摘要:著重從化學補給水的系統結構到ＰＬＣ的組態和軟件設計等方面做了研究和總結。由于ＰＬＣ具有運行穩定性和高可靠性等特點,它與工業控制計算機連網對于電廠化學水處理系統進行自動控制具有其獨特的優勢。
關鍵詞:ＰＬＣ;化學水處理;控制系統
作者簡介:楊繼宗（１９６９-）,男,工程師,畢業于西安理工大學動力工程系,長期在天
水電氣傳動研究所從事自動化工程項目及控制理論的技術設計和科研開發工作。薛巖男,畢業于西北師范大學計算機系,講師。現任教于甘肅工業職業技術學院,主要從事電子電器工程技術的開發研究和教學工作。陳啟和（１９７０-）,男,蘭州大學ＭＢＡ碩士研究生畢業,現在甘肅省企業工委工作,主要從事自動化技術領域的開發設計和現代企業管理的研究工作。
１ 化學補給水系統的結構組成
以國內某電廠為例,先介紹化學補給水處理系統的基本組成。該電廠二期工程裝設兩臺１３．５萬千瓦機組,化學補給水處理系統采用中壓系統,主要功能是用來將水源地來的清水經過濾器以及反滲透裝置等設備預處理,再通過混床二級除鹽處理變為適合主廠房鍋爐用的除鹽水,供主廠房鍋爐與汽機使用。整個系統的控制主要以程序自動控制為主,人工參與為輔的方式來完成。化學補給水處理系統由三大系統組成:
1.1水系統
水系統主體設備主要包括雙介質過濾器４臺,活性炭過濾器４臺,精密過濾器兩臺,反滲透裝置兩套,除碳器一套,一級混床三臺,二級混床兩臺。所有設備由不同的管道相連構成化學補給水處理系統。從生水泵來的生水首先進入雙介質過濾器除去大顆粒懸浮物等雜質,再進入活性碳過濾器處理,使水的濁度和導電度達到一定的標準后經精密過濾器進入反滲透裝置,除去大量的含鹽離子,此時的水變為淡水,淡水進入除碳器除去ＣＯ２后進入混床進行再次除鹽處理,使水的導電度和ＳｉＯ２的含量達到設定標準后才能送入主廠房。水系統主要檢測的對象有ＰＨ值、導電度、流量、壓力、濁度和ＳｉＯ２含量等,此外,雙介質過濾器、活性碳過濾器以及一、二級混床的樹脂一旦失效就需要再生處理,反滲透裝置每次運行結束后也需要清洗等,這些工作都需要計算機和ＰＬＣ程序控制來完成。
1.2 酸堿再生系統
酸堿再生系統的主要作用是將混床里失效的樹脂利用酸堿置換反應還原為合格的樹脂,供混床制水使用。在制水過程中,當混床運行時間過長時樹脂會吸附大量的含鹽離子,導致樹脂失效,此時產品水中的導電度和ＳｉＯ２的含量會明顯增大,這就需要對樹脂加酸加堿做再生處理,通過酸堿置換反應使樹脂還原為合格的樹脂,這時混床才能參與制水。從酸堿儲存槽來的酸和堿分別儲存在酸堿罐中,加酸加堿時,酸堿濃度要控制在一定的范圍才行,一般酸堿濃度為０．１%～０．１５%,這些都要在系統運行過程中根據現場實際情況來確定,酸堿再生系統主要檢測的參數為酸堿濃度、酸堿槽和酸堿箱的液位等。
1.3 氣系統

氣系統主要是來自主廠房的壓縮空氣,壓縮空氣分為程控用氣和再生用氣兩部分,程控用氣主要是供給電磁閥箱來控制氣動閥門的,而再生用氣是供給雙介質過濾器和混床再生空氣擦洗時使用。氣系統要保證有一定的氣壓,壓力范圍為０．５～０．６ＭＰａ,壓力過高會使管道和床體憋壓,壓力太低閥門將動作緩慢甚至操作無效,因此氣壓是本系統的重要參數。
２程控系統
2.1系統構成及控制要求
程控系統是以ＰＬＣ和計算機為核心組成的對化學水處理系統操作實行程序自動控制的裝置。系統所有的監控操作都是在計算機上完成的,通過ＣＲＴ監測現場各設備的狀態和參數,來分析閥門、水泵以及過濾器、混床和反滲透裝置等的運行狀態、水質的好壞,如ＰＨ值、導電度、流量、壓力、濁度和ＳｉＯ２等。上位機為運行人員提供了極為方便的操作方式和控制對象選擇菜單,運行人員選擇菜單內容來決定自己所喜歡的操作方式,通過發布操作指令來控制和監測現場運行設備。打印機可隨時打印各種報表,從報表上分析運行設備的各種參數,進而分析水質的優劣。音箱是作為系統運行時報警用的,系統運行過程中當檢測到有故障時會發出報警聲音,提醒運行人員注意并通知
檢修人員及時修理故障設備,以免引起更大的事故。系統運行之前過濾器和混床里必須有合格的樹脂才能保證有效的出水水質。一旦樹脂失效,將影響出水水質,此時必須投運備用過濾器和混床,同時將不合格的樹脂進行再生處理。系統流程圖如圖１所示。
2.2系統的組態
