基于嵌入式控制器的電站廢水處理的控制系統

更新時間：2010-08-17 11:22 來源：泓格科技上海技術服務中心作者: 閱讀：1609

【摘要】隨著全民環保意識的加強，電站水處理系統廢水外排必須達標排放。廢水處理采用計算機控制，控制系統采用上下位機結構，硬件采用工控機和泓格I- 8811嵌入式控制器，軟件采用通用組態軟件iFIX。系統結構合理，簡單可靠，維修方便，現場設備可實現三地控制。加堿程序采用模擬人工加堿方式，方法可行。

鍋爐作為熱電站的主要設備，要求安全長周期運行，其中結垢是影響壽命的主要因素，對水的要求比較高。鍋爐用水是將水在一定的溫度和壓力下加熱產生蒸汽，用蒸汽作為傳熱和動力的介質，對于低壓和中壓鍋爐，這種鍋爐對水質要求稍低；而高壓鍋爐對水質要求非常高。凡能導致鍋爐、給水系統及其它熱力設備腐蝕、結垢及引起汽水共騰現象，使離子交換樹脂中毒的雜質如溶解氧、可溶性二氧化硅、鐵以及余氯等都應大部分或全部出去。在鍋爐水處理中，鍋爐補充水的離子交換水處理是最基本和最重要的水處理方法，我單位三個電站均采用這種方法。離子交換樹脂失效后必須加堿或加酸進行還原，因此產生大量的酸堿廢水，直接外排不但影響環境，而且受到環保部門的監視，造成不必要的損失，直接影響經濟效益。

一、酸堿廢水處理方法

廢水排放的國家標準為PH值在6.0～8.5之間，因而廢水處理的基本方法：酸性水加堿，堿性水加酸，即廢水中和處理，使廢水的PH值達到6.0～8.5之間，進行合格排放。

理想的情況是采用在線處理方法，即一邊排放，一邊根據檢測的PH值加酸或加堿，達到中性水的標準，是我們科技人員追求的目標，但由于受到來水水質以及 PH值檢測滯后等因素的影響，目前國內還沒有成功應用的案例。我單位二電站廢水處理改造前的方法基本上是按這種原理，并且采用了PLC可編程控制器，效果不理想。現在普遍采用靜態處理方法，即將化學廢水集中到處理池子中，當池子的液位達到一定高度時進行中和處理。

根據陰陽床還原水的特點，陽床多于陰床，處理池中廢水一般呈酸性，加適當堿進行中和即能達標。怎樣加堿加多少堿，是我們研究的主要問題。

過去的方法靠人工加堿，由于沒有在線PH計，加堿過程只能憑感覺，不是加多了就是加少了。因此我單位提出對原系統進行改造，采用計算機控制加堿過程。加多少堿由計算機根據在線PH值自動進行。由于每天處理的廢水量大，要求每池廢水處理的時間越短越好，即要求加完堿后，池中很快混合均勻。混合的方法有：

①池中加攪拌機攪拌，如二電站改造前的小中和池方案；

②池中加爆氣頭進行攪拌，如一電站采取的多點加堿加爆氣頭方案；

③加循環泵使水循環，如二電站的循環管道加堿方案，堿不但在管道中混合均勻，而且經過池中的循環達到均勻。

二、計算機控制的酸堿廢水處理原理

鍋爐水處理系統的酸堿廢水處理現場和操作室之間距離比較遠，強電控制柜放在現場控制室，為了防止干擾計算機通過中間繼電器去控制。酸堿廢水處理現場由處理池、貯水池、堿罐、加堿泵、用于處理池攪拌的循環泵或風機、用于處理池和貯水池之間的倒水泵、電動閥門以及各種測量儀表組成。

需要檢測的數據：處理池和貯水池的液位、堿罐液位、管道PH值、池子PH值、外排PH值和流量。

需要控制的設備有：循環液下泵或風機、倒水泵、加藥計量泵、電動閥門

原理：測量數據直接進入控制器中，各種電機的控制是由控制器的開關量輸出控制中間繼電器的吸合，再由中間繼電器的常開觸點控制現場控制柜的各回路的接觸器動作，從而啟動或停止各設備工作。同時接觸器的一對常開觸點閉合，反饋給繼電器柜的輸入繼電器，中間繼電器的觸點作為控制器的開關量輸入，輸入給計算機用以判斷設備是否可靠啟動，以及判斷設備的運行狀態。

