處理設(shè)備，以及相關(guān)的閥門(mén)、水泵等設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)化學(xué)水處理流程的整體投運(yùn)、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運(yùn)等工序的自動(dòng)控制。
化學(xué)水處理自動(dòng)化控制系統(tǒng)由兩臺(tái)操作員站、一臺(tái)工程師站和三個(gè)冗余PLC控制站構(gòu)成。上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成功能強(qiáng)大的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)上安裝和利時(shí)公司的FacView工業(yè)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)軟件，通過(guò)合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化學(xué)水處理工藝流程的動(dòng)態(tài)監(jiān)視和控制。通過(guò)上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和強(qiáng)大的工業(yè)控制傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝工程的自動(dòng)化管理和控制。
PLC選用和利時(shí)公司HOLLiAS LK系列PLC冗余控制器，控制系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備冗余方式，通過(guò)遠(yuǎn)程I/O的方式連接現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)測(cè)與控制的點(diǎn)。冗余的主控制站可以保證系統(tǒng)的停機(jī)維護(hù)時(shí)間為零，最大限度的減少人對(duì)系統(tǒng)的干預(yù)。主控制系統(tǒng)熱備系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O控制站之間采用高性能的冗余PROFIBUS-DP工業(yè)總線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。PROFIBUS-DP是一種高速和便宜的現(xiàn)場(chǎng)總線，它專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)為自動(dòng)控制系統(tǒng)和設(shè)備級(jí)分散的I/O之間進(jìn)行通信使用。
上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與PLC控制單元之間采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)。以太網(wǎng)屬?lài)?guó)際標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)以太網(wǎng)已達(dá)到高傳輸安全性和可靠性要求，現(xiàn)已廣泛用于程序維護(hù)、向MIS和MES系統(tǒng)傳遞工廠數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機(jī)界面、記錄事件和告警。工業(yè)以太網(wǎng)具有高傳輸速率(目前達(dá)到100Mbps)、交換機(jī)技術(shù)的確定性、不需考慮網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸物理介質(zhì)多樣(雙絞線、光纖)、網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)將上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制點(diǎn)緊密的結(jié)合為一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在這樣高速傳輸網(wǎng)絡(luò)上，可以很方便的利用PLC系統(tǒng)所特有的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在線遠(yuǎn)程診斷功能。
圖4 化學(xué)水處理自控系統(tǒng)示意圖
本化學(xué)水處理系統(tǒng)控制系統(tǒng)解決方案選用LK 中支持冗余功能的CPU，其基本模塊性能如下：
型號(hào)：LK210 支持冗余
處理器主頻：533 MHz
存儲(chǔ)器：用于程序：16MB；用于數(shù)據(jù)：64MB＋1MB掉電保持
指令執(zhí)行時(shí)間：位操作，最小0.013µs；字操作，最小：0.013µs；浮點(diǎn)數(shù)加法，最?。?.2µs
I/O點(diǎn)容量：數(shù)字量通道，最大57344；模擬量通道，最大3584
通信接口：2路以太網(wǎng)接口、2路PROFIBUS-D總線接口，2路串行接口
支持冗余、支持帶電插拔
供電電壓：20.4～28.8VDC
支持多任務(wù)運(yùn)行，最多支持32個(gè)任務(wù)
型號(hào)：LK210 支持冗余
處理器主頻：533 MHz
存儲(chǔ)器：用于程序：16MB；用于數(shù)據(jù)：64MB＋1MB掉電保持
指令執(zhí)行時(shí)間：位操作，最小0.013µs；字操作，最小：0.013µs；浮點(diǎn)數(shù)加法，最?。?.2µs
I/O點(diǎn)容量：數(shù)字量通道，最大57344；模擬量通道，最大3584
通信接口：2路以太網(wǎng)接口、2路PROFIBUS-D總線接口，2路串行接口
支持冗余、支持帶電插拔
供電電壓：20.4～28.8VDC
支持多任務(wù)運(yùn)行，最多支持32個(gè)任務(wù)
以某自備電廠的水處理系統(tǒng)中的補(bǔ)給水系統(tǒng)為例，系統(tǒng)采用RO反滲透+離子交換處理工藝，系統(tǒng)包含6組機(jī)械過(guò)濾器，4組RO，3組混合離子交換器，水泵（清水泵3，反洗泵1，高壓泵4，中間泵3，沖洗泵1，卸酸1，卸堿1，除鹽2，再生3，清洗1）?？刂葡到y(tǒng)主要設(shè)備配置如下：
