PLC在火电厂化学凝结水精处理程序控制系统中的应用

北极星电力网技术频道作者:王鎏、张新红 2009/4/27 11:42:40

摘要：凝结水精处理是对水汽系统中的凝结水进行除盐和除浊处理，以保证凝结水水质合格，防止水汽系统产生腐蚀、结盐和结垢。张家口发电厂一单元、二单元的凝结水精处理程序控制因为原来设计、调试和现场实际情况等多种原因使用的是远手操，自动化水平低，因此我们对一单元程控部分进行了更新和改造。系统采用了MODICON 的可编程逻辑控制器（简称PLC）并增加工控机和CRT,实现了实时监视设备状况,并对主要参数进行历史记录，程控系统预留了在OPC等协议下与辅控网系统通讯的功能。改造后凝结水处理系统能够实现程序控制、CRT手动操作、就地操作等功能，从而减少了运行人员的工作量,提高设备自动化水平。本文以此为例介绍PLC自动控制技术在凝结水精处理系统中的应用。

关键词：PLC 凝结水精处理程控系统应用

1 引言

近年来,由于高参数大容量机组不断建成和投运,化学水处理的规模越来越大,设备不断增加。凝结水精处理在200ＭＷ以上机组是必须配备的一个水质控制系统，它不同于化学补给水从生水开始处理，而是对整个电厂水汽系统中的凝结水进行除盐和除浊处理，以保证循环使用的凝结水水质量符合机组运行的要求，达到防止水汽系统产生腐蚀、结盐和结垢的最终目的。张家口发电厂凝结水精处理分为四个单元集中控制，每个单元控制二台机的凝结水精处理运行。一单元、二单元的凝结水精处理程序控制因为原来设计、调试和现场实际情况等多种原因使用的是远手操，阀门和泵体的一对一操作，自动化水平低，严重影响了劳动生产率。因此该厂对一单元精处理的程控部分进行了更新和改造，系统采用可编程逻辑控制器（简称PLC）并增加上位机和CRT实时显示运行的设备状况，对主要参数进行历史记录，程控系统具备在OPC等协议下与辅控网系统通讯的功能。改造后能够实现凝结水处理系统的程序控制、CRT手动操作、就地操作、减少了运行人员的工作量,提高设备自动化水平。本文以此为例介绍PLC自动控制技术在凝结水精处理系统中的应用。

2 控制系统概况

张家口发电厂一单元凝结水精处理程控系统采用了Modicon公司Quantum系列程序控制设备及配套的Modicon Concept2.6软件编程，使用CPU双机冗余配置。上位机使用的是台湾ADLink工控机并使用iFIX工控软件进行组态。凝结水处理设备可由键盘、鼠标在计算机上通过PLC系统实现自动、成组和远操方式。控制工艺要求：每台机2台高速混床，不设备用，全部投入运行，每2台机公用1套再生设备，再生间内存1套树脂，作为2台机的备用树脂。该套程控系统主要功能包括四部分：（1）2台高速混床的运行以及机组凝结水旁路门的监视；（2）高速混床和再生间阳再生器之间的树脂输送；（3）树脂在再生间的再生操作；（4）高速混床的投运和停运。

2.1 硬件系统组成

张家口发电厂一单元凝结水精处理工艺系统配2台独立的CRT操作员站，为满足系统稳定可靠的要求,PLC采用的是Modicon公司Quantum系列的电源模件和CPU模件冗余控制，组成双机互备，设两个RIO分站，通过MODBUS PLUS网络组成一个总线式的网络。

2.1.1 网络结构图(见图1)

图1 程控系统网络图

2.1.2 输入输出模件

数字量输入模件为140 DDI35300（7个），数字量输出模件为140DDO353（4个）模拟量输入模件为140 ACI03000（5个），温度测量输入模块为140ATI0300（1个）。

