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摘要：筆者著重介紹一種將PLC控制與現(xiàn)場總線通訊方式控制代替原有手動控制，使上位機，下位機及現(xiàn)場達到同步實時控制，實現(xiàn)遠距離監(jiān)測與操作。

關(guān)鍵詞：水處理系統(tǒng)；PLC控制；實時監(jiān)視

一、引言

可編程邏輯控制器(PLC)是八十年展起來的新一代工業(yè)控制裝置，是自動控制、計算機和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場設(shè)備。由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運行的長期連續(xù)性，使PLC在設(shè)計上有自己明顯的特點；

可靠性高，適應(yīng)性廣，具有通信功能，編程方便，結(jié)構(gòu)模塊化。在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中，PLC已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景極其廣泛。

化學(xué)水處理系統(tǒng)的任務(wù)是向熱力系統(tǒng)供給合格的補充水。它包括原水凈化處理系統(tǒng)、制備鍋爐所需的補給水系統(tǒng)和汽輪機凝結(jié)水的凈化處理系統(tǒng)。

目前，火電廠水處理系統(tǒng)控制手段各異。大致可分為：(1)手動操作，機械勞動強度大，已逐步淘汰；(2)有繼電器觸點控制系統(tǒng)，接線復(fù)雜，維護工作重大：(3)以計算機為基礎(chǔ)專用工業(yè)計算機一Pc程序控制。這一技術(shù)目前火電廠中應(yīng)用量最為廣泛，基本上能滿足生產(chǎn)需要，也是當今乃至今后研究發(fā)展方向。

本文筆者參與開發(fā)的某火電廠化學(xué)水處理程控系統(tǒng)中，系統(tǒng)要求在化學(xué)水處理控制室里，對電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)設(shè)備進行控制，并實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)及參數(shù)的情況。

鑒于電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的重要性，采用PLC實現(xiàn)水處理設(shè)備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業(yè)控制計算機則作為上位機與PLC互相配合，共同完成水處理系統(tǒng)的監(jiān)控功能。

二、補給水處理系統(tǒng)工藝流程

天然水混凝沉淀處理后，已經(jīng)將其中大部份懸浮物除掉，從外觀上看也常常是透明，但實際上水中免不了殘留少量細小懸浮顆粒，還需進一步對其進行處理，否則，當進行離子交換處理時，會污染交換劑，影響出水水質(zhì)。

水經(jīng)混凝和過濾處理后，可其中懸浮物和膠態(tài)物質(zhì)，但硬度并沒有改變，且堿度一般仍然較高，水預(yù)處理中采用了沉淀軟化，水中殘留硬度和含鹽量仍無法達到鍋爐補給水要求，還必須作進一步軟化、除鹽處理。陰、陽離子交換除鹽是最常用處理方法，工藝流程圖如圖1所示。

三、化學(xué)水處理程掛系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

雙水發(fā)電廠補給水處理控制系統(tǒng)由下位機和上位機構(gòu)成兩級集散控制系統(tǒng)(Dcs)?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、過程控制及向上位機傳送數(shù)據(jù)等任務(wù)由下位機完成，上位機負責(zé)全系統(tǒng)控制、管理和信息綜合。

基本方案采用3臺西門子公司SIMATIcS7-300可編程序控制器控制現(xiàn)場設(shè)備，依次為過濾器單元及泵、化學(xué)儀表等數(shù)據(jù)：一級除鹽單元：混床單元。改造方案見圖2。

操作站選用1臺研華工控機，軟件開發(fā)平臺選用亞控公司組態(tài)王6.02。組態(tài)王是一種能完成數(shù)據(jù)采集及控制、報警、圖形數(shù)據(jù)顯示等功能完整工業(yè)自動化軟件，具有很高可靠性，是目前中國市場應(yīng)用最多組態(tài)軟件。

該方案配置體現(xiàn)了分散控制系統(tǒng)優(yōu)點。即控制功能分散、操作管理集中?？刂乒δ芊稚⒁馕吨到y(tǒng)實時響應(yīng)快和系統(tǒng)危險分散、操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性。