系統的組態對一個控制系統的配置來說相當重要,整個系統的自動化程度與其有著密切關系,它直接影響著整個系統操作功能的順利實現,所以在對系統進行組態之前,必須搞清楚系統的所有受控對象以及參與控制的所有設備。由于化水處理系統涉及的受控對象比較多,有一百多個氣動閥門、電動閥門、除碳風機、反洗水泵、加藥泵、攪拌機以及淡水泵、除鹽水泵等,還有幾十路模擬量的監控,所以必須考慮所有的控制點數,然后給每個輸入或輸出點指定一個Ｉ／Ｏ位,這樣就可以計算出所有的Ｉ／Ｏ點數。
ＰＬＣ的型號一般來說由用戶自己確定,但是設計人員應當根據系統的大小和控制對象的復雜程度來作出合理的推薦,幫助用戶進行系統選型,因為每個系統的大小和控制的對象都不相同,其運行的工藝流程也各不一樣,對它們的控制編程方式也不同,因此對ＰＬＣ內存容量的要求也不一樣,這就要求進行全面地分析,使整個控制系統的配置更加完善。當所選ＰＬＣ的型號確定時,根據所選ＰＬＣ系統Ｉ／Ｏ單元的點數來確定Ｉ／Ｏ模塊的數量,再根據Ｉ／Ｏ模塊的數量和所選機架上的槽數來確定所要使用的機架數(包括擴展機架)。一般來說,Ｉ／Ｏ點數最后要留出足夠的余量（１５%左右）作為備用,便于將來系統增容擴建或改造。由于該電廠的特殊原因和技術要求,需要配置上位計算機來參與操作和監控,對上位機的要求是能夠模擬顯示整個系統當前的運行狀況、工藝參數趨勢及棒形圖、實時打印歷史記錄及報表、實時報警以及顯示系統運行程序的步序和運行時間等,操作系統要求鼠標點動每個閥門和各個水泵、風機等,要求提示運行人員操作的步序,而且操作簡單易懂,誤操作時不會出現安全和技術事故,能夠及時解除誤操作等意外情況的發生。ＰＬＣ與上位機進行實時通訊,操作并管理整個系統,兩臺上位機一臺運行,一臺備用,并且能夠同時互相進行切換,因此還需配置通訊模塊,網絡交換機等使整個系統的運行和操作更加方便。整個系統網絡為雙ＣＲＴ+ＰＬＣ組成工業控制局域網,兩臺計算機上有以太網卡,通過雙絞線與交換機相連,雙絞線接口為ＲＪ-４５,網絡拓撲結構為星型連接,網絡協議為ＴＣＰ／ＩＰ。ＰＬＣ主機架上安裝以太網模塊,通過雙絞線與交換機相連,ＰＬＣ主機通過同軸電纜與ＲＩＯ各遠程站連接。在這樣的系統配置中,兩臺計算機既可以共享數據,互為備用,也可以作為ＰＬＣ的編程器,對ＰＬＣ進行編程和維護。
2.3 系統的操作功能
系統的操作功能要求系統能夠在現場設備無故障情況下實現自動化,一般情況下單臺設備的啟動和停床采用自動、單步操作方式,整組投運時必須選擇好床體和連鎖設備后再啟動和停床。鼠標單操優先,在任何情況下都不受操作方式的限制。操作程序啟動時能夠自動檢測、自動報警,便于運行人員操作、監控。要求計算機對系統的運行狀況能夠進行實時顯示、自動記錄歷史數據并能夠脫機即時打印。要求人機對話靈活、畫面顯示清晰而且切換靈敏,上下位機通訊迅速且不會出現明顯的時間滯后。由于化學水處理系統比較復雜龐大,所涉及的控制對象比較多,以往的運行辦法需要運行人員到現場去操作每個電磁閥和水泵以及風機等來實現系統的運行,如今隨著科學技術的不斷發展,這種操作方式遠不能適應大規模制水生產的需要。第一,操作不方便、不靈活;第二,操作過程復雜、容易出錯;第三,需要多人相互配合才能完成操作,既花費人力,又浪費時間。當前要提高經濟效益,擴大市場需求,在市場經濟大潮的激烈競爭和減員增效的經濟運行體制下,這種生產方式已經不能適應新形勢發展的要求。為了適應市場經濟的不斷變化和提高勞動生產率就需要加大科技投入,提高系統配置的科技含量,力爭使整個系統的運行和管理系統化、科學化,操作要靈活、方便,運行要穩定,這是我們所要力爭實現的目標。由于ＰＬＣ可編程控制器的ＣＰＵ性能強、可選范圍廣并具有通用的處理結構、梯形圖邏輯編程、通用指令系統、高性能的通信網絡,允許與其它裝置相互連接,這大大增強了應用控制和數據交換能力。Ｉ／Ｏ模塊多為槽式或機架安裝,控制設備比較集中,便于運行人員操作和維護。自動控制系統的應用,大大減輕了操作人員的勞動強度,提高了生產效率和系統運行的安全性、穩定性,為企業創造了經濟效益,提高了企業的競爭力,實現了科學化管理。
３控制軟件的設計
⑴化學水處理控制程序包括雙介質過濾器的投運和再生程序,活性碳過濾器的投運和再生程序,反滲透裝置的啟動和停止程序,一級混床的投運和再生程序,二級混床的投運和再生程序。
⑵各個床體的程序一般是獨立運行的,單獨運行時有自動和單步操作。自動運行時每一步都是按事先設定的步序時間和在線參數進行運行,單步運行時每一步的時間都由運行人員根據現場情況自己掌握,還可以根據現場情況跳過某些不需要的動作步序,因此操作方式要非常靈活。
⑶對于有些床體和其它設備需要同時運行時就需要進行對象選擇,選好對象后再整組投運,在停床時也要選擇