運(yùn)行人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)化學(xué)水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)圖形監(jiān)視、實(shí)時(shí)報(bào)警、統(tǒng)計(jì)打印等。即運(yùn)行人員在控制室就可以對(duì)報(bào)表、圖形實(shí)時(shí)查詢(xún)，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行了解并作出指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化，并可與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊，提高全廠自動(dòng)化水平。
化學(xué)水處理系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制三種控制模式。即使在程控系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通過(guò)就地控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)制水，保證機(jī)組鍋爐的可靠用水?？刂葡渖线x用3位選擇開(kāi)關(guān)，分別為就地開(kāi)、就地關(guān)、遠(yuǎn)程控制。選擇遠(yuǎn)程控制時(shí)，控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對(duì)控制閥進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和動(dòng)作控制，對(duì)控制閥的控制可分選擇自動(dòng)和手動(dòng)方式。在自動(dòng)方式時(shí)控制閥受PLC邏輯程序控制，在手動(dòng)方式時(shí)控制閥由操作員直接在操作界面上點(diǎn)擊控制。
具體控制程序設(shè)計(jì)包括：
正常制水程序控制
水箱水位控制
制水設(shè)備自動(dòng)切換投運(yùn)的控制
機(jī)械過(guò)濾器的清洗、自動(dòng)切換控制
除鹽與反洗、再生的全自動(dòng)周期運(yùn)行控制
陰床、陽(yáng)床的再生程序控制
混床再生的自動(dòng)周期運(yùn)行控制
加酸、加堿系統(tǒng)控制
廢酸、廢堿中和系統(tǒng)控制
壓縮空氣系統(tǒng)控制
其他控制功能
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序號(hào) |
模塊名稱(chēng) |
型號(hào)及規(guī)格 |
數(shù)量 |
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控制站（DI:260 DO:162 AI:66 RTD:21 A0:13） | |||
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1 |
電源模塊5A |
LK910,電源模塊，輸入120/230VAC，輸出24VDC，5A |
6 |
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2 |
CPU模塊 |
LK210,冗余CPU模塊，533MHZ，位指令0.013ms/K，程序16M，數(shù)據(jù)64MB＋1MB掉電保持區(qū) |
2 |
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3 |
通信接口模塊 |
LK231,PROFIBUS-DP通信接口模塊 |
5 |
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4 |
16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊 |
LK610,16通道數(shù)字量輸入模塊，12/24V DC，漏型 |
17 |
|
5 |
16點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊 |
LK710,16通道常開(kāi)晶體管輸出模塊，24V DC |
11 |
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6 |
8點(diǎn)模擬量輸入模塊 |
LK411,8通道模擬量輸入模塊，16位，電流信號(hào) |
9 |
|
7 |
4點(diǎn)模擬量輸出模塊 |
LK511,4通道模擬量輸出模塊，12位，電流信號(hào)，隔離 |
4 |
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8 |
6點(diǎn)熱電阻輸入模塊 |
LK430，6點(diǎn)熱電阻， |
4 |
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9 |
本地背板 |
LK121,本地背板，冗余CPU插槽，10 IO槽 |
1 |
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10 |
擴(kuò)展背板 |
LK111,本地背板，10 IO槽 |
4 |
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11 |
擴(kuò)展電纜 3M |
LKX002 |
2 |
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12 |
占空模塊 |
LKC131 |
3 |
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13 |
LK I/O端子矮蓋板 |
LKC110 |
48 |
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14 |
I/O端子矮蓋板透明標(biāo)簽 |
LKL022 |
48 |
|
15 |
I/O底板編碼銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)工具 |
LKF003 |
1 |
5 系統(tǒng)功能
本軟件系統(tǒng)是以微軟公司的bbbbbbs 2000/bbbbbbs XP為工作平臺(tái)使用和利時(shí)公司FacView 監(jiān)控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)出來(lái)的，全中文組態(tài)，功能強(qiáng)大，易學(xué)易用，完全開(kāi)放。
