化學水處理站的計算機控制系統

1 程控系統概述
石家莊熱電廠八期技改工程化學水處理程控系統按照化學水處理的工藝要求順序控制各交換器的閥門開關及泵和風機的啟停，其根據工藝要求、運行要求和控制邏輯，編制控制程序，送入控制核心ＰＬＣ可編程控制器，以完成各種信號的輸入、輸出、邏輯運算，設備的啟停、運行順序的形成和自動投運等功能。
受到程控的設備包括：5臺高效過濾器、5臺陽離子交換器、5臺陰離子交換器、4臺混合離子交換器、6臺酸堿計量箱、4臺中間水泵、4臺除碳風機、3臺除鹽水泵及相應的氣動閥門。
程控系統采用上位工作站+ＰＬＣ編程控制器的控制顯示方式。所有系統流程圖和儀表信號均在上位工作站的ＣＲＴ上顯示，控制操作也在上位工作站的鍵盤或鼠標上進行，模擬信號全部輸入ＰＬＣ可編程控制器。
2　控制系統的構成
控制系統主要由上位機監控管理系統、下位機水處理控制系統和儀表、閥門、風機、泵程控柜等組成。
2.1　下位機水處理控制系統
下位機可編程控制器選用美國通用電氣公司（ＧＥ）的90系列ＰＬＣ產品，該產品是具有高速強功能的ＣＰＵ、開放式的總線結構、靈活開放的通訊方式配之以Ｇｅｎｉｕｓ智能分布式Ｉ/Ｏ系統、現場控制（ＦＩＥＬＤＣＯＮＴＲＯＬ）遠程Ｉ/Ｏ系統，并基于多種硬件和軟件平臺的工業監控系統。其主要特點為：
ａ.采用ＰＬＣ雙機熱備，通過2臺ＣＰＵ360和ＨＢＲ30熱備冗余系統實現。ＨＢＲ30系統的冗余部分由2套ＰＬＣ90-30ＣＰＵ控制器組成，主控制器通過Ｇｅｎｉｕｓ網絡總線與其備用控制器和Ｉ/Ｏ系統的通訊實現其熱備冗余功能，一旦主ＰＬＣ控制器或通訊出現故障，所有控制功能將平穩地切換至備用控制器以確保工藝裝置的正常運行。系統同時具有參數同步化，Ｉ/Ｏ總線冗余和系統診斷等功能。
ｂ.對于分布式Ｉ/Ｏ和控制，增加了真正的模塊化系統?，F場控制網絡上的每一個站都可作為獨立的控制器，允許邏輯功能實際分開，從而加快處理時間?，F場控制就地提供邏輯處理，使整個系統的速度和性能明顯提高，ＬＯＧＩＣＭＡＳＴＥＲ9030編程軟件可給每一個現場控制站編程。一個現場控制站由一個總線接口單元（ＢＩＵ）、一個可選的現場邏輯處理器以及最多8個現場Ｉ/Ｏ模塊構成。
　?。?ＡＩ模塊ＩＣ670ＡＬＧ240能接受16路恒流源4～20ｍＡ的電流信號，也就是說既可直接接受4～20ｍＡ信號，也能接受兩線制帶24ＶＤＣ的4～20ｍＡ信號，而不需通過配電器轉接。其它控制系統（如ＷＤＰＦ、ＭＯＤＩＣＯＮ）則需2塊不同的ＡＩ板，并設置配電器。
ｄ.風機、泵、氣動閥門狀態信號不參與ＰＬＣ邏輯控制，而只作為狀態并通過通訊網絡在ＣＲＴ上顯示。所有的模擬量包括液位、流量、壓力、溫度、化學儀表只在上位機上顯示和報警，不參與化學水處理的程序控制和聯鎖。這種設計避免了閥門狀態反饋信號、液位、化學儀表等的頻繁故障中斷程序運行，導致最終程控系統無法運行。
2.2　上位機監控系統
采用2臺ＣＯＮＴＥＣ-88Ｖ工業控制機，ＣＰＵ為Ｐｅｎｔｉｕｍ，主頻為233ＭＨｚ，內存為64Ｍ，硬盤為2.1Ｇ，軟件平臺為Ｗｉｎｄｏｗｓ95，上位工作站軟件是美國Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ公司開發的Ｉｎｔｏｕｃｈ5.0。一臺上位機設置為主上位工作站，能監視和控制；另一臺設置為備用上位工作站，只能監視，不能操作。
2.2.1　數據處理及顯示
對水處理車間內的各種重要數據，如流量、壓力、ｐＨ值、鈉離子濃度、導電度、酸堿度、液位等進行統計處理，并以表格、曲線、棒形圖、模擬圖等形式分頁顯示，并且自動越限報警，報警隨機打印。用鼠標或鍵盤可完成化學水處理站內的所有操作，包括每一個設備的啟停，對重要參數如鈉離子濃度上限、導電度上限等的在線修改。
2.2.2　上、下位機的數據通訊
采用上位機ＲＳ232口與下位機的ＣＰＵ插口相連，實現編程軟件與ＰＬＣ的數據通訊。專用通訊模塊ＢＥＭ331與上位機ＰＣＩＭ卡相連至Ｇｅｎｉｕｓ通訊網絡，通過雙向ＤＤＥ動態數據交換，來實現數據共享，從而保證了實時控制和數據處理。
3　控制系統實現的功能
3.1　控制系統的操作功能
石家莊熱電廠化學水處理程控系統實現的功能有：可在任意一臺上位工作站上對系統進行自動、成組、手動操作等3種工作方式的選擇；可對所要進行再生或運行的交換器進行選擇操作；可在自動運行或再生過程中實現程序的啟動、停止、步延、步進操作；可由任意畫面方便地切換到另一幅畫面；可在分畫面中選擇模擬量趨勢圖的顯示操作；可在屏幕上對顯示的控制設備進行一對一操作；報表和報警打印功能。
3.2　控制系統的顯示功能
主要有：系統流程圖總畫面和分畫面顯示；工藝參數值模擬量顯示；風機、泵、閥門等開關狀態的數字量顯示；數字量和模擬量的報警信息顯示；步序及計時時間顯示；模擬量趨勢圖顯示。
4　監控系統存在的問題和需完善的地方
ａ.未考慮與廠管理信息系統（ＭＩＳ）聯網，即系統未留有與ＭＩＳ網通訊的軟硬件。
ｂ.風機、泵等動力設備跳閘時沒有聲光報警，只將其做到了ＣＲＴ的報警畫面里，不利于設備故障時及時提醒運行人員。
ｃ.由于化學儀表、液位顯示、氣動閥門的狀態反饋信號不可靠或不準確，不能實現真正的自動程序控制，需要人為干預。
ｄ.系統打印報表時有時要退到Ｗｏｒｄ和Ｅｘｃｅｌ環境中進行，不利于上位機的安全。
ｅ.程控系統Ｉ/Ｏ點數：開關量輸入為616點，開關量輸出為416點，模擬量輸入為128點，模擬量輸出為4點（未用），合計Ｉ/Ｏ點為1160。上位機與下位機通訊速率為153.6ｋｂｉｔｓ/ｓ，通訊速率略慢。
5　結束語
本系統可在計算機畫面上完整地監視整個化學水處理站的生產情況，每一個操作都跟隨著工藝流程，運行人員很容易掌握，由于控制部分上位機采用雙機備用工控機，下位機采用雙機熱備的可編程控制器和可靠的Ｇｅｎｉｕｓ網絡通訊總線，所以系統可靠性很高，可擴展性很強，運行至今從未有死機現象發生，有很大的優越性。