PLC和上位機(jī)軟件在電廠中水回用中的應(yīng)用

王 榮,帥 軍

(南京中電聯(lián)自動(dòng)化公司,南京 211102)

PLC和上位機(jī)軟件在電廠中水回用中的應(yīng)用

王 榮,帥 軍

(南京中電聯(lián)自動(dòng)化公司,南京 211102)

華能營口熱電廠再生水深度處理后的中水用作全廠鍋爐補(bǔ)給水、廠區(qū)工業(yè)用水、輔機(jī)冷卻水等,此套中水回用在全廠有著十分重要的作用。簡單闡述該廠再生水深度處理系統(tǒng)的工藝流程,并通過邏輯框圖介紹中水回用的主要控制程序。主要從PLC,SCADA,通信三個(gè)方面簡單介紹了控制系統(tǒng)的組成;PLC雙機(jī)熱備的硬件配置、軟件組態(tài)及設(shè)置,上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)編程軟件、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)冗余。介紹PLC和SCADA數(shù)據(jù)交換及與上一級(jí)計(jì)算機(jī)傳遞數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)通信方式,通過本套控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的再生水深度處理系統(tǒng),投用一次成功,效果良好。

可編程控制器;硬件;軟件;冗余;通信

0 引 言

中水是指城市污水經(jīng)過深度凈化后達(dá)到國家規(guī)定的生活用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo),能在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的再生水。目前許多電廠,為了節(jié)約用水,提高水的利用率,陸續(xù)采用中水回用技術(shù)。華能營口熱電廠新建工程(2×330 MW)亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組中水回用工藝和控制系統(tǒng)已投用一年多。通過執(zhí)行上下微機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)中水回用中的曝氣生物濾池、石灰混凝澄清系統(tǒng)及變孔隙過濾池設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控,并通過交換機(jī)及光纖設(shè)備與水網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及傳輸。

1 系統(tǒng)概述

1.1 工藝流程

該系統(tǒng)由原水提升系統(tǒng)、生物濾池系統(tǒng)、機(jī)械加速澄清池系統(tǒng)、變孔隙濾池系統(tǒng)、綜合泵房系統(tǒng)、污泥脫水系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等組成。工藝操作:原水經(jīng)5臺(tái)提升水泵提升到16座曝氣生物濾池進(jìn)行曝氣反應(yīng),去除水中的有機(jī)物、氨氮,出水經(jīng)倒濾頭進(jìn)入上部清水區(qū)域排到機(jī)械加速澄清池系統(tǒng)進(jìn)口母管。實(shí)際運(yùn)行中16座曝氣生物濾池可單臺(tái)投入運(yùn)行,也可分兩組(每組8座)投入運(yùn)行,運(yùn)行一段時(shí)間后,需對(duì)生物濾池進(jìn)行反沖洗,反洗結(jié)束后可以進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)或備用狀態(tài)。

曝氣生物濾池出水、工業(yè)廢水來水、回收水泵出水等在母管混合并添加混凝劑流進(jìn)完成混凝過程;然后經(jīng)由導(dǎo)流筒進(jìn)入分離室完成泥水分離過程。經(jīng)過澄清池系統(tǒng)分離后的污泥通過排泥機(jī)進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行濃縮處理后,再通過污泥輸送泵輸入污泥濃縮脫水機(jī),經(jīng)脫水機(jī)處理后進(jìn)行泥水分離。經(jīng)石灰混凝澄清系統(tǒng)分離后的水通過中間水渠并添加硫酸及殺菌劑流進(jìn)8座變孔隙濾池,經(jīng)過變孔隙濾床過濾處理,去除懸浮物后儲(chǔ)存在凈水池,可以用作鍋爐補(bǔ)給水的原水、廠區(qū)工業(yè)用水、輔機(jī)冷卻水等。

