PLC在鍋爐化學(xué)補給水處理自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、PLC 在鍋爐化學(xué)補給水處理自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用Application of PLC in Automatic Control Sy temof Chemical Makeup Water Treatmentof Boiler于連國 1李珍芳 2洪 波 1徐新民 1(浙江大學(xué)信息科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院 1, 杭州310027;浙江金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院理工學(xué)院 2, 金華 321017摘 要 介紹了水處理工藝, 結(jié)合生產(chǎn)實際設(shè)計了一套基于組態(tài)王和 PLC 的 SCADA 補給水控制系統(tǒng), 使系統(tǒng)的運行和離子交換器的 再生達到優(yōu)化, 性能達到生產(chǎn)要求, 出水水質(zhì)穩(wěn)定, 又降低生產(chǎn)成本。 關(guān)鍵詞PLC 化學(xué)

2、水處理控制系統(tǒng)Abstract The technique process of water treatment is introduced. Combining with the practical production , a SCADA system based on Kingview and PLC is designed for makeup water control system. The operation of the system and the regeneration of the ion exchanger are optimized. The performance

3、 of the system meet the requirement of production and the quality of water is stable , in addition , the cost of production has been reduced. Keywords PLCChemical water treatmentControl system0引言水處理系統(tǒng)是鍋爐系統(tǒng)中一個很重要的組成部分。由于整個水處理系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量多、 操作步驟多、 工 藝復(fù)雜且大多是閥門, 如果各閥門的開關(guān)操作以及水 質(zhì)指標的控制均由人工就地完成, 不僅增加了運行人 員的勞動強度,

4、還增加了誤操作的可能性, 難以保證系 統(tǒng)的安全性和制水的科學(xué)性, 運行狀態(tài)及水質(zhì)都不能 達到最優(yōu)化。為提高水處理系統(tǒng)的自動化程度, 保證 控制精度和制水質(zhì)量, 研制開發(fā)新型的程控系統(tǒng)很有 必要。本系統(tǒng)結(jié)合某廠實 際, 設(shè) 計 了 一 套 基 于 組 態(tài) 王 6.1組態(tài)軟件和 PLC 的 SCADA 補給水控制系統(tǒng)。圖 1一級復(fù)床除鹽系統(tǒng)1補給水處理系統(tǒng)工藝及原理整個工藝分為化學(xué)除鹽系統(tǒng)和酸堿再生系統(tǒng)兩部分。鍋爐補給水的處理分為過濾和一級除鹽兩個階 段。處理過程為:水源地來的生水經(jīng)過濾除去懸浮物 等雜質(zhì), 再經(jīng)過陽床 (陽離子交換器 除去 K +、 Ca 2+、 Mg 2+、Na +等陽離子,

5、經(jīng)除碳風(fēng)機和中間水箱除去 CO 2, 然后經(jīng)過陰床 (陰離子交換器 除去 Cl -、 SO 2-4、HCO -3、 HSiO -3等陰離子。圖 1為一級復(fù)床除鹽系統(tǒng),由陰、 陽 兩床和除 CO 2器組成。經(jīng)過一定時間的運行, 設(shè)備會隨之失效。此時, 過 濾器出口濁度高, 入出口壓差大, 過濾能力下降, 應(yīng)停 運并進行反洗; 除鹽設(shè)備樹脂失效, 陰床出水電導(dǎo)度 高, 應(yīng)停運并啟動酸堿系統(tǒng)進行再生, 使陰陽樹脂活 化, 恢復(fù)處理能力。陽離子交換樹脂用 HCl 再生, 陰離 子交換樹脂用 NaOH 再生。2系統(tǒng)監(jiān)控策略補給水處理系統(tǒng)由 2套完全相同的補給水系列、 1套中和池及 1套酸堿再生系統(tǒng)組成,

6、 每套系列由 1臺 多介質(zhì)機械過濾器、 一級除鹽系統(tǒng) (1個陽床、 1個陰 床、 1個脫碳器 組成。再生系統(tǒng)包括高位酸堿貯罐、 酸堿計量箱、 酸堿噴射器及再生用泵等輔助設(shè)備。每 個單元的水處理過程皆由投運和再生兩過程組成, 正 常工藝流程為一單元供水 (20t /h , 另一單元備用。當 供水單元水質(zhì)或水總流量接近超指標時, 啟動備用單 元, 備用單元啟動完備后, 原投運單元停止, 并自動轉(zhuǎn) 入再生以便備用。這樣兩單元輪流投運、 再生, 以實現(xiàn) 不間斷供水。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件配置系統(tǒng)配置 PLC 為執(zhí)行級, 工控機為管理級, 數(shù)據(jù)采集由 PLC 完成?？刂葡到y(tǒng)主要分為上位機監(jiān)控管理系統(tǒng)和下位機

