摘要:著重從化學(xué)補(bǔ)給水的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)到ＰＬＣ的組態(tài)和軟件設(shè)計(jì)等方面做了研究和總結(jié)。由于ＰＬＣ具有運(yùn)行穩(wěn)定性和高可靠性等特點(diǎn),它與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連網(wǎng)對(duì)于電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 關(guān)鍵詞:ＰＬＣ;化學(xué)水處理;控制系統(tǒng) 水電氣傳動(dòng)研究所從事自動(dòng)化工程項(xiàng)目及控制理論的技術(shù)設(shè)計(jì)和科研開發(fā)工作。薛巖男,畢業(yè)于西北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系,講師?，F(xiàn)任教于甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,主要從事電子電器工程技術(shù)的開發(fā)研究和教學(xué)工作。陳啟和（１９７０-）,男,蘭州大學(xué)ＭＢＡ碩士研究生畢業(yè),現(xiàn)在甘肅省企業(yè)工委工作,主要從事自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代企業(yè)管理的研究工作。 １ 化學(xué)補(bǔ)給水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 以國(guó)內(nèi)某電廠為例,先介紹化學(xué)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)的基本組成。該電廠二期工程裝設(shè)兩臺(tái)１３．５萬(wàn)千瓦機(jī)組,化學(xué)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)采用中壓系統(tǒng),主要功能是用來(lái)將水源地來(lái)的清水經(jīng)過(guò)濾器以及反滲透裝置等設(shè)備預(yù)處理,再通過(guò)混床二級(jí)除鹽處理變?yōu)檫m合主廠房鍋爐用的除鹽水,供主廠房鍋爐與汽機(jī)使用。整個(gè)系統(tǒng)的控制主要以程序自動(dòng)控制為主,人工參與為輔的方式來(lái)完成。化學(xué)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)由三大系統(tǒng)組成: 1.1水系統(tǒng) 水系統(tǒng)主體設(shè)備主要包括雙介質(zhì)過(guò)濾器４臺(tái),活性炭過(guò)濾器４臺(tái),精密過(guò)濾器兩臺(tái),反滲透裝置兩套,除碳器一套,一級(jí)混床三臺(tái),二級(jí)混床兩臺(tái)。所有設(shè)備由不同的管道相連構(gòu)成化學(xué)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)。從生水泵來(lái)的生水首先進(jìn)入雙介質(zhì)過(guò)濾器除去大顆粒懸浮物等雜質(zhì),再進(jìn)入活性碳過(guò)濾器處理,使水的濁度和導(dǎo)電度達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)后經(jīng)精密過(guò)濾器進(jìn)入反滲透裝置,除去大量的含鹽離子,此時(shí)的水變?yōu)榈?淡水進(jìn)入除碳器除去ＣＯ２后進(jìn)入混床進(jìn)行再次除鹽處理,使水的導(dǎo)電度和ＳｉＯ２的含量達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)后才能送入主廠房。水系統(tǒng)主要檢測(cè)的對(duì)象有ＰＨ值、導(dǎo)電度、流量、壓力、濁度和ＳｉＯ２含量等,此外,雙介質(zhì)過(guò)濾器、活性碳過(guò)濾器以及一、二級(jí)混床的樹脂一旦失效就需要再生處理,反滲透裝置每次運(yùn)行結(jié)束后也需要清洗等,這些工作都需要計(jì)算機(jī)和ＰＬＣ程序控制來(lái)完成。 1.2 酸堿再生系統(tǒng) 酸堿再生系統(tǒng)的主要作用是將混床里失效的樹脂利用酸堿置換反應(yīng)還原為合格的樹脂,供混床制水使用。在制水過(guò)程中,當(dāng)混床運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)時(shí)樹脂會(huì)吸附大量的含鹽離子,導(dǎo)致樹脂失效,此時(shí)產(chǎn)品水中的導(dǎo)電度和ＳｉＯ２的含量會(huì)明顯增大,這就需要對(duì)樹脂加酸加堿做再生處理,通過(guò)酸堿置換反應(yīng)使樹脂還原為合格的樹脂,這時(shí)混床才能參與制水。從酸堿儲(chǔ)存槽來(lái)的酸和堿分別儲(chǔ)存在酸堿罐中,加酸加堿時(shí),酸堿濃度要控制在一定的范圍才行,一般酸堿濃度為０．１%～０．