2.1.3 输出控制单元（继电器单元）

一单元凝结水精处理控制的气动阀门，采用的是台湾产的24V DC电磁阀，对电磁阀的操作指令通过上位发出后，经PLC的DDO卡件输出指令，并通过OMRON 24VCD继电器将信号隔离后输出到就地电磁阀，从而实现阀门的开，关操作。电机和电动阀门的操作部分也是由DDO输出指令后，经OMRON 220VAC继电器加以隔离后输出，从而控制电机的启停和电动门的开关。具体的方式是当指令发出后，继电器线圈带电，常开接点闭合，指令送出到电气控制回路中，由电气回路完成电机启停或者电动门的开关。

2.2 软件系统

张电一单元凝结水精处理使用的采用了Modicon公司Quantum系列控制系统配套的Modicon Concept2.6软件编程，为Modicon的PLC进行编程、检查、生成档案文件。上位机使用的是台湾ADLink工控机并使用iFIX工控软件进行组态。

3 程控系统控制要求和工作原理

3.1 凝结水精处理工艺简要说明

张家口发电厂凝结水精处理系统采用的是中压高速混床，除盐和除浊同时进行，一单元两台高速混床串接在凝结水系统中，是以一种“低压系统”方式于热力系统连接。

示意图如图2

图2 低压凝结水处理系统在热力系统中的联接

3.2 程控系统工艺

凝结水处理工艺系统由两部分组成：第一部分为除盐系统；第二部分为体外再生系统。

在凝结水处理工艺系统中，PLC控制的设备有：每台机2台高速混床，1个自动旁路，2台再循环泵；阴再生罐，阳再生罐，树脂隔离罐，热水罐，碱储存罐，酸储存罐，碱计量箱，酸计量箱，喷射器，罗茨风机，冲洗水系统的气动和电动执行机构等。工艺系统如图3、图4和图5。

图3 #1机混床系统

图4 体外再生系统

图5 精处理共用系统

3.2.1 除盐系统的工艺

自凝结水泵来的凝结水通过母管进入2台高速混床，用以除去水中的悬浮物和盐类，使高混出口水电导率达到〈0.20微西/厘米，符合水质标准。高速混床出水经母管至低加热器，进入循环系统使用,以#1高混工作程序为例说明，其工作步骤和设备状态如表1所示：

表1 #1机高速混床步序表

分组	步骤	操作对象	时间（秒）
混床停运	1.开旁路	开旁路	60
	2.解列	关P1、P2	60
	3.泄压	P6、V2	120
混床至阳罐	1.水输送	CX、P4、TX2、T10（T11）、T1、C5	1200
混床至阳罐	2.气输送	P5、TX2、T10（T11）、T1、C5	600
储存罐至混床	1.水输送	CX、S1A、T6、T10（T11）、TX1、P3、R2	1200
	2.气输送	S7、T6、T10（T11）、TX1、P3、R2	300
	3.静置/沉降		60
混床投运	1.充水	CX、S1、T6、T10（T11）、TX1、P6、V2	120
	2.投床	P1、P2	60
	3.关旁路	关旁路	60
	4.程序结束

混床投入的成组远操的步序如图：

图6 高速混床投入运行的步序

混床停运的成组步序如图：

图7 高速混床停运的步序

3.2.2树脂再生系统工艺

当高速混床出水导电度达到或超过0.20微西/厘米或高混单台出水量达到8万吨后，需停止混床进行再生。为了防止污染凝结水，树脂的再生采用体外再生方式。要将失效树脂送回体外再生间进行再生。再生的工作步骤和设备状态如表2：