1.2 控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)設(shè)有就地中水控制室,控制室配置2臺(tái)LCD操作站,互為備用,對(duì)中水控制的所有設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制及監(jiān)視,并通過光纖設(shè)備送到水網(wǎng)程控,實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控,分散管理。該系統(tǒng)是由冗余的1756-L62控制器組成,能夠?qū)Ω鞴に囅到y(tǒng)的所有被控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控,包括電機(jī)啟/?？刂?、閥門開/關(guān)操作、設(shè)備啟/停狀態(tài)、閥門開/關(guān)狀態(tài)、遠(yuǎn)方/就地切換狀態(tài)和溫度、壓力、流量、水質(zhì)分析等主要工藝參數(shù)的監(jiān)視,并完成設(shè)備的聯(lián)鎖保護(hù)。控制方式采用自動(dòng)控制、遠(yuǎn)操、就地手操等多種方式,操作人員可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況自由選擇一種控制方式,保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。自動(dòng)控制方式下,通過執(zhí)行與工藝要求的程序,自動(dòng)實(shí)現(xiàn)整套設(shè)備的聯(lián)鎖控制、顯示、報(bào)警等。遠(yuǎn)操方式下,通過操作員的遠(yuǎn)程人工干預(yù),進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)控制。就地操作方式下,整個(gè)設(shè)備不參與遠(yuǎn)程聯(lián)鎖控制,從就地閥箱、操作箱可以對(duì)單臺(tái)設(shè)備進(jìn)行就地啟/停等操作。三種控制方式在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)平滑切換,不會(huì)引起控制系統(tǒng)的紊亂及工藝數(shù)據(jù)波動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)無擾切換。

2 硬件組成

該中水控制系統(tǒng)采用冗余 I/O網(wǎng)絡(luò)、冗余CPU,冗余通信網(wǎng)絡(luò)及冗余交換機(jī)的安全配置。如果其中一條網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)生故障時(shí),冗余通信鏈路保證數(shù)據(jù)傳輸不受影響;如果一臺(tái)CPU發(fā)生故障時(shí),處于熱備的CPU將無擾自動(dòng)投入運(yùn)行,保證整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行;如果一臺(tái)交換機(jī)出現(xiàn)故障,另一臺(tái)交換機(jī)會(huì)自動(dòng)承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸及交換,不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集及傳輸中斷;如果某個(gè) I/O模塊發(fā)生故障,系統(tǒng)允許在不斷電的情況下對(duì)故障的模塊進(jìn)行熱插拔,避免不必要的生產(chǎn)停機(jī),方便系統(tǒng)維護(hù)。該系統(tǒng)由1套雙機(jī)熱備的本地機(jī)架及4套遠(yuǎn)程 I/ O機(jī)架實(shí)現(xiàn)中水的控制。

2.1 可編程控制器

PLC系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備控制器配置分布式I/ O機(jī)架的控制模式,PLC采用結(jié)構(gòu)化模塊,模塊集中底板供電,輸入/輸出具有光電隔離和數(shù)字濾波功能,卡件有很好的防塵、耐振及抗干擾性能,便于高效設(shè)計(jì)、快速更換系統(tǒng)模塊,操作及維護(hù)非常方便。目前火電行業(yè)、市政污水行業(yè)及核電行業(yè)運(yùn)用比較廣泛。1756-L62控制器模塊可以運(yùn)行在多任務(wù)、多處理器過程的操作系統(tǒng)上,具有先進(jìn)的通信能力及最新的I/O技術(shù),雙機(jī)熱備控制方式可以在一臺(tái)控制器故障時(shí),自動(dòng)無擾切換到另一臺(tái)熱備控制器,不影響工藝生產(chǎn)。

遠(yuǎn)程I/O模塊采用小型化、低成本、低功耗及高可靠性的1756系列,通過CNBR模塊可以連接到冗余的Contronet網(wǎng),再通過ENBT連接到工業(yè)以太網(wǎng)。模擬量I/O模塊主要完成壓力、溫度、流量、頻率和水質(zhì)分析等信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和處理;數(shù)字量I/O模塊主要完成閥門開關(guān)、閥位反饋和泵/風(fēng)機(jī)等設(shè)備的啟停及數(shù)字量的電平轉(zhuǎn)換等。操作站上的PAC診斷畫面可以通過報(bào)警畫面向操作人員提供PLC運(yùn)行時(shí)的硬件診斷信息。