１５%,這些都要在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來(lái)確定,酸堿再生系統(tǒng)主要檢測(cè)的參數(shù)為酸堿濃度、酸堿槽和酸堿箱的液位等。 1.3 氣系統(tǒng) 氣系統(tǒng)主要是來(lái)自主廠房的壓縮空氣,壓縮空氣分為程控用氣和再生用氣兩部分,程控用氣主要是供給電磁閥箱來(lái)控制氣動(dòng)閥門的,而再生用氣是供給雙介質(zhì)過(guò)濾器和混床再生空氣擦洗時(shí)使用。氣系統(tǒng)要保證有一定的氣壓,壓力范圍為０．５～０．６ＭＰａ,壓力過(guò)高會(huì)使管道和床體憋壓,壓力太低閥門將動(dòng)作緩慢甚至操作無(wú)效,因此氣壓是本系統(tǒng)的重要參數(shù)。 ２程控系統(tǒng) 2.1系統(tǒng)構(gòu)成及控制要求 程控系統(tǒng)是以ＰＬＣ和計(jì)算機(jī)為核心組成的對(duì)化學(xué)水處理系統(tǒng)操作實(shí)行程序自動(dòng)控制的裝置。系統(tǒng)所有的監(jiān)控操作都是在計(jì)算機(jī)上完成的,通過(guò)ＣＲＴ監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù),來(lái)分析閥門、水泵以及過(guò)濾器、混床和反滲透裝置等的運(yùn)行狀態(tài)、水質(zhì)的好壞,如ＰＨ值、導(dǎo)電度、流量、壓力、濁度和ＳｉＯ２等。上位機(jī)為運(yùn)行人員提供了極為方便的操作方式和控制對(duì)象選擇菜單,運(yùn)行人員選擇菜單內(nèi)容來(lái)決定自己所喜歡的操作方式,通過(guò)發(fā)布操作指令來(lái)控制和監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備。打印機(jī)可隨時(shí)打印各種報(bào)表,從報(bào)表上分析運(yùn)行設(shè)備的各種參數(shù),進(jìn)而分析水質(zhì)的優(yōu)劣。音箱是作為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)報(bào)警用的,系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)檢測(cè)到有故障時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警聲音,提醒運(yùn)行人員注意并通知 檢修人員及時(shí)修理故障設(shè)備,以免引起更大的事故。系統(tǒng)運(yùn)行之前過(guò)濾器和混床里必須有合格的樹脂才能保證有效的出水水質(zhì)。一旦樹脂失效,將影響出水水質(zhì),此時(shí)必須投運(yùn)備用過(guò)濾器和混床,同時(shí)將不合格的樹脂進(jìn)行再生處理。系統(tǒng)流程圖如圖１所示。 2.2系統(tǒng)的組態(tài) 系統(tǒng)的組態(tài)對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)的配置來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要,整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度與其有著密切關(guān)系,它直接影響著整個(gè)系統(tǒng)操作功能的順利實(shí)現(xiàn),所以在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)之前,必須搞清楚系統(tǒng)的所有受控對(duì)象以及參與控制的所有設(shè)備。由于化水處理系統(tǒng)涉及的受控對(duì)象比較多,有一百多個(gè)氣動(dòng)閥門、電動(dòng)閥門、除碳風(fēng)機(jī)、反洗水泵、加藥泵、攪拌機(jī)以及淡水泵、除鹽水泵等,還有幾十路模擬量的監(jiān)控,所以必須考慮所有的控制點(diǎn)數(shù),然后給每個(gè)輸入或輸出點(diǎn)指定一個(gè)Ｉ／Ｏ位,這樣就可以計(jì)算出所有的Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)。 ＰＬＣ的型號(hào)一般來(lái)說(shuō)由用戶自己確定,但是設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)系統(tǒng)的大小和控制對(duì)象的復(fù)雜程度來(lái)作出合理的推薦,幫助用戶進(jìn)行系統(tǒng)選型,因?yàn)槊總€(gè)系統(tǒng)的大小和控制的對(duì)象都不相同,其運(yùn)行的工藝流程也各不一樣,對(duì)它們的控制編程方式也不同,因此對(duì)ＰＬＣ內(nèi)存容量的要求也不一樣,這就要求進(jìn)行全面地分析,使整個(gè)控制系統(tǒng)的配置更加完善。當(dāng)所選ＰＬＣ的型號(hào)確定時(shí),根據(jù)所選ＰＬＣ系統(tǒng)Ｉ／Ｏ單元的點(diǎn)數(shù)來(lái)確定Ｉ／Ｏ模塊的數(shù)量,再根據(jù)Ｉ／Ｏ模塊的數(shù)量和所選機(jī)架上的槽數(shù)來(lái)確定所要使用的機(jī)架數(shù)（包括擴(kuò)展機(jī)架）。