表2 树脂再生步序表

分组	步骤	操作对象	时间（秒）
树脂擦洗	1．排水	C7、C8	150
	2．空气擦洗	C7A、C6、FJ	90
	3．正洗	CI、C5、CX	300
	4．循环正洗判断	10	5
	5．混脂送入阳	TR1、TR7、T8、C5、CX	360
	6．沉降	C6\TR6	600
	7．阳反洗/混排水	C1A、C3、CX、TR6、TR3 流量20~25T/H	1800
	8.沉降,注酸碱	C6，HA3，SH3	600
树脂分离	1.阴树脂送至阴罐	C1B、T3、A5、CX	600
树脂分离	2.混脂送至混罐	C1B、T7、TR3、CX	300
阴阳树脂再生	1．阳等待/阴放水	A7、A8	150
	2．阳放水/阴空气擦洗	C7、C8、A7A、A6、FJ	90
	3．阳空气反洗/阴正洗	CA7、C6、FJ、A1、A5、CX	60
	4．阳正洗 /阴正洗	C1、C5、A1、A5、CX	300
	沉降	C6、A6	60
	5．阳/阴排水	C7、C8、A7、A8	60
	6．阳进酸/阴进碱	HA1、HA2、C4、C5、SH1、SH2、A4、A5、CX	时间代定
	7．阳置换\阴置换	HA1、C4、C5、SH1、A4、A5、CX	1800
	8．阴注水/阳注水	A1、A6、C1、C6、CX	180
	9．阳等待/阴放水	A7、A8	120
	10．阳放水/阴空气反洗	C7、C8、A7A、A6、FJ	90
	11．阳空气反洗/阴正洗	C7A、C6、FJ、A1、A5、CX	60
	12．阳正洗/阴正洗	C1、C5、A1、A5、CX	300
	13．循环(9-12)		10
	14．正洗(接受电导信号指令)	C1、C5、A1、A5、CX	300
	1．混脂塔排水	TR6、TR3	10
树脂混合	2．阴再生器树脂至贮罐	A1A、T4、T5、S5、CX	900
	3．阳再生器树脂至贮罐	C1A、T2、T5、S5、CX	900
	4．排水	S7、S8	420
	5．空气混合	S7A、S6、FJ	60
	6．沉降	S6	600
	7．充水	S1、S6、CX	180
	8．正洗(接受电导信号指令)	S1、S5、CX	300

	水输送	S1A、T9、C5、CX	1200
重复再生	气输送	S7、T9、C5、	180
重复再生	再生
自动进行再生

备注：各设备简称为罗茨风机—FJ、冲洗水泵—CX、酸泵—SB、碱泵---JB

为了减少交叉污染，失效树脂送入阳再生罐后经过擦洗除去树脂中带有的脏物后进行反洗，将阴树脂送入阴再生罐，混合树脂送入混脂塔。阳树脂留在阳再生罐内。此过程是通过安装于阳再生罐各部位的树脂出口门来控制完成。然后由再生系统配备的1个酸储存罐，1个碱存储罐，1个酸存储罐，1个酸计量箱，1个碱计量箱进行再生。30%浓度的盐酸经计量箱计量后，由喷射器与除盐水混合为3%浓度的盐酸，经阳再生器上部进入阳再生器，进行顺流再生。再生完成后，再生废液由中排装置排出，同时废液由中排装置排出，同时进置换水将阳再生器中废酸置换出来。废液排出后，由进水管进行正洗。留在阴再生罐内的阴树脂，经反洗，用4%碱液进行再生，然后置换及正洗，置换及正洗操作完成后，阳再生罐内树脂送入阴再生罐内加以混合后，再次正洗，直至出水导电度达到〈0 .20微西/厘米后再生停止，树脂留在阴再生罐内备用。该过程全部由PLC程序控制自动完成。

3.2.3程控系统软件设计

程序控制分为一号机混床控制、二号机混床控制、再生控制，有相应的控制面板，并设有“时间控制”画面，运行人员可对程序控制的所有步序的时间进行实时调整。

1#机（2#机）高混系统程控设计成组、远操两种方式。成组程控的逻辑顺序为：首先选择“A选中”或“B选中”按钮操作A混床或B混床，然后选择“第一组选中”或“第二组选中”或“第三组选中”或“第四组选中”成组程控组号，四组分别代表“混床停运”、“混床树脂送阳再生器”、“树脂贮存罐树脂送至混床”、“混床投运”，最后发出“执行”指令，程序将自动执行。

在成组控制被选中或程序在执行过程中，所有相关设备的远操都被禁止。如果需要进行紧急手动操作，可发出成组“停止”指令，程序将停止，所有程控指令清零，此时可以进行设备单操。“停止”指令发出且相应反馈信号到达之后，才能进行“A选中”或“B选中”切换。如果还需运行成组操作程序，则需发出撤消“停止”任务的指令，停止指令被撤销，此时即可进行正常“成组”程序控制。

