化學(xué)水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

梁建斌

(華北電力大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

化學(xué)水處理系統(tǒng)是給鍋爐供水的一個(gè)非常重要的輔助系統(tǒng)，其所制水質(zhì)的好壞將直接影響鍋爐的使用效率和壽命。傳統(tǒng)的化學(xué)水處理系統(tǒng)多為人工操作或者繼電器控制，設(shè)備數(shù)量多、系統(tǒng)故障多、操作步驟多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)行成本也高。而且由于大量的開關(guān)操作以及監(jiān)測(cè)都是靠人工完成，還增加了誤操作的可能性。因此，為了保證化學(xué)水處理的出水品質(zhì)，降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和運(yùn)行管理水平，很有必要設(shè)計(jì)出一套合適的化學(xué)水處理控制系統(tǒng)，將工作人員從那些繁復(fù)的操作中解放出來(lái)，提高化學(xué)水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，也可以保證制水的質(zhì)量。

1 化學(xué)水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)前面的敘述可知：生產(chǎn)上使用最廣泛的化學(xué)水處理方法是離子交換法，該方法是利用離子交換樹脂將水中溶鹽的離子吸收。基于這樣的前提，可以將化學(xué)水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成如下方案。

1.1 在化學(xué)水處理車間共設(shè)計(jì)多組離子交換器，輪流進(jìn)行水處理。這是因?yàn)殡x子交換樹脂在經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行之后會(huì)失去作用，這時(shí)需要將樹脂進(jìn)行還原。為了使水處理過程保持連續(xù)，共設(shè)置多組離子交換器，輪流進(jìn)行樹脂的還原，這樣始終保證至少有一組離子交換器處于工作狀態(tài)。

1.2 對(duì)于每組離子交換器，都設(shè)有控制裝置，其運(yùn)行方式分別按照運(yùn)行和再生自動(dòng)進(jìn)行。每組離子交換器由事先設(shè)定的運(yùn)行水量以及檢測(cè)值決定是否進(jìn)行再生，正常情況下是由預(yù)設(shè)水量進(jìn)行控制的，如遇突發(fā)情況時(shí)可以通過監(jiān)測(cè)值由人工進(jìn)行控制。

1.3 整個(gè)控制系統(tǒng)可分為上位機(jī)和下位機(jī)。上位機(jī)的作用是提供一個(gè)人機(jī)交互界面，操作人員可以根據(jù)實(shí)際需要發(fā)出相應(yīng)的指令，也非常直觀。下位機(jī)一般是基于PLC的硬件系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)處理模塊、通道模擬量輸入模塊、數(shù)字量輸入輸出模塊以及通訊模塊等，這些模塊的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要而定。

1.4 化學(xué)水處理控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，可以按照所用PLC的指令要求，編制相應(yīng)的程序。這些程序一般包括每套離子交換器的運(yùn)行、再生等，具體的設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況確定。

1.5 整個(gè)控制系統(tǒng)在Windows環(huán)境下運(yùn)行，通過軟件驅(qū)動(dòng)程序與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，包括數(shù)據(jù)的采集和發(fā)送。

1.6 控制系統(tǒng)的操作畫面可以劃分為兩大類：操作員畫面和工程師畫面。操作員畫面主要面向操作人員，畫面內(nèi)容直觀明了，便于人員操作;工程師畫面是為軟件工程師提供的重要界面，工程師可以進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定和修改，屬于控制系統(tǒng)的核心部分。

1.7 數(shù)據(jù)的輸出報(bào)表分為實(shí)時(shí)報(bào)表和歷史報(bào)表兩種。實(shí)時(shí)報(bào)表可以把當(dāng)前的各種參數(shù)值立刻顯示出來(lái)，歷史報(bào)表包括日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)和年報(bào)等，格式較為復(fù)雜，一般根據(jù)需要采用電子表格進(jìn)行制作。

2 化學(xué)水處理控制系統(tǒng)在熱電廠的實(shí)際應(yīng)用

一般的熱電廠都要用到鍋爐，而化學(xué)水處理系統(tǒng)是給鍋爐供水的重要輔助系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一套合適的化學(xué)水處理控制系統(tǒng)，既可提高自動(dòng)化程度，又可保證制水的質(zhì)量。這里以某熱電廠實(shí)際為例，設(shè)計(jì)一套基于PLC的化學(xué)水處理控制系統(tǒng)，可以滿足生產(chǎn)需求，降低生產(chǎn)成本。具體做法如下：