PROFIBUS總線是當今國際上比較流行一種現(xiàn)場總線，具有很好靈活性和可靠性，性能價格比上也有很大優(yōu)勢。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、效率高、成本低等特性更適合本系統(tǒng)要求，選擇了PROFIBUS-DP方案作為現(xiàn)場通信方式。PROFIBUS現(xiàn)場總線將工業(yè)設(shè)備(傳感器、開關(guān)、可編程控制器等)標準接口連接到工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)上，減少了繁瑣硬接線，現(xiàn)場總線改善了設(shè)備間和通信以及提高了系統(tǒng)精度及實時性，提供了相當重要設(shè)備級診斷功能。

(一)下位機控制程序設(shè)計

將控制系統(tǒng)分為四個大功能塊：整體投運、設(shè)備切換、清洗再生和整體停運。

1、除鹽水箱水位控制5~10m，當水位低于5m時，自動按流程順序投運一套制水設(shè)各(包括一臺清水泵、兩臺過濾器、一套一級除鹽設(shè)備和一臺混床)：當水位低于3m時，自動投運另一套制水設(shè)各。當水位高于10m時，進入設(shè)備整體停運，將所有設(shè)備按嚴格操作順序停運后，一級除鹽設(shè)備進行再生。

2、運行中機械過濾器達到規(guī)定過濾時間要切換到下一臺備用機械過濾器。一級除鹽切換為陽床出水Na+>lOPPb或陰床出水電導(dǎo)>5us／cm、Si02>IOOPPb中任何一個?；齑睬袚Q條件為出水導(dǎo)電度大于0，2qus／cm或Si02>100PPb。

3、一級除鹽運行20個周期后要進行大反洗再生，設(shè)計為全自動步序進行。

4、混床再生過程間隔時間長，故設(shè)計為半自動步序進行。

機械過濾器設(shè)備采用并聯(lián)運行布置，運行及清洗操作實行遙控步序操作。混床設(shè)備采用并聯(lián)運行布置，運行及再生操作實行遙控點操作。

一級除鹽設(shè)備采用單元連接方式。設(shè)備運行和再生采用西門子S7系列可編程序控制器控制。陽床出口裝有電導(dǎo)表和硅表監(jiān)督終點，其運行和再生操作采用遙控手動操作。

再生設(shè)備采用計量箱加噴射器，CTN-I型音頻電磁式酸堿裝置，再生液濃度及中間水箱液位人工調(diào)整。

各項操作由一個轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，可實現(xiàn)設(shè)備手動、步操、半自動和全自動四種操作方式，同時也可監(jiān)控系統(tǒng)上用軟件實現(xiàn)。

(二)上位機監(jiān)控程序設(shè)計

本監(jiān)控系統(tǒng)是以微軟公司W(wǎng)indows98／NT／2000為工作平臺使用組態(tài)16.02開發(fā)出來。組態(tài)王是完全基于網(wǎng)絡(luò)，是一種客戶／服務(wù)器模式，可配置其網(wǎng)絡(luò)時綁定TCP／IP協(xié)議，即可利用其網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)遠程控制。操作人員可控制室向下位機發(fā)出各種控制命令，同時將生產(chǎn)過程中各種信息數(shù)據(jù)采集過來，反映屏幕上各種畫面中，使操作人員一目了然。

我們按工藝過程作出了各幅監(jiān)控畫面，對每一個工藝處理過程都可監(jiān)控及操作：電廠實際操作運行需要設(shè)計了四種操作運行方式：全自動、半自動、步操和手動。全自動運行方式即是無需人員干涉，當一個陰、陽床或混床水質(zhì)取樣儀表檢測水質(zhì)失效，程序自動進入下一個工藝流程：半自動運行方式則是連續(xù)自動完成一個工藝流程；步操運行方式則是每一個工藝生產(chǎn)過程可由人工進行單個步序操作：手動方式即是可由人工對每一個受控設(shè)備進行一對一啟／停、開／關(guān)操作，尤其適用于設(shè)備初調(diào)或維修階段。這四種運行方式之間設(shè)計為無擾動切換，這樣極大方便了工廠運行人員操作維護。