程序在执行过程中，设计了“暂停”指令来暂停程序执行，使得正在执行的步骤指令被清除，时间计数清零。撤销暂停指令，程序将再次执行当前步骤，时间计数到规定数值，然后执行下一步。

再生装置系统控制方式有自动、成组、远操三种方式。

在上位机上发出“自动”和“执行”指令后，程序将自动完成树脂的擦洗、分离、阴阳树脂再生和树脂混合。“停止”和“暂停”指令的功能与混床控制中的类似指令功能相同。“停止”指令发出之后，才能进行“自动”或“成组”或“远操”之间的切换。点击“成组”指令，选择相应的组号选择键，最后点击“执行”指令，程序将分组执行。五只组命令依次分别代表“树脂擦洗”、“树脂分离”、“阴阳树脂再生”、“树脂混合”。“成组”指令发出后，才能进行组间的切换。点击“远操”任务后，即可以对设备进行单操操作。重复再生方式为在“自动”方式下的一种特殊模式，在再生操作完成后，此种方式才可以被选中。执行“重复再生”任务，再执行“执行”任务，程序将自动按“重复再生”、“树脂擦洗”、“树脂分离”、“阴阳树脂再生”、“树脂混合”顺序执行，最后于“树脂混合”结束后完成。在“成组”控制模式下，如果执行“阴阳树脂再生”、运行人员必须手动将酸计量箱及碱计量箱液位维持到合适位置，然后才能开始进行成组“阴阳树脂再生”。在执行程序后，如需要进行人工干预，可将程序停止，将操作模式切为“远操”，即可进行设备手动操作，在人工干预结束后，必须将操作过的设备全部手动操作“关闭”或“停止”，然后才能恢复程序运行。

另外，还设计了以下几个功能键：

总图、菜单、操作菜单、程序状态、程序设置、报警、实时趋势，打印等。

3.2.4 仪表和信号

为了便于运行人员监视运行工况，在其就地安装了指示仪表，并将信号送到CRT上显示。包括分析仪表：10台电导率分析仪，热电阻温度计，压力变送器，流量变送器和液位计。系统上的压力、温度、差压、流量变送器给程控提供模拟量信号，并远传至控制室内的操作员站；温度、压力、差压、液位开关向PLC程控器提供数字量信息，并连接到报警系统，当这些量偏离设定值时发出报警信号。

3.2.5 系统的联锁

为了保护设备的安全，防止出现操作意外以及对一些设备实现顺序控制，系统设置了一些硬件和软件方式的联锁，当混床投运后，相关的电动，汽动阀门均操作无效；当1台混床运行，1台退出时，旁路自动打开50%；2台混床全部停运时，旁路自动打开100%。

4 结束语
凝结水精处理程控装置的改造成功,总结起来有如下几点:

ａ）保证了水处理设备的可靠运行。大型机组凝结精水处理设备庞大而且复杂,运行、再生操作多,容易发生误操作。投入程控装置,其运行及再生过程由程控装置发出指令按已经编制好的程序进行,每一步所动作的阀门、水泵、风机等都已预先设定,减少了误操作机会。

ｂ）ＰＬＣ具备了实时监控技术和故障诊断技术,当程控系统有设备发生故障时,会执行系统复位。此时，各阀门全部关闭,泵与风机全部停用。待查明故障,消除缺陷后可重新启动。

ｃ）ＰＬＣ编程简单，常用的编程语言是梯形图,这种编程语言形象、直观,容易掌握，不需要专门的计算机知识，便于广大现场工程技术人员掌握。当生产工艺需要改变时可以现场改变程序，使用方便、灵活。

ｄ）减轻劳动强度,提高劳动效率。投入程控系统,运行人员明显减少,运行值班条件得到明显改善。

参考文献

[1]王芳自动化与仪表　 1997　第2期

[2]热控可编程程序控制系统检修工艺规程北京大唐发电股份有限公司张家口发电厂企业标准 2002.12.01

[3]郑芳俊水处理设备程序控制中国电力出版社 1998

来源：张家口发电厂