一般來(lái)說(shuō),Ｉ／Ｏ點(diǎn)數(shù)最后要留出足夠的余量（１５%左右）作為備用,便于將來(lái)系統(tǒng)增容擴(kuò)建或改造。由于該電廠的特殊原因和技術(shù)要求,需要配置上位計(jì)算機(jī)來(lái)參與操作和監(jiān)控,對(duì)上位機(jī)的要求是能夠模擬顯示整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀況、工藝參數(shù)趨勢(shì)及棒形圖、實(shí)時(shí)打印歷史記錄及報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)警以及顯示系統(tǒng)運(yùn)行程序的步序和運(yùn)行時(shí)間等,操作系統(tǒng)要求鼠標(biāo)點(diǎn)動(dòng)每個(gè)閥門和各個(gè)水泵、風(fēng)機(jī)等,要求提示運(yùn)行人員操作的步序,而且操作簡(jiǎn)單易懂,誤操作時(shí)不會(huì)出現(xiàn)安全和技術(shù)事故,能夠及時(shí)解除誤操作等意外情況的發(fā)生。ＰＬＣ與上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊,操作并管理整個(gè)系統(tǒng),兩臺(tái)上位機(jī)一臺(tái)運(yùn)行,一臺(tái)備用,并且能夠同時(shí)互相進(jìn)行切換,因此還需配置通訊模塊,網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和操作更加方便。整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙ＣＲＴ+ＰＬＣ組成工業(yè)控制局域網(wǎng),兩臺(tái)計(jì)算機(jī)上有以太網(wǎng)卡,通過(guò)雙絞線與交換機(jī)相連,雙絞線接口為ＲＪ-４５,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型連接,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為ＴＣＰ／ＩＰ。ＰＬＣ主機(jī)架上安裝以太網(wǎng)模塊,通過(guò)雙絞線與交換機(jī)相連,ＰＬＣ主機(jī)通過(guò)同軸電纜與ＲＩＯ各遠(yuǎn)程站連接。在這樣的系統(tǒng)配置中,兩臺(tái)計(jì)算機(jī)既可以共享數(shù)據(jù),互為備用,也可以作為ＰＬＣ的編程器,對(duì)ＰＬＣ進(jìn)行編程和維護(hù)。 2.3 系統(tǒng)的操作功能 系統(tǒng)的操作功能要求系統(tǒng)能夠在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備無(wú)故障情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,一般情況下單臺(tái)設(shè)備的啟動(dòng)和停床采用自動(dòng)、單步操作方式,整組投運(yùn)時(shí)必須選擇好床體和連鎖設(shè)備后再啟動(dòng)和停床。鼠標(biāo)單操優(yōu)先,在任何情況下都不受操作方式的限制。操作程序啟動(dòng)時(shí)能夠自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)報(bào)警,便于運(yùn)行人員操作、監(jiān)控。要求計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、自動(dòng)記錄歷史數(shù)據(jù)并能夠脫機(jī)即時(shí)打印。要求人機(jī)對(duì)話靈活、畫面顯示清晰而且切換靈敏,上下位機(jī)通訊迅速且不會(huì)出現(xiàn)明顯的時(shí)間滯后。由于化學(xué)水處理系統(tǒng)比較復(fù)雜龐大,所涉及的控制對(duì)象比較多,以往的運(yùn)行辦法需要運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)去操作每個(gè)電磁閥和水泵以及風(fēng)機(jī)等來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行,如今隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,這種操作方式遠(yuǎn)不能適應(yīng)大規(guī)模制水生產(chǎn)的需要。第一,操作不方便、不靈活;第二,操作過(guò)程復(fù)雜、容易出錯(cuò);第三,需要多人相互配合才能完成操作,既花費(fèi)人力,又浪費(fèi)時(shí)間。當(dāng)前要提高經(jīng)濟(jì)效益,擴(kuò)大市場(chǎng)需求,在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)大潮的激烈競(jìng)爭(zhēng)和減員增效的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行體制下,這種生產(chǎn)方式已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢(shì)發(fā)展的要求。