2.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

就地控制室配置2臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī),在調(diào)試結(jié)束后對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理,對(duì)每臺(tái)電腦進(jìn)行雙硬盤對(duì)拷備份相應(yīng)軟件及數(shù)據(jù),并對(duì)當(dāng)前使用盤進(jìn)行映像文件的制作,并把映像文件制作成光盤交給業(yè)主備份,同時(shí)屏蔽Windows所有熱鍵,并設(shè)置登錄密碼,防止用戶的非法操作,提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

3 工程軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工及調(diào)試經(jīng)驗(yàn),該系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)之初就對(duì)控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),在硬件及通信上大量采用冗余配置,提高系統(tǒng)的可靠性,在工程軟件設(shè)計(jì)上采用聯(lián)鎖保護(hù)、軟件濾波、軟件容錯(cuò)技術(shù),一般故障進(jìn)行故障提示并自行解決(主備泵相互自動(dòng)切換等),重要故障采用聯(lián)鎖保護(hù)并進(jìn)行報(bào)警提示(如水池液位與出口泵的實(shí)施高開低停,低液位報(bào)警,低低液位聯(lián)鎖停泵,濾池液位與濾池出水閥開度聯(lián)鎖保護(hù),各池出水水質(zhì)控制等),另外程序設(shè)計(jì)對(duì)重要的參數(shù)和重要的操作進(jìn)行歷史趨勢(shì)及報(bào)警記錄,可以實(shí)現(xiàn)故障的追溯和分析,查明故障原因,便于用戶總結(jié)經(jīng)驗(yàn),避免故障重復(fù)出現(xiàn),同時(shí)對(duì)重要操作設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限保護(hù),避免非正常用戶操作。

3.1 控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

中水PLC控制程序:曝氣生物濾池制水及反洗控制;機(jī)械加速澄清池澄清及排泥控制;變孔隙濾池系統(tǒng)制水控制,三部分之間既相互獨(dú)立又相互制約,具體邏輯如圖1～3所示。

圖1 曝氣生物濾池邏輯控制

圖2 機(jī)械加速澄清池邏輯控制

3.2 下位機(jī)程序軟件及設(shè)置

下位機(jī)編程軟件采用RSLogix5000 V17,邏輯程序采用梯形圖語言LAD,根據(jù)實(shí)際控制需要,對(duì)程序段、變量標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)詳細(xì)科學(xué)地規(guī)劃,首先對(duì)變量標(biāo)簽進(jìn)行規(guī)范命名,并把實(shí)現(xiàn)同一功能的不同設(shè)備的程序做成功能塊(例如流量累積功能、電動(dòng)閥門控制、變頻加藥泵控制、脫水機(jī)控制),這樣通過主程序調(diào)用功能塊實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的控制功能,從而提高設(shè)計(jì)效率,便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師的日常維護(hù)。

3.3 上位機(jī)監(jiān)控軟件及設(shè)置

上位機(jī)控制軟件采用 InTouch10.0軟件,此軟件是一個(gè)開放且可擴(kuò)展的 HMI,擁有尖端的繪圖功能,可滿足真實(shí)性、清晰度和關(guān)注度的要求,界面友好的多用戶開發(fā)與編輯環(huán)境適用于工程協(xié)同,提高科學(xué)生產(chǎn)力,該人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)如下功能。

圖3 變孔隙濾池邏輯控制

a)數(shù)據(jù)采集。InTouch軟件通過高性能高速I/O驅(qū)動(dòng)程序完成與PLC硬件通信、錯(cuò)誤幀檢測(cè)、信號(hào)調(diào)節(jié),并支持冗余通信功能。

b)顯示。通過InTouch完整的ArchestrA圖形符號(hào)利用腳本可以繪制系統(tǒng)流程圖,顯示主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、主要測(cè)量參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)值和報(bào)警數(shù)值、主要參數(shù)的動(dòng)態(tài)圖及歷史趨勢(shì)圖等。

c)監(jiān)控。根據(jù)生產(chǎn)需要,操作人員可以在控制室內(nèi)通過鍵盤、鼠標(biāo)修改控制值、調(diào)整工藝控制參數(shù),并可通過腳本禁止一些非法操作,保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。