7、水處理控制系統(tǒng)兩部分。根據(jù)工藝流程和監(jiān)控要求,PLC 共需要 136點輸入(其中開關(guān)量 128點, 模擬量 815PLC 在鍋爐化學(xué)補給水處理自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 于連國, 等點 , 72點開關(guān)量輸出, 共 208點, 作為控制主機的下位 機采用了 MODICON TSX Premium 系列中型 PLC , 其中 64點式開關(guān)量輸入模塊 2塊, 16點式模擬量輸入模塊 1塊, 32點式開關(guān)量輸出模塊 3塊, 另加 CPU 模塊 1塊。 據(jù)此我們選用了 8槽無擴展式框架 (帶電源 。該系列 PLC 為模塊化結(jié)構(gòu),系統(tǒng)配置靈活, 功能強大, 便于擴 充, 完全滿足控制要求, 數(shù)量型號配置如表 1

8、所示。表 1系統(tǒng) PLC 配置清單序號 設(shè)備名稱 規(guī)格型號 數(shù)量 1CPU 模塊TSX 5710312電源模塊 PSY 260013開關(guān)量輸入模塊 DEY 64D2K 24開關(guān)量輸出模塊 DSY 32T2K 35模擬量輸入模塊 AEY 160016底板 (8槽TSX KEY8E14程控系統(tǒng)的軟件設(shè)計4. 1工藝模型的建立過濾器的投運、 反洗和備用過濾器入口壓差高時, 程序投入備用過濾器, 同時停用該失效的過濾器并進行反洗。過濾器運行再生步 序、 工藝過程時間及閥門狀態(tài)如表 2所示。表 2過濾器運行步序、 工藝過程時間及閥門狀態(tài)步號 步序名稱 時間定值 /min開啟閥門 1制水 -D1 D22排

9、水、 排氣 7D5 D73氣洗 3D4 D64反洗 4D3 D45正洗10D1 D5當陰床出口導(dǎo)電度高時, 投入備用系列對失效的 陰、 陽床進行再生。一級除鹽運行再生步序、 工藝過程 時間及閥門狀態(tài)如表 3所示。表 3一級除鹽運行步序、 工藝過程時間及閥門狀態(tài)步號 步序名稱 時間定值 /min開啟閥門 1制水 -D1 D22小反洗 10D4 D83大反洗 15D3 D44再生 40D6 D7 D10 D115置換 25D6 D7 D106小正洗 10D1 D77大正洗25D1 D54. 2控制方案上位機利用 KINGVIEW6.1工控軟件編制程序?qū)?現(xiàn)對工藝流程圖及測量數(shù)據(jù)的顯示。在上位機設(shè)置

10、好 過濾器、 一級除鹽操作系統(tǒng)的控制界面, 通過人機對話 方式由人工選定其操作的方式即點操、 步操、 手動、 自 動, 同時工藝管理人員或操作人員可在上位機界面上 設(shè)定每一步的工作時間、 調(diào)節(jié)參數(shù)、 給定值、 閥門點動 的開關(guān)界面, 并將控制的各項參數(shù)傳送入下位機的指 定地址內(nèi)。以 MODICON 公司隨機提供的 PL Pre V4.2作為下 位機編程軟件。下位機完成采集數(shù)據(jù)、 各狀態(tài)的控制、 數(shù)據(jù)計算、 向上位機輸出數(shù)據(jù)及狀態(tài)信號等任務(wù), 接受 上位機傳送的各種地址內(nèi)的數(shù)據(jù), 通過對應(yīng)的控制模 塊進行邏輯處理, 輸出控制閥門的開 /關(guān)、 泵和風(fēng)機的 啟 /停。 4. 3PLC 軟件設(shè)計運行和

