1引言

鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中使用最廣泛的設備之一，鍋爐水的處理工作，對確保鍋爐安全、經(jīng)濟運行、節(jié)約燃料有著重要的意義，它是鍋爐運行中的一項重要的技術基礎工作。如果鍋爐給水沒有經(jīng)過水處理或水處理不當，不但會縮短鍋爐的使用壽命、浪費燃料，甚至會造成重大設備事故和人員傷亡。因此，鍋爐使用單位必須因爐、因水制定鍋爐水質標準，并根據(jù)實際情況選用合適的水處理工藝。目前鍋爐水處理系統(tǒng)中的工藝流程設計中使用最廣泛的是離子交換法（化學處理法）和滲透法（物理處理法）。傳統(tǒng)的水處理過程多為繼電器控制或人工操作，系統(tǒng)故障多，工人勞動強度大，運行成本高，對運行可靠、性價比高的控制系統(tǒng)需要迫切。本文介紹的是基于化學處理法工藝的水處理過程智能控制系統(tǒng)。

2化學水處理工藝簡述

本系統(tǒng)受河北某企業(yè)委托進行設計和實施，水源為水庫地表水，設計供水能力為40t/h，系統(tǒng)主要設備：浮動床機械過濾器2臺，逆流式固定床陰、陽離子交換器各2臺及除碳設備和廢水處理池等。通過過濾器去除原水中的懸浮物，陰、陽床去除原水中的各種離子，廢水通過酸堿中和達到排放標準后排放，并通過檢測相關工藝參數(shù)判斷過濾器、陰床、陽床是否失效并自動進行再生處理，一般情況下兩套設備并列運行，供水量富裕時一套設備再生完成后處于待機狀態(tài)，在另一套設備失效（水質不合格）需再生時自動投入運行，兩套設備共用原水供應、酸堿計量、除鹽水儲存，工藝流程簡圖如圖1所示。

2.1逆流式固定床離子交換器的基本操作和工藝過程

（1）交換過程

水經(jīng)過進水裝置均勻配水后，以一定的流速，自上而下地通過一定高度的樹脂層，水中離子和樹脂中的可交換離子進行交換，使出水符合要求，然后經(jīng)出水裝置送出。當出水水質超標后，應停止運行。實際上是交換器的運行過程。

影響交換器運行的主要影響有：樹脂層的高度;交換速度;樹脂的工作交換容量。

（2）反洗過程

在交換器運行失效后，需對樹脂進行反洗，使壓實的樹脂層充分膨脹，保證再生的徹底，同時洗掉樹脂上部交換時截留的下的雜質。

小反洗：反洗水從中部裝置進入，并從交換器頂部排出，反洗中排以上的壓實層及中間排水裝置上污物。流量控制在，時間10-20min，洗到水清為止。待10-20運行周期過后再進行大反洗。

大反洗：反洗水從底部排水裝置進入，使之從下而上通過樹脂層沖洗到出水清晰。

（3）再生過程

當出水水質超標后就要再生。即用一定量的適當濃度的再生劑，以一定的速度從交換器底部自下而上與失效樹脂層進行接觸，使其恢復交換能力。時間為30min左右，上升流量為。

（4）置換過程

在再生液進完后，繼續(xù)以再生過程的同方向進軟化水，使后部分再生液完全通過失效樹脂層。時間為30-40min。

（5）小正洗

置換結束后從交換器上部進水，中間排水裝置出水，以清洗滲入壓實層中及上部的再生液。時間為10min左右，流量為。

（6）大正洗

小正洗結束后，關閉中間排水裝置，開下部排水閥，用按順流方向沖洗樹脂層到出水合格。流量為。

2.2過濾器工作過程

主要包括：過濾、氣洗、正洗和反洗等步序。

3系統(tǒng)主要檢測、控制要求

根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，系統(tǒng)控制以時間順序控制為主，通過檢測過濾器出水流量和進出水差壓值、陽床的鈉度和陰床的電導率控制整個生產(chǎn)過程的正常制水和再生，同時根據(jù)污水池的ph值控制加酸加堿量以保證污水合理排放。整個水處理系統(tǒng)控制均由plc來完成。

