伊敏发电厂化学水处理主要包括锅炉补给水处理、污凝水处理、凝结水处理三大部分, 化学水处理系统主要是为一期、二期机组提供品质合格的除盐水, 预防热力设备结垢、腐蚀, 确保生产安全稳定, 并做到节约用水和控制环境污染。电厂一期水处理系统为全套俄供设备, 工艺流程复杂, 控制系统落后, 故障率高, 产水效率低, 生产成本高, 维护量大。同时, 随着电厂二期投产需水量加大, 原来的生产工艺和产能已不能满足要求, 改造迫在眉睫。2004年夏季, 发电厂率先对水处理系统进行改造, 全套控制系统选用施耐德公司昆腾PLC, 并对就地一部分设备和元件进行了升级和改造。二期扩建反渗透部分也于2008年投入运行, 目前整套系统运行稳定, 水处理完全满足生产需要。本文主要讨论化学水处理锅炉补给水、污凝水部分, 不包含凝结水处理部分。
PLC是Programmable Logic Controller (PLC) 的缩写, 是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令, 并能通过数字式或模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体, 易于扩展其功能的原则而设计。
高可靠性, 抗干扰。可靠性是电气控制设备的关键, 到目前没有任何一种工业控制设备能与可编程控制器的可靠性比肩。PLC采用大规模集成电路技术, 生产工艺严格, 并且采用先进的抗干扰技术, 产品相当成熟。
功能完善, 适用性强。PLC发展到今天形成了大、中、小不同规模的产品, 广泛应用于石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、纺织、交通运输、环保等领域。
编程方便, 易于使用。PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易, 编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近, 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开了方便之门。
维护方便, 便于升级改造。PLC用存储逻辑代替继电器接线逻辑, 大大减少了设备外部接线, 自然降低了维护强度。同时系统冗余设计, 从CPU、I/O点都可以按照使用人员的要求改变控制策略, 进行改造和升级非常方便。
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机, PLC能编制各种各样的控制算法程序, 完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块, 目前许多小型PLC也具有此功能模块。
开关量控制是PLC应用最广泛的领域, 取代传统的继电器电路, 实现逻辑控制、顺序控制, 既可用于单台设备的控制, 也可用于多机群控及自动化流水线。一些小型PLC完全利用其开关量进行工作。
数据处理。PLC具有数学运算 (含矩阵运算、函数运算、逻辑运算) 、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能, 可以完成数据的采集、分析及处理。此外, PLC还具有通讯联网功能、以及控制机器人、机床、电梯的运动控制功能。
系统由四台上位计算机和两套冗余PLC系统构成。上位计算机系统采用工业级计算机构成功能强大的监测与控制系统, 计算机上安装Intellutiong公司的iFIX3.5和Wonderware公司的intouch9.0工业监测与控制系统软件, 下位机采用Unity Pr o concept2.6进行编程。通过合理的系统设计和系统组态, 实现对整个化学水处理工艺流程的动态监视和控制。PLC选用施耐德公司140CPU53414A冗余控制器, 控制系统采用双机热备冗余方式, 通过远程I/O的方式连接现场需要监测与控制的点, 远程I/O由通讯处理器和昆腾140系列I/O模块组成。冗余的主控制站可以保证系统的停机维护时间为零, 最大限度的减少人对系统的干预。主控制系统热备系统和远程I/O控制站之间采用高性能的工业以太网总线传输网络, 实现信息的可靠、安全、稳定的传输。
上位计算机系统安装与PLC控制单元之间采用工业以太网传输网络。以太网属国际标准, 工业以太网已达到高传输安全性和可靠性要求, 现已广泛用于程序维护、向MIS和MES系统传递工厂数据、监控、连接人机界面、记录事件和告警。通过以太网络将上位计算机系统和现场监测与控制点紧密的结合为一个整体, 构成一个完整的系统。在这样高速传输网络上, 可以很方便的利用PLC系统所特有的功能, 实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。
系统采用集中控制方式, 通过PLC控制系统, 运行人员可在控制室内实现对整个化水工艺系统进行启/停控制, 正常运行监视及异常工况的处理, 也可通过键盘实现远方软手操。
程控逻辑设计要符合控制系统的控制和连锁要求, 完成电机启停、阀门开关、液位调整、流量调整并根据实际需要监视流量、压力、温度、pH值、导电度、酸碱度、二氧化硅、浊度等参数, 所有参数做好报警记录完成报警功能。