本軟件系統(tǒng)是以微軟公司的bbbbbbs 2000/bbbbbbs XP為工作平臺(tái)使用和利時(shí)公司FacView 監(jiān)控組態(tài)軟件開(kāi)發(fā)出來(lái)的，全中文組態(tài)，功能強(qiáng)大，易學(xué)易用，完全開(kāi)放。
軟件系統(tǒng)按工藝過(guò)程設(shè)計(jì)有足夠多的監(jiān)控畫(huà)面，對(duì)每一個(gè)工藝處理過(guò)程都可監(jiān)控及操作。各監(jiān)控界面可用于監(jiān)視流程狀態(tài)也可在畫(huà)面上對(duì)流程實(shí)施操作，將整個(gè)工藝流程在監(jiān)控畫(huà)面上反映出來(lái)，同時(shí)畫(huà)面以虛擬儀表的方式實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)的信息，具有直觀、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的效果。
運(yùn)行人員可通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)整個(gè)化學(xué)水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)圖形監(jiān)視、實(shí)時(shí)報(bào)警、統(tǒng)計(jì)打印等。即運(yùn)行人員在控制室就可以對(duì)報(bào)表、圖形實(shí)時(shí)查詢(xún)，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行了解并作出指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理自動(dòng)化，并可與上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)通訊，提高全廠自動(dòng)化水平。
化學(xué)水處理系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程自動(dòng)控制三種控制模式。即使在程控系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通過(guò)就地控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)制水，保證機(jī)組鍋爐的可靠用水?？刂葡渖线x用3位選擇開(kāi)關(guān)，分別為就地開(kāi)、就地關(guān)、遠(yuǎn)程控制。選擇遠(yuǎn)程控制時(shí)，控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對(duì)控制閥進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和動(dòng)作控制，對(duì)控制閥的控制可分選擇自動(dòng)和手動(dòng)方式。在自動(dòng)方式時(shí)控制閥受PLC邏輯程序控制，在手動(dòng)方式時(shí)控制閥由操作員直接在操作界面上點(diǎn)擊控制。
具體控制程序設(shè)計(jì)包括：
正常制水程序控制
水箱水位控制
制水設(shè)備自動(dòng)切換投運(yùn)的控制
機(jī)械過(guò)濾器的清洗、自動(dòng)切換控制
除鹽與反洗、再生的全自動(dòng)周期運(yùn)行控制
陰床、陽(yáng)床的再生程序控制
混床再生的自動(dòng)周期運(yùn)行控制
加酸、加堿系統(tǒng)控制
廢酸、廢堿中和系統(tǒng)控制
壓縮空氣系統(tǒng)控制
其他控制功能
一級(jí)除鹽設(shè)備的投運(yùn)和再生由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。一級(jí)除鹽設(shè)備的出水導(dǎo)電率超過(guò)規(guī)定值或周期制水量達(dá)規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)解列并報(bào)警，然后自動(dòng)投入再生程序。混合離子交換器的投運(yùn)和再生由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，或者通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。當(dāng)混合離子交換器出水導(dǎo)電率和二氧化硅超過(guò)規(guī)定值，或周期制水量達(dá)規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)解列并報(bào)警，然后自動(dòng)投入再生程序。高效過(guò)濾器和活性碳過(guò)濾器由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可采用鍵盤(pán)和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。當(dāng)其進(jìn)出口壓差超過(guò)規(guī)定值，或周期制水量達(dá)規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)解列并報(bào)警，然后自動(dòng)投入反洗程序。以上操作以前都由操作人員執(zhí)行，執(zhí)行新系統(tǒng)后上述操作都可以不需要操作人員干預(yù)。
中間水箱水位由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制(通過(guò)調(diào)節(jié)陽(yáng)床入口調(diào)節(jié)閥)，使一級(jí)除鹽系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)中間水箱水位穩(wěn)定在正常位置。中間水泵啟停與中間水位聯(lián)鎖，低液位啟泵、高液位停泵，保證中間水泵的安全使用。
閥門(mén)、泵等的控制狀態(tài)顯示，自動(dòng)/手動(dòng)/就地操作和選擇聯(lián)鎖。系統(tǒng)所有流量、壓力可在操作界面上實(shí)時(shí)監(jiān)視，原水流量、陰床出口流量、混床出口流量顯示積算并作歷史紀(jì)錄，可分別查看一級(jí)除鹽、混床再生制水量。
閥門(mén)、泵等的控制狀態(tài)顯示，自動(dòng)/手動(dòng)/就地操作和選擇聯(lián)鎖。系統(tǒng)所有流量、壓力可在操作界面上實(shí)時(shí)監(jiān)視，原水流量、陰床出口流量、混床出口流量顯示積算并作歷史紀(jì)錄，可分別查看一級(jí)除鹽、混床再生制水量。
