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PLC控制在電廠化學水處理系統(tǒng)中的應用

一、引言

  近幾年隨著我國經(jīng)濟建設的快速發(fā)展,在能源供應上很多地區(qū)都出現(xiàn)電力資源緊缺的狀況,因此許多電廠紛紛進行新建或擴建改造。深圳西部電廠原有4臺(#1—#4)300MW 機組,為提高發(fā)電能力又續(xù)建#5、#6機組(2×300MW)。西部電廠原有兩列化學水處理系統(tǒng),續(xù)建工程的化學水處理系統(tǒng)擴建一列100~140m3/h化學除鹽系統(tǒng),其余設備與已有化學水處理系統(tǒng)共用。原有化學水處理系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的模擬屏方式進行監(jiān)控,自動化水平不高并且效率很低。續(xù)建2臺機組后,廢除原有化學水處理系統(tǒng)的控制系統(tǒng),將原有化學水處理系統(tǒng)和擴建的一列化學水處理系統(tǒng)統(tǒng)一采用一套冗余PLC控制系統(tǒng)進行集中控制。

  二、化學水處理系統(tǒng)工藝流程

  1、化學水處理系統(tǒng)流程

  原有化學水處理系統(tǒng)流程為:自來水→蓄水池→升壓泵→活性炭過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵。通過對現(xiàn)有系統(tǒng)運行狀況的現(xiàn)場調查和對水質分析報告分析,自來水中的懸浮物含量較高,嚴重地污染了活性炭和離子交換樹脂。因此,續(xù)建工程增加3臺高效纖維過濾器對自來水進行深度過濾處理。

  續(xù)建化學水處理系統(tǒng)流程為:自來水→蓄水池→升壓泵→高效纖維過濾器→活性炭過濾器→陽離子交換器→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰離子交換器→混合離子交換器→除鹽水箱→除鹽水泵。

  2、續(xù)建工程與原有系統(tǒng)的連接及運行方式

  原有120t/h出力的一級除鹽+混床設備2列,續(xù)建工程僅再擴建1列出力為120t/h的同樣設備。除鹽水泵、再生水泵、壓縮空氣系統(tǒng)、酸堿再生系統(tǒng)和廢液處理系統(tǒng)與原有系統(tǒng)共用。

  3臺高效過濾器采用并聯(lián)運行方式,正常工況2臺運行,1臺備用。高效過濾器不僅對續(xù)建工程所需的自來水進行預處理,而且對原有系統(tǒng)的自來水也進行預處理。

  2臺活性炭過濾器和一級除鹽設備構成一個系列,采用串聯(lián)運行方式,正常工況2列運行,一列備用。其中每系列的2臺活性炭過濾器,當水質好時1臺運行(去除游離余氯),1臺備用;當進水水質惡化時2臺同時運行(去除有機物)。

  混床采用并聯(lián),正常工況2臺運行,1臺備用。
 3套一級除鹽單元與3臺混床之間設有切換閥門,受已有系統(tǒng)的限制,僅#1一級除鹽設備和#1混床與#2一級除鹽設備和#2混床可以同時交叉運行,#1一級除鹽設備和#1混床與#3一級除鹽設備和#3混床可以同時交叉運行。機組啟動時,上述3列設備同時投入運行,滿足最大的補給水量。

  三、系統(tǒng)配置


系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

系統(tǒng)由兩臺上位計算機和一套冗余PLC系統(tǒng)構成。上位計算機系統(tǒng)采用工業(yè)級計算機構成功能強大的監(jiān)測與控制系統(tǒng),計算機上安裝Intellutiong公司的FIX7.0工業(yè)監(jiān)測與控制系統(tǒng)軟件,通過合理的系統(tǒng)設計和系統(tǒng)組態(tài),實現(xiàn)對整個化學水處理工藝流程的動態(tài)監(jiān)視和控制。通過上位計算機系統(tǒng)和強大的工業(yè)控制傳輸網(wǎng)絡,實現(xiàn)對整個生產工藝工程的自動化管理和控制。

  PLC選用德維森公司PPC11冗余控制器,控制系統(tǒng)采用雙機熱備冗余方式,通過遠程I/O的方式連接現(xiàn)場需要監(jiān)測與控制的點,遠程I/O由通訊處理器和PPC11系列I/O模塊組成。冗余的主控制站可以保證系統(tǒng)的停機維護時間為零,最大限度的減少人對系統(tǒng)的干預。主控制系統(tǒng)熱備系統(tǒng)和遠程I/O控制站之間采用高性能的工業(yè)以太網(wǎng)總線傳輸網(wǎng)絡,實現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。
 上位計算機系統(tǒng)安裝與PLC控制單元之間采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡。以太網(wǎng)屬國際標準,工業(yè)以太網(wǎng)已達到高傳輸安全性和可靠性要求,現(xiàn)已廣泛用于程序維護、向MIS和MES系統(tǒng)傳遞工廠數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機界面、記錄事件和告警。工業(yè)以太網(wǎng)具有高傳輸速率(目前達到100M)、集線器技術的確定性、不需考慮網(wǎng)絡的拓撲結構、傳輸物理介質多樣(雙絞線、光纖、同軸電纜)、集線器的應用可不考慮網(wǎng)絡的擴展等優(yōu)點。

