羅克韋爾集成架構(gòu)在電站凝結(jié)水精處理控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 騫，李 煒（西安恒生工業(yè)自動化有限公司，陜西 西安 710075）

張錦儉（哈爾濱電站設(shè)備集團公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

凝結(jié)水精處理在200MW以上發(fā)電機組是必須配備的一個水質(zhì)處理系統(tǒng)，是對整個電廠水汽系統(tǒng)中的凝結(jié)水進行除鹽和除濁處理，以保證循環(huán)使用的凝結(jié)水水質(zhì)符合機組運行的要求，達到防止水汽系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕、結(jié)鹽和結(jié)垢的目的。印度某電站的凝結(jié)水精處理系統(tǒng)采用了羅克韋爾ControlLogix系列控制器并結(jié)合FactoryTalk系列人機界面，實現(xiàn)了工藝生產(chǎn)的實時監(jiān)控，并對主要參數(shù)進行歷史記錄，使凝結(jié)水精處理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)程序控制、HMI集中操作、生產(chǎn)輔助管理等功能，整套控制系統(tǒng)具有很高的自動化水平。

1 工藝流程

本電站凝結(jié)水控制系統(tǒng)由3×50%深層高速混床組成。高速混床為二臺運行，一臺備用，當某一臺高速混床出水不合格或壓差過大時，將啟動另一臺高速混床并進行再循環(huán)運行直至出水合格后并入系統(tǒng)。此時，將失效的高速混床解列，并將失效樹脂輸送至再生系統(tǒng)進行再生，然后將再生好的備用樹脂輸送至混床備用?；齑蚕到y(tǒng)設(shè)有旁路門，當凝結(jié)水入口溫度超過60℃或系統(tǒng)進出口壓差大于0.35MPa時自動打開，并關(guān)閉凝結(jié)水系統(tǒng)進出水母管總閥門。為了提高整個系統(tǒng)的控制水平，系統(tǒng)需要實時檢測介質(zhì)的流量、壓力、差壓及溫度等生產(chǎn)過程參數(shù)。為監(jiān)視出水是否合格，同時需要實時檢測介質(zhì)的鈉離子、硅離子、PH及導電度等水質(zhì)參數(shù)。

凝結(jié)水精處理主要工藝設(shè)備包括：3套混床單元，1套旁路單元，1套體外再生單元以及酸堿計量單元，羅茨風機單元，沖洗水泵單元，壓縮空氣單元，熱水箱單元，酸堿貯存及輸送單元和廢水排放單元。

2 硬件組成

根據(jù)系統(tǒng)分析及控制要求，凝結(jié)水精系統(tǒng)共需要數(shù)字量輸入控制點530個、數(shù)字量輸出控制點280個、模擬量輸入控制點120個、模擬量輸出控制點20個。根據(jù)以上系統(tǒng)要求的輸入/輸出數(shù)量和系統(tǒng)特性，采用羅克韋爾公司ControlLogix系列產(chǎn)品，控制器部分選用雙機熱備ControlLogix 1756-L61單元，遠程共設(shè)6個分站，通過冗余ControlNet網(wǎng)絡(luò)進行通訊。HMI系統(tǒng)配置兩臺工作站作為人機界面，一臺操作員站和一臺工程師站。操作員站能對整個系統(tǒng)進行監(jiān)視與控制，工程師站對整個系統(tǒng)進行編程組態(tài)和控制邏輯修改且兼有操作員站功能。另外，配置打印機用于輸出報警、報表及歷史曲線等生產(chǎn)管理文檔。為滿足對水質(zhì)的檢測，系統(tǒng)選用了流量變送器、液位開關(guān)、液位計、電導率、硅及鈉離子檢測儀等，從而提高系統(tǒng)的整體監(jiān)控水平。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 控制系統(tǒng)功能

根據(jù)工藝要求，系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)采集、高速混床的自動化投運、再生及變頻機構(gòu)控制等各種功能，現(xiàn)重點介紹其中幾個重要功能。

（1）基于ControlNet高速現(xiàn)場總線，可編程控制器系統(tǒng)的高性能快速I/O驅(qū)動直接與外圍設(shè)備進行通訊，對凝結(jié)水處理系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)進行實時采集（如流量、PH值、電導率、鈉離子、硅離子等），并匯總在HMI畫面上，以數(shù)字、曲線的形式顯示，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控。

（2）高速混床是凝結(jié)水處理系統(tǒng)過程中的核心設(shè)備，除鹽水經(jīng)過高速混床的交換樹脂進行陰、陽離子轉(zhuǎn)換，從而除去水中的各種無機鹽類。高速混床投運分為混床補水、混床升壓、混床再循環(huán)及混床投運等步驟，按照預(yù)設(shè)的時間順序執(zhí)行，高速混床在執(zhí)行這些工藝步驟過程當中，當出口鈉離子、硅離子、PH及電導率任何一個參數(shù)超標，則表明交換樹脂已經(jīng)失效，需要樹脂再生。這是一個典型的按照時間順序執(zhí)行的工藝步驟，前一步執(zhí)行時間到達預(yù)設(shè)時間或者根據(jù)其他的檢測環(huán)節(jié)作為進入下一步的條件，一步接一步執(zhí)行所有的工藝步驟。筆者采用FactoryTalk 組件中的RSLogix 5000進行邏輯組態(tài)編程，采用梯形圖語言，創(chuàng)建每個工藝步驟詳細的設(shè)備開啟與關(guān)閉指令、開發(fā)工藝步驟之間的相互跳轉(zhuǎn)邏輯、開發(fā)不同的對工藝步驟的操作方法的邏輯。高速混床投運過程的邏輯圖如圖2所示。

調(diào)試過程中，采用FactoryTalk組件中RSlogix Emulate 5000進行模擬調(diào)試。

圖2 高速混床投運過程的邏輯圖

（3）HMI采用FactoryTalk組件中RSView SE進行畫面組態(tài)，RSView SE完整強大的SCADA功能，除具有數(shù)據(jù)顯示和畫面監(jiān)控功能外，開發(fā)的帶統(tǒng)計和分析功能的聲光報警模塊，可輔助運行操作人員對工況和故障狀態(tài)做出準確快速判斷，及時采取相應(yīng)措施，以報表的形式對所有重要參數(shù)進行報表自動打印，正確反映生產(chǎn)過程中各個工藝參數(shù)及設(shè)備運行狀況。用戶可以對必要的工藝參數(shù)進行設(shè)定，包括工藝步驟的執(zhí)行時間、高低液位報警及閥門的開度等。軟件提供了用戶管理功能，該功能提供對用戶及用戶組的組態(tài)與授權(quán)工作，使對系統(tǒng)的登陸和訪問權(quán)限進行了有效的監(jiān)控，實現(xiàn)了控制系統(tǒng)的安全管理。圖3為凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的主工藝圖。

圖3 凝結(jié)水精處理系統(tǒng)的主工藝圖

4 系統(tǒng)運行

羅克韋爾的ControlLogix系列可編程邏輯控制器及相應(yīng)HMI軟件在此項目上的成功應(yīng)用，為工藝操作和生產(chǎn)監(jiān)督提供了極大方便，減輕了操作人員的工作強度，提高了企業(yè)的管理效率和綜合水平，大大提高了生產(chǎn)現(xiàn)場自動化控制水平，為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。