PLC控制系统在电厂化学水处理设备自动化中的应用

1 引言： 发电厂化学水系统大致由凝结水处理系统、补给水处理系统、汽水取样监督系统及加药系统构成。在化学水系统中要实现其自动化运行，一直是多少年来，一代又一代人的愿望。但在国内化学水投入自动运行的不多，原因主要有以下几点： （1）化学水工艺复杂，现实中会出现许多异常情况，实现自动化运行有很大困难。 （2）除新建电厂外，大部分厂只是改造控制系统，就地一次设备，比如电磁阀、阀门、反馈机构、变送器等，不能得到及时的改造，使得自动程序不能正常运行。 （3）化学分析仪表大部分不过关，不能长期提供一个较稳定的终点信号，制约了自动系统的投入。 （4）各厂对电厂化学水处理的重视程度不够，不舍得在化学水处理系统投资。 （5）部分电厂搞化学水的人力资源配备不高，不能正常很好的领会控制系统的思想也不能很好的维护控制系统，或者根本就不相信控制系统，便得自动化运行人为地不能投入。 2 系统改造分析： 元宝山发电厂#1机组30万千瓦，1976年投产发电，采用的是70年代流行的矩阵板配继电器控制方式，经过25年的运行，接线、继电器及执行元件都已经老化。必须进行控制系统的改造才能满足系统的很好运行。如今，对控制系统改造进行改造比较成熟的有两种方式：一种是采用PLC进行控制，另一种是采用DCS进行控制。我们对此进行了对比： 采用PLC控制：采用一些运算速度高，通信功能强的PLC能够满足化学水处理控制系统的应用；投资较少；对现场要求不高；组态及控制思想实现方便，便于检修人员掌握和维护。 采用DCS控制：科技含量较高，能够满足化学水处理控制系统的应用；投资相对较大；对现场要求较高，要有专门的控制室安装；组态及控制思想较深，不方便检修人员掌握和维护。 为此，我们经常多方论证，决定采用MODICON公司的QUANTUM系列的PLC作为下位机控制，上位机采用工控机，在NT平台上采用INTELLUTION公司的FIX7.0作为操作平台。上位机与下位机之间构成MODBUS PLUS网络，上位机通过网卡与局域网MIS系统之间实现10M以太网。 3 系统原理及设计： 3．1工艺系统及自动控制要求： 元宝山发电厂#1机补给水系统是由一台混合器、两台过滤器和两个系列及两个混床构成，混合器及过滤器作为预处理系统主要是除去水中的悬浮物和胶态物，系列由C1、C2、除碳器、A1、A2构成，主要是除去水中的离子，混床在最后做为二级除盐，在出口形成高纯水。整个系统分为三块，即过滤器、系列、混床。三个系统以系列为主动系统，即系列启动，过滤器及混床随之启动，系列停止，过滤器及混床相应停止。过滤器反洗有6步，系列再生程序共有12步，混床再生共有11步，以导电度、运行时间和制水量做为周期终点，其他各自有不同的参数进行相应的控制。 l 元宝山发电厂#1机补给水工艺系统图： 元宝山发电厂凝结水系统无管式过滤器，由三台凝结水混床构成，处理热力系统中的水，进行除盐后再利用。再生系统采用体外再生，当其中一个床子失效后，传至体外再生罐中进行再生。凝结水运行程序共3步，传脂程序共8步，再生程序共14步。凝结水系统运行周期以导电度、时间为终点。此次改造后系统已经实现氨化运行。 l 元宝山发电厂#1机凝结水工艺系统图： 3．2自动控制系统构成及原理： 元宝山发电厂#1机组化学水处理自动控制系统是由辽宁电科院和元宝山发电厂共同开发的具有较高自动化程度的现代化水处理控制系统。 该系统由两台上位机操作站（CRT）、两套MODICON公司的PLC组成的网络式控制系统，对化学水各个部分进行程序控制、智能调节、及监控报警历史等管理功能。 3．2．1 PLC控制系统： 本系统由MODICON公司的QUANTUM系列PLC作为核心，其I/O模件具有热插拔功能。由于运行量大，CPU模件选用两块140CPU53414A，（凝结水和补给水各自形成一套相对独立的系统），其处理器选用INTEL586MX133，内存2M，具有较高的模拟量处理、数字量识别和智能调节功能。由于主从站之间距离较远，本系统在通讯上全部设计成冗余通信，即A、B两个通讯通道。采用MB+网。MB＋是一个高性能的工业通讯网，它可以使计算机，PLC或其它数据源经双绞线电缆在工业现场的环境下实现对等通讯，MB＋的数据传送速率是1MBPS。MB＋采用的是令牌通信策略，具有高可靠性和大的吞吐率。