PLC控制在電廠化學水處理系統(tǒng)中的應用
一、引言
近幾年隨著我國經濟建設的快速發(fā)展，在能源供應上很多地區(qū)都出現(xiàn)電力資源緊缺的狀況，因此許多電廠紛紛進行新建或擴建改造。深圳西部電廠原有4臺（#1—#4）300MW 機組，為提高發(fā)電能力又續(xù)建#5、#6機組（2×300MW）。西部電廠原有兩列化學水處理系統(tǒng)，續(xù)建工程的化學水處理系統(tǒng)擴建一列100~140m3/h化學除鹽系統(tǒng)，其余設備與已有化學水處理系統(tǒng)共用。原有化學水處理系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的模擬屏方式進行監(jiān)控，自動化水平不高并且效率很低。續(xù)建2臺機組后，廢除原有化學水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，將原有化學水處理系統(tǒng)和擴建的一列化學水處理系統(tǒng)統(tǒng)一采用一套冗余PLC控制系統(tǒng)進行集中控制。
二、化學水處理系統(tǒng)工藝流程
1、化學水處理系統(tǒng)流程
原有化學水處理系統(tǒng)流程為：自來水→蓄水池→升壓泵→活性炭過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵。通過對現(xiàn)有系統(tǒng)運行狀況的現(xiàn)場調查和對水質分析報告分析，自來水中的懸浮物含量較高，嚴重地污染了活性炭和離子交換樹脂。因此，續(xù)建工程增加3臺高效纖維過濾器對自來水進行深度過濾處理。
續(xù)建化學水處理系統(tǒng)流程為：自來水→蓄水池→升壓泵→高效纖維過濾器→活性炭過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵。
2、續(xù)建工程與原有系統(tǒng)的連接及運行方式
原有120t/h出力的一級除鹽+混床設備2列，續(xù)建工程僅再擴建1列出力為120t/h的同樣設備。除鹽水泵、再生水泵、壓縮空氣系統(tǒng)、酸堿再生系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng)與原有系統(tǒng)共用。
3臺高效過濾器采用并聯(lián)運行方式，正常工況2臺運行，1臺備用。高效過濾器不僅對續(xù)建工程所需的自來水進行預處理，而且對原有系統(tǒng)的自來水也進行預處理。
2臺活性炭過濾器和一級除鹽設備構成一個系列，采用串聯(lián)運行方式，正常工況2列運行，一列備用。其中每系列的2臺活性炭過濾器，當水質好時1臺運行（去除游離余氯），1臺備用；當進水水質惡化時2臺同時運行（去除有機物）。
混床采用并聯(lián)，正常工況2臺運行，1臺備用。
3套一級除鹽單元與3臺混床之間設有切換閥門，受已有系統(tǒng)的限制，僅#1一級除鹽設備和#1混床與#2一級除鹽設備和#2混床可以同時交叉運行，#1一級除鹽設備和#1混床與#3一級除鹽設備和#3混床可以同時交叉運行。機組啟動時，上述3列設備同時投入運行，滿足最大的補給水量。
三、系統(tǒng)配置
系統(tǒng)由兩臺上位計算機和一套冗余PLC系統(tǒng)構成。上位計算機系統(tǒng)采用工業(yè)級計算機構成功能強大的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，計算機上安裝Intellutiong公司的FIX7.0工業(yè)監(jiān)測與控制系統(tǒng)軟件，通過合理的系統(tǒng)設計和系統(tǒng)組態(tài)，實現(xiàn)對整個化學水處理工藝流程的動態(tài)監(jiān)視和控制。通過上位計算機系統(tǒng)和強大的工業(yè)控制傳輸網絡，實現(xiàn)對整個生產工藝工程的自動化管理和控制。
PLC選用德維森公司PPC11冗余控制器，控制系統(tǒng)采用雙機熱備冗余方式，通過遠程I/O的方式連接現(xiàn)場需要監(jiān)測與控制的點，遠程I/O由通訊處理器和PPC11系列I/O模塊組成。冗余的主控制站可以保證系統(tǒng)的停機維護時間為零，最大限度的減少人對系統(tǒng)的干預。主控制系統(tǒng)熱備系統(tǒng)和遠程I/O控制站之間采用高性能的工業(yè)以太網總線傳輸網絡，實現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。