d)報(bào)警。提供生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的故障、操作狀態(tài),并根據(jù)需要對(duì)一些重要參數(shù)進(jìn)行聲光報(bào)警,提醒操作人員注意。

e)報(bào)表。通過一定的數(shù)據(jù)交換協(xié)議實(shí)時(shí)訪問InTouch數(shù)據(jù),根據(jù)實(shí)際需要建立重要參數(shù)的Excel電子表格,可以根據(jù)需要定期打印數(shù)據(jù)報(bào)表,也可保存歷史數(shù)據(jù)以便優(yōu)化系統(tǒng)控制、跟蹤事故發(fā)生原因以便處理故障。

f)安全管理?？赏ㄟ^賬號(hào)管理機(jī)制,限制不同人員的訪問權(quán)限來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。該控制系統(tǒng)中,共設(shè)置了3個(gè)級(jí)別的訪問權(quán)限,分別為工程師級(jí)、儀表工級(jí)、操作員級(jí),三級(jí)權(quán)限登錄需要輸入操作密碼,從而防止非法操作。

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g)網(wǎng)絡(luò)連接開放。網(wǎng)絡(luò)組態(tài)實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)MIS的數(shù)據(jù)上傳,為生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),供高層管理及全廠決策。

4 網(wǎng)絡(luò)通信

該套控制系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件InTouch數(shù)據(jù)庫通過OPC開放式客戶端接口程序連接PLC的RSLIN K OPC服務(wù)器程序,并通過項(xiàng)目對(duì)象的操作,來存取設(shè)備寄存器單元的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)PLC與InTouch之間的數(shù)據(jù)交換,具體關(guān)系如圖4所示。

圖4 PLC與InTouch間的數(shù)據(jù)交換

2臺(tái)操作站與PLC之間的數(shù)據(jù)通信采用開放的以太網(wǎng)技術(shù),通信速率為1 000 Mbit/s,每臺(tái)操作站設(shè)為INTOUCH控制下的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),通過分配每臺(tái)操作站指定的網(wǎng)絡(luò)地址,可以實(shí)現(xiàn)上下微機(jī)通信及站點(diǎn)之間數(shù)據(jù)互傳,形成一個(gè)可靠的雙機(jī)熱備網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場(chǎng) I/O設(shè)備與CPU之間通過冗余的Controlnet網(wǎng)絡(luò),實(shí)時(shí)讀取和處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

由PLC和InTouch10.0構(gòu)成的中水冗余控制系統(tǒng),有很強(qiáng)的模擬量、數(shù)字量處理能力和邏輯運(yùn)算能力,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)簡單,數(shù)據(jù)通信可靠,操作界面友好。該套控制系統(tǒng)投運(yùn)已有一段時(shí)間,總體運(yùn)行效果不錯(cuò),控制系統(tǒng)日常維護(hù)量少,安全可靠,操作簡單,能很好滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要,值得在中水回用等水處理行業(yè)推廣。

The Application of PLC,Upper Position Computer and Software in Reclaimed Water Reuse in the Power Plant

Wang Rong,Shuai Jun
(The Nanjing CEC Automation Co.Ltd.,Nanjing,211102,China)

The Reclaimed water in the Huaneng group,Yingkou Power Plant has been deeply treated and used as the raw water of make up water of the whole plant reboiler,industrial water,auxiliary cooling water,etc.The reclaimed water system plays a very important role in the plant.The process flow sheet of the system is briefly described,the main control procedure is introduced with the logic diagrams.The composition of the control system,hardware configuration,software configuration and settings of dual hot standby computers;programmed software of upper position computer monitoring system,industrial control computer and redundant network are introduced with three aspects of PLC,SCADA and communication.The data exchange between PLC,SCADA and network communication method of data transportation with upper computer the other control systems is introduced.The reclaimed water deeply treated system with the control system has been put production successfully and result is good.

PLC;software;hardware;redundant;communication

TP273

B

1007-7324(2011)01-0061-04

2010-12-01(修改稿)。

王 榮(1972—),女,安徽廬江人,1997年畢業(yè)于武漢化工學(xué)院工業(yè)自動(dòng)化專業(yè),一直從事儀表及自控設(shè)計(jì)工作,任項(xiàng)目經(jīng)理。