热电厂水处理微机监控系统

1 引言
        热电厂中，产生的生水中含有大量热能，若能回收利用将产生很大的经济效益。但生水中含有对设备有害的物质成分，直接利用的话会对汽轮机等设备产生腐蚀性破坏。因此，生水必须经过处理才能被重新利用。生水处理过程包括物理过滤、反渗透及混床反应三个主要步骤。根据要求控制系统需要实现对70多个阀门和泵的控制及其状态的监视、对30多个模拟参数的采集显示。经过分析，此系统采用ipc+plc方式。如图1所示。



图1 监控系统框图



2 工艺介绍
        系统设计流量为100t/h。五套过滤器(其中一套备用、四套运行)、两套反渗透系统(每套设计流量50t/h)和两套混床(一套备用)。生水经过过滤器物理过滤后，由高压泵打入反渗透系统进行等离子交换，然后进入混床酸碱环境，再经除盐水箱，既可重新进入锅炉进行蒸汽发电。运行一段时间后，当过滤器内的环境不满足条件时，需要进行切换，备用过滤器投入运行，切换下的进行反洗操作，反洗完毕作为备用。同样，混床切换下来后要进行再生操作。

3 组态
系统人机界面组态如图2所示。
本系统组态软件选用北京亚控公司的组态王6.5。在系统中的作用有:
(1) 监视整个工艺



图2 系统人机界面


对整个工艺进行监视并可“软手动”操作阀门及泵;
(2) 显示状态
显示阀门、水泵、计量泵状态，压力、流量、水质及水箱液位等模拟量显示;
(3) 有文字显示报警的位置
进入系统的操作员口令，设备故障的历史记录，每项故障都有报警窗口，并有文字显示报警的位置，以及语音提示;
(4) 模拟实现进水总流量表，浓水总流量表各一只(以上表现场不设，用上位机计算);
(5) 有报表、历史曲线率等功能。
3.1 报表的实现
        数据报表是反应生产过程中的数据、状态等，并对数据进行记录的一种重要形式，是生产过程必不可少的一个部分。它既能反映系统实时的生产情况，也能对长期的生产过程进行统计、分析，使管理人员能够实时掌握和分析生产情况。进入组态王开发系统，创建一个报表窗口。报表创建完成后，呈现出的是一张空表或有套用格式的报表，还要对其进行加工—报表组态。报表的组态包括设置报表格式、编辑表格中显示内容等。进行这些操作需通过“报表工具箱”中的工具或单击鼠标右键弹出的快捷菜单来实现。报表在运行系统中单元格中数据的计算、报表的操作等都是通过组态王提供的一整套报表函数实现的。报表函数分为报表内部函数、报表单元格操作函数、报表存取函数、报表历史数据查询函数、统计函数、报表打印函数等。实时数据报表主要是来显示系统实时的。除了在表格中实时显示变量的值外，报表还可以按照单元格中设置的函数、公式等实时刷新单元格中的数据。在单元格中显示变量的实时数据一般有两种方法:
(1) 单元格中直接引用变量;
(2) 使用单元格设置函数。
3.2 历史报表
         历史报表记录了以往的生产记录数据，对用户来说是非常重要的。历史报表的制作根据所需数据的不同有不同的制作方法，这里介绍两种常用的方法:
(1) 向报表单元格中实时添加数据;
(2) 使用历史数据查询函数。
3.3 报警的实现
       报警是指当系统中某些量的值超过了所规定的界限时，系统自动产生相应警告信息，表明该量的值已经超限，提醒操作人员。报警允许操作人员应答。组态王中报警的处理方法是:当报警发生时，组态王把这些信息存于内存中的缓冲区中，报警在缓冲区中是以先进先出的队列形式存储，所以只有最近的报警在内存中。当缓冲区达到指定数目或记录定时时间到时，系统自动将报警信息进记录。报警的记录可以是文本文件、开放式数据库或打印机。另外，用户可以从人机界面提供的报警窗中查看报警和事件信息。在组态王工程浏览器“数据库/数据词典”中新建一个变量或选择一个原有变量双击它，在弹出的“定义变量”对话框上选择“报警定义”属性页。报警属性页可以分为以下几个部分:
(1) 报警组名和优先级选项;
(2) 模拟量报警定义区域;
(3) 开关量报警定义区域;
(4) 报警的扩展域的定义:报警的扩展域共有两个，主要是对报警的补充说明、解释。
       组态王中提供了多种报警记录和显示的方式，如报警窗、数据库、打印机等。组态王运行系统中报警的实时显示是通过报警窗口实现的。报警窗口分为两类:实时报警窗和历史报警窗。实时报警窗主要显示当前系统中存在的符合报警窗显示配置条件的实时报警信息和报警确认信息，当某一报警恢复后，不再在实时报警窗中显示。实时报警窗不显示系统中的事件。历史报警窗显示当前系统中符合报警窗显示配置条件的所有报警和事件信息。报警窗口中最大显示的报警条数取决于报警缓冲区大小的设置。

4 plc控制
plc在系统中起主要控制作用。选用omron c200he系列plc，数字量输入模块采用id211，数字量输出模块采用oc225，模拟量输入模块采用ad003。plc程序主要包括开机、关机、过滤器反洗、混床再生以及连锁程序。程序流程图如图3所示。
(1) 开机程序
从上位机发出开机信号到混床出水水质合格为止，具体过程:
过滤器正洗5分钟→冲洗反渗透5-10分钟，开电动进水阀直到反渗透压力达到设定值，反渗透水质合格后，混床进行正洗直到水质合格，整个系统正常运行;
(2) 关机程序
上位机发出关机信号，停止混床，停止高压泵，用中间水箱水冲洗反渗透系统，时间15分钟;



图3 系统流程图


(3) 混床再生程序
        应有跳步功能，所谓跳步功能就是进行一次再生程序后，若混床内部环境不符合要求，不必再全部执行再生程序，而是可以选择从哪一步开始执行。另外，还应加上根据液位、压力及阀门和泵的状态进行连锁的功能。

5 结束语
       本系统综合了计算机和plc的优点，计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理，plc作为下位机执行可靠有效的控制，利用工控组态软件实现plc与计算机通信。系统结构简洁，可靠性高，已成功的应用于某热电厂的污水处理中，具有一定的推广性。

参考文献
[1] 组态软件用户手册[z]. 北京亚控,2003.
[2] plc操作手册[z]. 日本omron,1999，5.

作者简介
张智杰(1970-) 男 工程师 毕业于山东科技大学电气自动化专业，现主要从事计算机控制系统、plc应用系统的科研与教学工作。