2.1 整個(gè)系統(tǒng)由三套完全相同的制水設(shè)備組成，每套設(shè)備都包含運(yùn)行和再生兩個(gè)過程。正常情況下一套設(shè)備供水，一套再生，另外一套作為備用，這樣即使是某套設(shè)備出現(xiàn)故障需要修理時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)不間斷供水。

2.2 由于化學(xué)水處理過程的復(fù)雜性，對(duì)水質(zhì)的要求非常高，因此控制系統(tǒng)采用基于PLC的控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。PLC通過檢測(cè)元件采集數(shù)據(jù)，然后通過不同的功能模塊將數(shù)據(jù)傳輸至電腦CPU進(jìn)行計(jì)算和處理，并在處理后通過操作員畫面顯示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)監(jiān)控功能。

2.3 整個(gè)控制系統(tǒng)主要分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分，其中上位機(jī)是監(jiān)控管理系統(tǒng)，下位機(jī)是水處理控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集通過PLC完成。根據(jù)某熱電廠的實(shí)際監(jiān)控要求，PLC總共需要144點(diǎn)輸入，72點(diǎn)輸出，一共216點(diǎn)。因此在選擇PLC設(shè)備時(shí)，可以采用模塊化的結(jié)構(gòu)，這樣可以使系統(tǒng)配置更為靈活，也便于今后擴(kuò)充的需要。這里我們選用了64點(diǎn)輸入模塊2塊，16點(diǎn)輸入模塊1塊，32點(diǎn)輸出模塊2塊，8點(diǎn)輸出模塊1塊，外加CPU模塊一塊。

2.4 根據(jù)化學(xué)水處理的工藝流程，控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的控制主要分為運(yùn)行和再生兩大部分。因此在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)時(shí)，上位機(jī)需要編制相應(yīng)的監(jiān)控程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)和整個(gè)流程的顯示。上位機(jī)設(shè)置好各種控制界面，通過人機(jī)對(duì)話方式設(shè)定好各種調(diào)節(jié)參數(shù)，并將各項(xiàng)參數(shù)送入下位機(jī)的指定地址內(nèi)。下位機(jī)則需要完成數(shù)據(jù)的采集和計(jì)算，并向上位機(jī)輸送數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)，通過相應(yīng)的控制模塊進(jìn)行處理和輸出。

2.5 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采取模塊化的設(shè)計(jì)方式，即將控制系統(tǒng)所需要完成的各種功能分成若干模塊，對(duì)各個(gè)模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣既可以提高效率，也便于程序的修改。根據(jù)熱電廠的實(shí)際，本控制系統(tǒng)的模塊主要包括以下幾個(gè)方面：(1)自動(dòng)控制模塊。該模塊是整個(gè)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)和主要部分，包括運(yùn)行和再生過程的自動(dòng)控制。(2)手動(dòng)操作模塊。該模塊是自動(dòng)控制模塊的必要補(bǔ)充，因?yàn)橛袝r(shí)會(huì)發(fā)生故障反饋信號(hào)異常等情況，這時(shí)就需要手動(dòng)操作了。(3)通訊模塊。由于整個(gè)控制系統(tǒng)采用上位機(jī)和下位機(jī)結(jié)構(gòu)，兩者之間的數(shù)據(jù)傳送就需要使用通訊模塊了。(4)處理模塊。該模塊是將各種信號(hào)進(jìn)行處理的模塊，由于信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)后，還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定的處理才能識(shí)別和傳送，所以需要用到處理模塊。(5)報(bào)警模塊。當(dāng)控制系統(tǒng)發(fā)出某個(gè)指令后，經(jīng)過一定時(shí)間的延時(shí)還未執(zhí)行到位的話，系統(tǒng)將報(bào)警，提醒工作人員采取相應(yīng)措施，排除故障。

2.6 根據(jù)化學(xué)水處理系統(tǒng)的特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)成模擬畫面，畫面上顯示有各種參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及各種設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，畫面動(dòng)態(tài)更新，更新速率可以達(dá)到1秒。

2.7 數(shù)據(jù)的輸出報(bào)表有隨機(jī)自動(dòng)打印、請(qǐng)求打印和定時(shí)報(bào)表三種方式，可以滿足工作人員的各種需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

化學(xué)水處理系統(tǒng)是給鍋爐供水的重要輔助系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)的好壞直接影響到制水的質(zhì)量。文中介紹了一種化學(xué)水處理控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，通過在某熱電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，證實(shí)了該系統(tǒng)的可行性。