MB＋支持网络的状态监测，可以由PLC监视网络的运行状况，在故障时可产生即时报警，此外，MB＋支持例外读写和非清求读写等高级通信功能。MB+采用的是Modbus协议。Modbus协议已成为事实上的工业标准，采用RS232C的串行通信方式。 补给水系统由一套电源柜、一个主控制站、一个从控制站、8个就地控制箱构成一个分布式网络控制系统。分别对补给水过滤器、系列、混床进行自动控制。凝结水系统与补给水共用一个电源柜，由一个主控制站、一个从控制站、一个电磁阀柜、3个就地控制箱构成一个分布式网络控制系统。对凝结水处理系统、体外再生系统、一二号机化验站模拟量系统、自动加药系统进行自动控制。 具体分布式网络构成图如下： 3．2．2 上位机管理系统： 本系统的上位机选用两台互为冗余的研华PIII866做为工控机，配置PHILIP 202P彩显，通过SA85网卡与PLC构成1M的MB+网，以对等方式共享资源，网络最多可容纳64个节点，上位机中以MICROSOFT公司的WINDOWS NT5.0SP6作为操作系统，以MODICON公司的CONCEPT2.2作为编程平台，进行程序的编制、下载、在线监控，以INTELLUTION公司的FIX 7.0作为图形操作平台，由于FIX中集成了对MODICON公司的PLC的支持，可采用MMP或MBP驱动方式通过MB+网直接实现FIX数据库对PLC资源的读取和写入，具有速度快，扩充性强，方便管理等特点。 上位机画面采用了三维绘图方式，使得整个画面立体感极强。由于在改造前我们进行了多方考查，参考了很多先进的控制画面的制作，因而在操作画面的设计上力求实用、简单、美观。主要操作功能如下： （1）、自动方式：系统在自动方式下运行不需要任何人为参与，整个系统严格按照系统工艺要求和程序要求自动进行。 （2）、半自动方式：半自动方式是程序控制方式最为灵活，包含内容最多的一种方式，在半自动方式下设有：程序暂停、干预、跳步、强制启动、紧急停止几种功能 在半自动方式下运行时，只是在几个大的步序设置中断点，此时需要人工参与才能进行下一段程序。典型控制按钮的说明： 暂停健：按暂停键时，在程序暂停时相应系统的所有阀门、转机都将停止运行，程序计时停止，取消干预后，程序重新开始运行。 跳步键：只有按下暂停键后，跳步功能有效，按跳步键程序将在本断程序内循环跳步。当取消暂停时，系统将从跳步后的程序开始运行。 干预键：按干预键时，相应的系统或程序仍然保持原有状态，程序计时停止，但系统内的阀门和转机可以进行手动开关、启停等操作，当取消干预时系统恢复原始运行状态。 强制启动：当运行、反洗或再生等程序启动时，系统要进行外部条件判断，当条件不满足时，不允许启动，但有时外部信号会出现误动或拒动的情况（这些条件会以醒目的红色显示在条件判断对话框里），此时，运行人员经过检查确认此条件已满足时，可按下此按钮启动程序。 紧急停止：当运行、反洗或再生等程序进行中，系统出现紧急情况，此时按下此按钮，系统停止所有转机，关闭所有阀门，停止系统运行，转入停止状态。 通过这些特殊按钮实现的功能，在处理一些紧急和异常情况时，大大方便了运行操作。 （3）数据统计报表功能：#1机所有的在线仪表数据在上位机画面都能显示，并且每点都有实时趋热功能，能观察十分钟内的参数变化。部分数据（如系列入口流量、过滤器入口流量、阴床入口流量、反洗流量等）具有累积功能。所有数据通过处理进行统计报表。报表分为日报表、周报表、月报表，这些报表能在微机上长期保存，以便以后查找。 （4）报警功能：所有的转机故障、水位低/高、浓度低/高、流量低/高、和一些重要的阀门的开关都设有报警。出现报警时弹出报警信息对话框，经运行复位报警消失。 （5）无扰切换：在任何运行或再生中，可以在全自动/半自动/手动之间切换，对运行结果没有影响，有较高的稳定性和安全性。 具体硬件配置见下表： 5 结束语 本系统基本上是将原来控制系统全部废除后重新构筑的。改造后的效果非常好，由于各个控制终点更精确了，使得整个系统的自动化水平有了较大的提高，人为的因素少了，使得我厂#1机组凝结水系统实现了氨化运行，大大降低了生产成本。在改造完成后控制系统的可靠率和自动投入率都有很大的提高，由于在微机中建立比较完善仪表的数据库，因此，在今后的工作中，可以将#1机组的化学设备的运行参数和数据接入MIS系统，提高设备的管理水平。