上位計算機系統(tǒng)安裝與PLC控制單元之間采用工業(yè)以太網傳輸網絡。以太網屬國際標準，工業(yè)以太網已達到高傳輸安全性和可靠性要求，現(xiàn)已廣泛用于程序維護、向MIS和MES系統(tǒng)傳遞工廠數據、監(jiān)控、連接人機界面、記錄事件和告警。工業(yè)以太網具有高傳輸速率（目前達到100M）、集線器技術的確定性、不需考慮網絡的拓撲結構、傳輸物理介質多樣（雙絞線、光纖、同軸電纜）、集線器的應用可不考慮網絡的擴展等優(yōu)點。
通過以太網絡將上位計算機系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測與控制點緊密的結合為一個整體，構成一個完整的系統(tǒng)。在這樣高速傳輸網絡上，可以很方便的利用PLC系統(tǒng)所特有的功能，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的計算機在線遠程診斷功能。
四、控制功能
水處理系統(tǒng)所有控制閥采用就地和遠程控制方式，即使在程控系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通過就地控制實現(xiàn)手動制水，保證機組鍋爐的可靠用水。控制箱上選用3位選擇開關，分別為就地開、就地關、遠程控制。選擇遠程控制時，控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對控制閥進行狀態(tài)監(jiān)視和動作控制，對控制閥的控制可分選擇自動和手動方式。在自動方式時控制閥受PLC邏輯程序控制，在手動方式時控制閥由操作員直接在操作界面上點擊控制。
一級除鹽設備的投運和再生由PLC實現(xiàn)自動控制，也可通過鍵盤和鼠標在控制室內的操作站上進行遠方操作。一級除鹽設備的出水導電率超過規(guī)定值或周期制水量達規(guī)定值時，自動解列并報警，然后自動投入再生程序。混合離子交換器的投運和再生由PLC實現(xiàn)自動控制，或者通過鍵盤和鼠標進行遠方操作。當混合離子交換器出水導
電率和二氧化硅超過規(guī)定值，或周期制水量達規(guī)定值時，自動解列并報警，然后自動投入再生程序。高效過濾器和活性碳過濾器由PLC實現(xiàn)自動控制，也可采用鍵盤和鼠標在控制室內的操作站上進行遠方操作。當其進出口壓差超過規(guī)定值，或周期制水量達規(guī)定值時，自動解列并報警，然后自動投入反洗程序。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。
中間水箱水位由PLC實現(xiàn)自動控制（通過調節(jié)陽床入口調節(jié)閥），使一級除鹽系統(tǒng)投運時中間水箱水位穩(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、泵等的控制狀態(tài)顯示，自動／手動／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時監(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錄，可分別查看一級除鹽、混床再生制水量。
系統(tǒng)控制每列除鹽裝置的投運、停止和再生程序、自動加酸加堿程序、自動/半自動啟動另一列除鹽裝置程序等。對于順控設置必要的分步操作、成組操作或單獨操作等，并有跳步、中斷或旁路等操作功能。系統(tǒng)投運以及活性炭清洗、一級除鹽再生和混床再生可由系統(tǒng)自動完成或操作員步延、步進手動干預，在操作站界面上顯示各步驟設定時間和剩余時間以及步進、步延指示等。
五、結束語
深圳西部電廠化學水處理系統(tǒng)全部改造完成后于2003年7月正式投運，經過改造后自動化控制水平明顯提高，制水量由原先的平均每小時120m3提升到平均每小時140—160m3，完全保證了6臺發(fā)電機組的用水需要。由于控制水平的提高，制水過程中產生的廢水量明顯減少，起到了一定環(huán)保節(jié)能效果。系統(tǒng)高度的可靠性和直觀簡易的操作性使得控制中心值班室由原來的2人值班該為1人值班，大大節(jié)約了人力成本。該系統(tǒng)建成后運行可靠，生產效率明顯提高，因此受到用戶的好評，并經常成為其它電廠同行參觀效仿的對象。
參考文獻：
1、陽憲惠《現(xiàn)場總線技術及應用》，清華大學出版社；
2、鄔寬明《現(xiàn)場總線技術應用選編》，北京航空航天大學出版社；
3、媽灣發(fā)電總廠《化學補給水系統(tǒng)運行規(guī)程》。
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