系統(tǒng)控制每列除鹽裝置的投運(yùn)、停止和再生程序、自動(dòng)加酸加堿程序、自動(dòng)/半自動(dòng)啟動(dòng)另一列除鹽裝置程序等。對(duì)于順控設(shè)置必要的分步操作、成組操作或單獨(dú)操作等，并有跳步、中斷或旁路等操作功能。系統(tǒng)投運(yùn)以及活性炭清洗、一級(jí)除鹽再生和混床再生可由系統(tǒng)自動(dòng)完成或操作員步延、步進(jìn)手動(dòng)干預(yù)，在操作站界面上顯示各步驟設(shè)定時(shí)間和剩余時(shí)間以及步進(jìn)、步延指示等。
為便于管理，查找誤操作的時(shí)間，在控制系統(tǒng)中設(shè)有操作記錄畫(huà)面，可以隨時(shí)反映操作員的工作記錄。在參數(shù)設(shè)置畫(huà)面中具有工程師級(jí)別的人員可以根據(jù)情況修改每個(gè)步序的時(shí)間長(zhǎng)度。在打印生產(chǎn)報(bào)表畫(huà)面中操作員可以根據(jù)需要隨時(shí)打印生產(chǎn)報(bào)表。由excel在制表方面的特長(zhǎng)，所以報(bào)表的格式可以隨心所欲。
6 系統(tǒng)特點(diǎn)
系統(tǒng)先進(jìn)、可靠、性能價(jià)格比高
系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，有利于保證生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定和出水水質(zhì)的穩(wěn)定性
系統(tǒng)控制方式多樣，具有完善的聯(lián)鎖、保護(hù)功能，自適應(yīng)能力強(qiáng)
系統(tǒng)運(yùn)行方式多樣，設(shè)置有程控、步進(jìn)、單操、就地手動(dòng)等功能
上位監(jiān)控軟件功能豐富、完備，操作靈活、維護(hù)方便
優(yōu)良的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，預(yù)留與其他系統(tǒng)的通訊接口
系統(tǒng)先進(jìn)、可靠、性能價(jià)格比高
系統(tǒng)自動(dòng)化水平高，有利于保證生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定和出水水質(zhì)的穩(wěn)定性
系統(tǒng)控制方式多樣，具有完善的聯(lián)鎖、保護(hù)功能，自適應(yīng)能力強(qiáng)
系統(tǒng)運(yùn)行方式多樣，設(shè)置有程控、步進(jìn)、單操、就地手動(dòng)等功能
上位監(jiān)控軟件功能豐富、完備，操作靈活、維護(hù)方便
優(yōu)良的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，預(yù)留與其他系統(tǒng)的通訊接口
7 結(jié)束語(yǔ)
作為電廠工藝流程中的重要的環(huán)節(jié)，化學(xué)水處理系統(tǒng)自動(dòng)控制在整個(gè)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位。它的工作狀態(tài)將直接影響整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性，并影響到整個(gè)電廠的工作穩(wěn)定性與可靠性。本文總結(jié)了和利時(shí)公司 LK 在化學(xué)水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上完善了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能，為保證整套水處理設(shè)備安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供了更加合理的解決方案，具有很好的借鑒和推廣價(jià)值。
作為電廠工藝流程中的重要的環(huán)節(jié)，化學(xué)水處理系統(tǒng)自動(dòng)控制在整個(gè)電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位。它的工作狀態(tài)將直接影響整個(gè)鍋爐系統(tǒng)的安全性與經(jīng)濟(jì)性，并影響到整個(gè)電廠的工作穩(wěn)定性與可靠性。本文總結(jié)了和利時(shí)公司 LK 在化學(xué)水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)中的項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上完善了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能，為保證整套水處理設(shè)備安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行提供了更加合理的解決方案，具有很好的借鑒和推廣價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 王平洋，電力系統(tǒng)自動(dòng)化與智能技術(shù)[J]，電力系統(tǒng)自動(dòng)化
[ 2 ] 林濟(jì)群、錢(qián)學(xué)裘，發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)[J]，中國(guó)電力,
[ 3 ] 方承遠(yuǎn)，《工廠電器控制技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社
[ 4 ] 顧戰(zhàn)松，《可編程控制器原理與應(yīng)用》，國(guó)防工業(yè)出版社
[ 5 ] 和利時(shí)公司，HOLLiAS LK大型可編程控制器硬件手冊(cè)，2008
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[ 4 ] 顧戰(zhàn)松，《可編程控制器原理與應(yīng)用》，國(guó)防工業(yè)出版社
[ 5 ] 和利時(shí)公司，HOLLiAS LK大型可編程控制器硬件手冊(cè)，2008
本文標(biāo)簽：LK在電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用解決方案
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