  通過以太網(wǎng)絡將上位計算機系統(tǒng)和現(xiàn)場監(jiān)測與控制點緊密的結合為一個整體,構成一個完整的系統(tǒng)。在這樣高速傳輸網(wǎng)絡上,可以很方便的利用PLC系統(tǒng)所特有的功能,實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的計算機在線遠程診斷功能。

  四、控制功能

  水處理系統(tǒng)所有控制閥采用就地和遠程控制方式,即使在程控系統(tǒng)完全故障的情況下還可以通過就地控制實現(xiàn)手動制水,保證機組鍋爐的可靠用水。控制箱上選用3位選擇開關,分別為就地開、就地關、遠程控制。選擇遠程控制時,控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對控制閥進行狀態(tài)監(jiān)視和動作控制,對控制閥的控制可分選擇自動和手動方式。在自動方式時控制閥受PLC邏輯程序控制,在手動方式時控制閥由操作員直接在操作界面上點擊控制。


操作界面圖例

一級除鹽設備的投運和再生由PLC實現(xiàn)自動控制,也可通過鍵盤和鼠標在控制室內的操作站上進行遠方操作。一級除鹽設備的出水導電率超過規(guī)定值或周期制水量達規(guī)定值時,自動解列并報警,然后自動投入再生程序?;旌想x子交換器的投運和再生由PLC實現(xiàn)自動控制,或者通過鍵盤和鼠標進行遠方操作。當混合離子交換器出水導
電率和二氧化硅超過規(guī)定值,或周期制水量達規(guī)定值時,自動解列并報警,然后自動投入再生程序。高效過濾器和活性碳過濾器由PLC實現(xiàn)自動控制,也可采用鍵盤和鼠標在控制室內的操作站上進行遠方操作。當其進出口壓差超過規(guī)定值,或周期制水量達規(guī)定值時,自動解列并報警,然后自動投入反洗程序。以上操作以前都由操作人員執(zhí)行,執(zhí)行新系統(tǒng)后上述操作都可以不需要操作人員干預。

  中間水箱水位由PLC實現(xiàn)自動控制(通過調節(jié)陽床入口調節(jié)閥),使一級除鹽系統(tǒng)投運時中間水箱水位穩(wěn)定在正常位置。中間水泵啟停與中間水位聯(lián)鎖,低液位啟泵、高液位停泵,保證中間水泵的安全使用。

  閥門、泵等的控制狀態(tài)顯示,自動/手動/就地操作和選擇聯(lián)鎖。系統(tǒng)所有流量、壓力可在操作界面上實時監(jiān)視,原水流量、陰床出口流量、混床出口流量顯示積算并作歷史紀錄,可分別查看一級除鹽、混床再生制水量。

  系統(tǒng)控制每列除鹽裝置的投運、停止和再生程序、自動加酸加堿程序、自動/半自動啟動另一列除鹽裝置程序等。對于順控設置必要的分步操作、成組操作或單獨操作等,并有跳步、中斷或旁路等操作功能。系統(tǒng)投運以及活性炭清洗、一級除鹽再生和混床再生可由系統(tǒng)自動完成或操作員步延、步進手動干預,在操作站界面上顯示各步驟設定時間和剩余時間以及步進、步延指示等。

  五、結束語

  深圳西部電廠化學水處理系統(tǒng)全部改造完成后于2003年7月正式投運,經(jīng)過改造后自動化控制水平明顯提高,制水量由原先的平均每小時120m3提升到平均每小時140—160m3,完全保證了6臺發(fā)電機組的用水需要。由于控制水平的提高,制水過程中產生的廢水量明顯減少,起到了一定環(huán)保節(jié)能效果。系統(tǒng)高度的可靠性和直觀簡易的操作性使得控制中心值班室由原來的2人值班該為1人值班,大大節(jié)約了人力成本。該系統(tǒng)建成后運行可靠,生產效率明顯提高,因此受到用戶的好評,并經(jīng)常成為其它電廠同行參觀效仿的對象。

  參考文獻:

  1、陽憲惠《現(xiàn)場總線技術及應用》,清華大學出版社;
  2、鄔寬明《現(xiàn)場總線技術應用選編》,北京航空航天大學出版社;
  3、媽灣發(fā)電總廠《化學補給水系統(tǒng)運行規(guī)程》。