系统设置全自动、半自动、远方软手操三种控制方式, 运行人员根据实际情况进行控制方式的选择, 完成各系统的投运、停运、自动、手动以及就地操作。
按照伊敏发电厂《化学运行规程》, 一期、二期PLC控制系统完成预处理、反渗透、除盐三大系统工作, 由于一期程控改造、二期水处理扩建分属两套PLC控制, 因此一期程序完成预处理、除盐两大功能, 二期程序完成反渗透流程。
煤矿采煤疏干水 (循环水排污水) ð生水泵 (2台) ð生水加热器 (2台) ð泥渣悬浮澄清器 (3台) ð清水箱 (3台) ð清水泵 (7台) ð双室过滤器 (4台) ð盘式过滤器 (4台) ð超滤装置 (4台) ð超滤水箱 (1台) ð超滤水泵 (5台) ð保安过滤器 (4台) ð高压泵 (4台) ð反渗透装置 (4台) ð反渗透水箱 (1台) ð热网补水泵 (2台) ð换热站热网补充水箱反渗透水泵 (3台) ð除盐系统 (3列+3混) ð除盐水箱 (2台) ð除盐水输送泵 (2台) ð5000水箱 (2台) 。
过滤系统。过滤系统包括3台澄清器、4台双室过滤器、四组盘式过滤器。参与程控的部件有澄清水泵、反洗水泵、泵后联锁电动阀、电动调节阀、程控电动阀、远手操电动阀、压力仪表等。过滤系统的程控控制包括以下三种运行状态:双室过滤器正洗启动、过滤器停止、过滤器清洗。每组盘式过滤器由独立小PLC控制器完成过滤和反洗任务, 不进入大程控系统。
超滤系统。控制系统由压力变送器、电动调节阀、气动阀等组成。产水流量的大小控制调节阀的开度。超滤的操作由正常产水—反洗—正冲—产水……等按一定时间顺序、循环进行。
反渗透系统。系统由保安过滤器、高压泵、RO装置、RO加药装置、RO清洗装置、控制及仪表等组成, 利用半透膜透水不透盐的特性, 去除水中的各种盐分。
二级除盐系统。二级除盐系统由三个系列单元制除盐设备组成, 每一系列包括前置阳床、一级强酸阳床、一级弱碱阴床、除碳器、中间水箱、中间水泵、二级强酸阳床、二级强碱阴床。参与程控的部件有除碳风机、中间水泵、泵后联锁电动阀、电动调节阀、程控电动阀、远手操电动阀、流量仪表、导电度表、硅表、液位计等。二级除盐系统的程序控制包括以下六种运行状态:除盐设备逐级正洗启动、除盐设备循环正洗启动、除盐设备停止、除盐设备运行失效后直接进行反洗、除盐设备停止状态下反洗、除盐设备再生。
除盐混床系统。除盐混床系统包括两台体内再生混合离子交换器。以及供再生用的酸碱系统, 参与程控的部件有电动调节阀、程控电动阀、远手操电动阀、流量仪表、导电度表、液位计等。除盐混床系统的程序控制包括以下两种运行状态:混床顺洗启动、混床停止。
污凝水处理系统。污凝水处理除盐系统由3台污凝阳床及3台污凝混床组成。参与程控的部件有电动调节阀、程控电动阀、远手操电动阀、流量仪表、导电度表、液位计等。污凝水处理系统程序控制包括以下三种运行状态:设备启动、设备停止、设备再生。
酸碱再生系统。酸碱系统是指化学除盐系统中各种离子交换器再生用酸碱的贮存和计量设备。参与程控的部件有自用水泵、酸碱再生泵、计量泵、泵后联锁电动阀、电动调节阀、程控电动阀、远手操电动阀、流量仪表、导电度表、液位计等。酸碱再生系统程序控制包括程控加酸、加碱。
中和排水系统。中和排污系统是指化学除盐系统中再生用废水进入中和水池后, 由程序控制加药量, 待废水达到排放标准 (pH值在规定范围内) , 自动排污。参与程控的部件有中和水泵、混酸混合器、混碱混合器、计量泵及相关电动门、pH计、液位计等。
伊敏发电厂水处理程控改造后, 设备稳定性、自动化水平明显提高, 大大节约了生产和维护成本, 主要体现在以下几个方面。保证了水处理设备的可靠运行。大型机组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。程控可靠, 其运行及再生过程由PLC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。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。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, 可以对程序进行编辑, 使用方便、灵活。降低生产成本, 预处理不再使用生石灰和硫酸亚铁, 改用聚丙烯酰胺和聚合铝后用药量明显减少。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。
摘要：本文介绍了施奈德公司昆腾PLC在伊敏发电厂化学水处理中的控制和应用。化学水处理的方法主要是离子交换法, 即用离子交换树脂将水中的离子吸收, 除去水中盐离子。伊敏发电厂一、二期程控先后投运, PLC控制系统需要控制预处理、反渗透、除盐三大系统。逻辑完成系统的投运、停运、再生及检修提示等工作, 全部程序执行完毕后自动复位, 重新执行。所有操作可选择手动或者自动。
关键词：PLC,控制系统,工艺与程序
[1] 伊敏发电厂[J].化学运行规程.
[2] 阳宪惠.现场总线技术及应用[M].清华大学出版社.
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