監(jiān)控水處理系統(tǒng)整個生產(chǎn)過程，包括各項水質參數(shù)、設備的運行情況，同時檢測控制各個閥門的啟閉狀態(tài)，各運行步序中流量控制通過plc的ao控制水泵變頻器來控制，另外自控系統(tǒng)通過上位機的管理功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄存檔、報表打印等。

4系統(tǒng)選型及組成

基于系統(tǒng)以上檢測及控制要求，我們可以看出：系統(tǒng)控制以時間順序控制為主，開關量輸入輸出點比較多，如果選用dcs系統(tǒng)來完成勢必造成投資浪費，而且隨著plc自身技術的發(fā)展，其靈活的系統(tǒng)擴展與組成，通訊功能的完善和提高以及優(yōu)越的性價比，同時與ipc的方便連接，使得plc的應用領域越來越廣泛。因此本系統(tǒng)設計選用plc為主完成數(shù)據(jù)采集和控制功能，由工控機通過組態(tài)軟件來完成畫面組態(tài)和監(jiān)控功能。結合國內外市場自控產(chǎn)品現(xiàn)狀并著重考慮系統(tǒng)的實用性和經(jīng)濟性，自控系統(tǒng)采用進口和國產(chǎn)設備相結合，plc選用美國莫迪康的premium產(chǎn)品，流量計、液位計、電導儀、鈉度儀、ph計等傳感器選用優(yōu)質國產(chǎn)件，組態(tài)軟件采用國產(chǎn)組態(tài)王，以便與鍋爐控制系統(tǒng)互連。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。

5系統(tǒng)功能

（1）數(shù)據(jù)采集

開關量數(shù)據(jù)采集：對系統(tǒng)內部各種閥門、水泵、風機等設備的運行、停機等開關量信號進行采集，通過i/o接口送入plc，作為設備狀態(tài)的參數(shù)，以便plc執(zhí)行控制。

模擬量數(shù)據(jù)采集：采集水溫、水質參數(shù)、流量、水位、ph值等模擬量信號。

（2）自動控制

本系統(tǒng)通過plc和ipc實現(xiàn)對水處理系統(tǒng)各生產(chǎn)工藝的自動控制。同時可在上位機對主要閥門的啟閉、設備的啟停進行操作。系統(tǒng)仍保持就地操作功能，該功能作為設備調試、故障檢修時使用，能通過現(xiàn)場手動/自動開關來進行切換。

（3）設備智能化控制

通過軟件優(yōu)化設計能及早發(fā)現(xiàn)事故或故障的征兆，并及時提出處理預案。

（4）實時、歷史數(shù)據(jù)處理和報表生成

數(shù)據(jù)庫采集設備運行狀態(tài)、生產(chǎn)情況、水量、水質等數(shù)據(jù)，對實時參數(shù)進行動態(tài)顯示。歷史數(shù)據(jù)可按曲線方式顯示。并能自動生成報表、直接支持excel軟件。

（5）畫面顯示

在計算機上能顯示整個系統(tǒng)的工藝結構、檢測參數(shù)及報警畫面。

（6）報警和事故處理

對設備參數(shù)超限、水質參數(shù)異常以及設備運行狀態(tài)失控進行報警以及提示故障設備檢修方法，便下操作人員和維修人員及時處理。在發(fā)生緊急故障或報警預定時間內無應答時，將診斷結果進行分析，并執(zhí)行處理事故程序。

（7）報表打印和管理

可管理整個水處理系統(tǒng)，對生產(chǎn)工藝進行24小時監(jiān)視，可按需記錄并打印生產(chǎn)工藝過程報表，可選擇班報表、日報表、月報表。

（8）系統(tǒng)組態(tài)和參數(shù)設置

根據(jù)實際需要，技術人員可通過密碼進入系統(tǒng)在線修改、參數(shù)設置及系統(tǒng)組態(tài)。

6結束語

該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場使用已近一年，使用情況良好，得到用戶的肯定和好評，同時使我們感到在以時間順序控制為主的系統(tǒng)中plc具有別的控制器無法比擬的優(yōu)越性。