各監(jiān)控界面可用于監(jiān)視流程狀態(tài)也可畫面上對流程實施強制操作。將整個工藝流程監(jiān)控畫面上反映出來，該畫面以虛擬儀表方式實時顯示現(xiàn)場信息，具有直觀、動態(tài)、實時效果。畫面中，受控件(如閥門等)狀態(tài)及反饋均可受控件上直接顯示出來，我們不同顏色表明設(shè)備各個狀態(tài)，畫面流程隨工況不同而動態(tài)變化。畫面上標有系統(tǒng)所有控件，有模擬量輸入控件(如陰床電導(dǎo)值、定時器所余時間)旁顯示即時值，供用戶監(jiān)控。還可對現(xiàn)場儀表進行參數(shù)設(shè)置。運行過程中發(fā)生異常情況時，操作員可直接上位機按下急停按鈕，設(shè)備立即停止運行：操作員也可以現(xiàn)場直接手動操作。

四、控制系統(tǒng)實現(xiàn)功能

此計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制方案是使用工業(yè)計算機代替原有手動控制系統(tǒng)。上位機、下位機與現(xiàn)場之間達到同步控制，實現(xiàn)遠距離監(jiān)控及操作，節(jié)約人力資源，提高勞動效率，實現(xiàn)效益最大化，同時最大程度上保障人員安全，方便了工廠運行人員維護。

此系統(tǒng)具體實現(xiàn)以下功能：

(一)實時監(jiān)視工藝流程

將整個工藝流程監(jiān)控畫面上直觀實時反映出來·本系統(tǒng)提供了精美顯示屏幕、漢字菜單、加速鍵、按鈕等標準窗口界面對象，對一些重要參數(shù)輸入提供了漢字提示填表式輸入對話框。進行重要操作或退出時均會提示確認，人機界面做到人性化。

(二)趨勢畫面及歷史曲線

各模擬量參數(shù)則用棒狀圖畫面動態(tài)顯示，并有相關(guān)實時趨勢圖和歷史趨勢圖供操作人員參考，隨時查詢歷史數(shù)據(jù)。

(三)報警項目及打印

每幅系統(tǒng)圖上都有報警標志，設(shè)備故障、無閥位反饋信號或模擬量參數(shù)報警信息除控制柜有聲光報警外，上位機畫面上亦有報警信號，同時配置報警打印機中即時打印出來供運行人員維修參考。

1、無閥位反饋報警：用戶要求，無閥位反饋只用報警，不影響程序運行。閥位反饋按單步報警，報警項目列出無閥位反饋成組閥門，操作員應(yīng)到閥門現(xiàn)場查看，確定故障閥門并清除故障。

2、泵故障：報警項目列出故障泵，提示操作員報修。因各泵均有各用泵，一旦用泵出現(xiàn)故障則PLC自動將系統(tǒng)切換到備用泵，不影響系統(tǒng)運行。

(四)參數(shù)顯示及參數(shù)設(shè)置

系統(tǒng)可調(diào)出工藝過程中各種參數(shù)，操作人員可查看并進行修改。

(五)權(quán)限安全設(shè)置

系統(tǒng)中，對操作人員設(shè)定一定權(quán)限。操作人員輸入自己密碼，可進行自己權(quán)限以內(nèi)操作，有效防止了誤操作。

五、結(jié)束語

本文將PLC控制結(jié)合現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于化學(xué)水處理程控系統(tǒng)上，保證了整套水處理設(shè)備安全、高效、穩(wěn)定運行。投入運行以來，效果良好，受到用戶好評。此系統(tǒng)為國內(nèi)新建火電廠水處理程控系統(tǒng)設(shè)計和老火電廠進行水處理技術(shù)改造，提供了一種理想解決方案，具有很好借鑒推廣價值。