圖1　控制系統結構圖

各設備的操作可以在三個地方操作：①計算機畫面上通過鼠標操作；②現場控制柜面板上的操作；③設備旁的操作按鈕操作。

三、控制系統設計

3.1 系統硬件配置

系統采用上下位機的控制方式。上位機采用工業PC機，與下位機采用485進行通信，上位機主要完成工藝流程畫面的顯示，實時采集各點值，并在畫面上動態顯示實際值，自動保存各點值，自動報警、統計打印、報表等。下位機采用臺灣泓格的I-8811嵌入式控制器，它由各種AI、AO、DI、DO等卡件組成。其功能，現場信號經過線纜，傳輸到信號處理卡，處理成便于計算機處理的1～5V直流信號，A/D轉換后，經過485上傳給上位機。對于調節回路各回路的輸入信號與上位機下傳的給定信號進行比較，如果超出設定的調節偏差范圍，則按照上位機下傳的PID系數進行PID調節，結果經輸出模塊處理后去控制調節閥。

3.2 系統軟件設計

上位機的監控軟件采用Interllution 公司的iFIX2.6版本，它是基于多任務，多平臺，實時性好，開放性好的集成軟件包。集成了COM/DCOM、OPC、VBA、ActiveX等最先進的現代軟件技術，使所有的應用組件都可以無縫集成到一個系統中，并且數據可以很方便地在網絡上共享。用它生成的系統穩定可靠，在工控領域已廣泛應用。臺灣泓格不但提供了控制器的測試軟件，而且免費提供了與iFIX的接口程序。系統采用組態軟件iFIX產品，經過我們二次開發，結合這個系統的特點組態為我們所需的各種功能模塊，完成我們所需的任務。組態包括系統組態、實時數據庫組態、歷史數據庫組態、回路組態、流程圖組態、報警組態等。

在iFIX監控軟件中對8811組態也是比較方便的。主要的內容包括：

①通道定義，即定義iFIX的SCADA節點和過程硬件之間的通訊途徑，包括網絡硬件的波特率和其它的通訊設值。

②設備定義，即定義單個設備，所指定的硬件類型和其它設備不同的配置。包括設備名、設備地址、設備型號。

③Poll（輪詢）記錄定義，在一個設備的數據塊里，定義指定的參數。包括初始地址和數據類型，以及輪詢時間和等待時間的定義

3.3 控制系統的主要功能

①監測功能：對處理池液位、酸度、電機電流等參數進行檢測、監視；

②實時動態工藝流程顯示功能：即系統操作、控制的主畫面，在該畫面上實時顯示各閥門的開啟狀態，切換是否成功，泵是否打開，對于控制點，顯示該點的設定值和實際值，液位高低等；

③數據處理功能：系統可自動對采集的信號進行運算，并輸出相應的控制量；

④控制功能：根據操作前相應的設定值自動控制設備的正常運行，具有手動自動切換；

⑤趨勢模塊：可以看到PH值隨加藥量、及時間的變化曲線；

⑥報警功能：以畫面方式和聲光信號方式對各種參數越限或設備狀態異常進行報警；

⑦報表功能：可根據用戶的要求自動生成日報表、月報表以及其他表格，同時選擇畫面上的打印按鈕打印報表。報表保存時間根需要確定，并可隨時查詢和打印自動加堿的全過程參數。

3.4 廢水的自動化中和處理

每次處理池處理的廢水達幾百噸，初始PH值相差很大，并且水中的沉淀物也不一樣，很難采用傳統的PID調節方式進行加堿。我們采用模擬人工加堿方式進行。加堿前使廢水混合均勻，測量PH值，根據PH值加堿，混合均勻后再判斷，直到水質合格。

廢水中和處理的自動化過程：當處理池達到給定的水位時，啟動壓縮機，池中爆氣頭開始爆氣，進行攪拌，混合均勻后（時間長短可以設定），測量池中PH值。如果池中呈酸性，程序控制自動加堿使之中和，使PH值達到6~8.5之間的排放標準。如果PH值大于8.5時從儲水池抽酸性水或將處理池的堿性水抽一部分到儲水池，再從陽床進一部分酸性水，充分混合達到排放標準，啟動排放閥排放。