11、再生過程自動控制模塊手動操作模塊由于運行和再生自動控制模塊是自動執(zhí)行的順序 過程, 它們在執(zhí)行時需要一些必要的反饋信號, 如閥門 是否開 (關(guān) 到位、 電導(dǎo)率是否合格、 時間是否到等, 以 此作為執(zhí)行下一步操作的依據(jù)。有時因故障反饋信號 不能正常發(fā)出就需要手動操作, 操作者按照運行或再 生流程每執(zhí)行一步發(fā)出一個指令。該模塊分為幾個相 對獨立的部分。在設(shè)計手動操作模塊的程序時, 為保證設(shè)備的安 全設(shè)置了必要的閉鎖條件。如某閥門正在執(zhí)行打開命 令時, 即使操作者誤按下該閥門的關(guān)閉鍵, 系統(tǒng)也不會 發(fā)出關(guān)閉信號。25自動化儀表 第 26卷第 6期 2005年 6月圖 2系統(tǒng)運行框圖 圖 3過濾器運行

12、框圖圖 4離子交換器運行框圖當溫度、 液位、 電導(dǎo)率等信號進入系統(tǒng)以后, 一方 面系統(tǒng)把該信號與預(yù)置值進行比較, 將結(jié)果作為自動 執(zhí)行模塊的依據(jù), 另一方面 PLC 對該信號進行簡單處 理, 然后傳送給上位機進行顯示。通過上下位機通信模塊, PLC 把現(xiàn)場數(shù)據(jù)送給上 位機進行處理, 也從上位機接收命令和數(shù)據(jù), 啟動自動 過程或直接控制現(xiàn)場設(shè)備。系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動某個閥門的命令后, 如果該閥門經(jīng) 過相應(yīng)時間的延時還未到達位置, 系統(tǒng)將發(fā)出報警信 號, 提醒運行人員采取措施, 排除故障, 保證系統(tǒng)正常 運行。5結(jié)束語本系統(tǒng)的設(shè)計穩(wěn)定可靠, 控制策略也符合補給水 水處理要求, 系統(tǒng)的運行和離子交換器的再生

13、達到了 優(yōu)化, 性能滿足生產(chǎn)要求, 出水水質(zhì)穩(wěn)定, 降低了生產(chǎn) 成本。該系統(tǒng)已在廠方投入運行, 取得了滿意的效果。 參考文獻1于慶廣, 等 . 可編程控制器 PLC 在大型火力發(fā)電廠的應(yīng)用 . 儀器 儀表學(xué)報, 2001, 22(32周衛(wèi)東 . 鍋爐化學(xué)水處理系統(tǒng)的自動控制技術(shù) . 湖北化工, 1999, 16(63楊長能, 張興義 . 可編程序控制器 (PC 基礎(chǔ)及其應(yīng)用 M . 重慶大 學(xué)出版社, 1992, 14Modicon Modsoft Programmer User Manual. MODICON Inc.收到稿件日期:2004-07-31。第一作者于連國, 男, 1974年生,

14、 1998年畢業(yè)于中國人 民解放軍 信息工程大學(xué)通信工程系, 獲學(xué)士學(xué)位, 上尉, 工程師; 主要從事為嵌 入式系統(tǒng)及其應(yīng)用研究與開發(fā), 計算機控制, 集成電路方面的設(shè)計研 究和應(yīng)用。(上接第 50頁行其他的功能操作, 80C32工作在待機方式。關(guān)閉液晶顯示屏后系統(tǒng)的功耗為 12mA 。作為便 攜式儀器, 軟件中通?？梢宰鲞@樣的設(shè)計:在一段時間 內(nèi) (例如 1min 沒有按下鍵盤進行操作時, 系統(tǒng)自動關(guān) 閉液晶顯示屏; 當按下任何鍵后, 系統(tǒng)就再次打開液晶 顯示屏, 以節(jié)省功耗。在本文介紹的系統(tǒng)中, 關(guān)閉液晶 顯示器可以節(jié)省 10mA 左右的功耗。測量時功耗為 35mA , 80C32全速運行, 工作在正常 方式。如果需要進一步節(jié)省功耗, 還可以在測量時使 80C32工作在待機方式, 用定時中斷方式進行測量和 處理。3結(jié)束語基于 MCS -51系列單片機的低功耗測量系統(tǒng)具 有比較通用的功能, 可以滿足便攜式儀器的需要, 配上 不同的傳感器和處理軟件就可以方便地構(gòu)成功能不同 的便攜式智能儀器。因此, 該系統(tǒng)對便攜式智能儀器 的設(shè)計具有一定的實用和參考價值。參考文獻1李華 . MCS -51系列單片機實用接口技術(shù) . 北京航空航天大學(xué)出 版社, 19932何為民 . 低功耗單片微機系統(tǒng)設(shè)計 . 北京航空航天大學(xué)出版社, 1994 3張友