為了適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷變化和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率就需要加大科技投入,提高系統(tǒng)配置的科技含量,力爭(zhēng)使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和管理系統(tǒng)化、科學(xué)化,操作要靈活、方便,運(yùn)行要穩(wěn)定,這是我們所要力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。由于ＰＬＣ可編程控制器的ＣＰＵ性能強(qiáng)、可選范圍廣并具有通用的處理結(jié)構(gòu)、梯形圖邏輯編程、通用指令系統(tǒng)、高性能的通信網(wǎng)絡(luò),允許與其它裝置相互連接,這大大增強(qiáng)了應(yīng)用控制和數(shù)據(jù)交換能力。Ｉ／Ｏ模塊多為槽式或機(jī)架安裝,控制設(shè)備比較集中,便于運(yùn)行人員操作和維護(hù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用,大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了生產(chǎn)效率和系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性,為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益,提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,實(shí)現(xiàn)了科學(xué)化管理。 ３控制軟件的設(shè)計(jì) ⑴化學(xué)水處理控制程序包括雙介質(zhì)過(guò)濾器的投運(yùn)和再生程序,活性碳過(guò)濾器的投運(yùn)和再生程序,反滲透裝置的啟動(dòng)和停止程序,一級(jí)混床的投運(yùn)和再生程序,二級(jí)混床的投運(yùn)和再生程序。 ⑵各個(gè)床體的程序一般是獨(dú)立運(yùn)行的,單獨(dú)運(yùn)行時(shí)有自動(dòng)和單步操作。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)每一步都是按事先設(shè)定的步序時(shí)間和在線參數(shù)進(jìn)行運(yùn)行,單步運(yùn)行時(shí)每一步的時(shí)間都由運(yùn)行人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自己掌握,還可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況跳過(guò)某些不需要的動(dòng)作步序,因此操作方式要非常靈活。 ⑶對(duì)于有些床體和其它設(shè)備需要同時(shí)運(yùn)行時(shí)就需要進(jìn)行對(duì)象選擇,選好對(duì)象后再整組投運(yùn),在停床時(shí)也要選擇對(duì)象,這樣會(huì)避免誤操作。整組投運(yùn)的床體運(yùn)行時(shí)間必須一致,因此在整組投運(yùn)時(shí)運(yùn)行時(shí)間都以同類設(shè)備第一臺(tái)的運(yùn)行時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)。 ４ 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)以上幾個(gè)方面的分析,要用ＰＬＣ控制一個(gè)系統(tǒng),首先對(duì)ＰＬＣ進(jìn)行合理的系統(tǒng)組態(tài)和配置,然后要有一套完整而先進(jìn)的軟件支持才能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。既要力求科技含量高、工藝先進(jìn)、操作簡(jiǎn)單,又要做到系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、性能價(jià)格比高。一套成熟的控制軟件,是經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試和試運(yùn)行,在運(yùn)行當(dāng)中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,在長(zhǎng)期的實(shí)踐中才能總結(jié)出比較合理的軟硬件配置,化學(xué)水處理自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入,有效提高了系統(tǒng)運(yùn)行效率和制水質(zhì)量,為火力發(fā)電廠熱力設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障。