PLC在電廠(chǎng)化學(xué)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

王奎棟 邵英暉

(興安熱電有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古興安盟 137400)

PLC在電廠(chǎng)化學(xué)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

王奎棟 邵英暉

(興安熱電有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古興安盟 137400)

PLC程控—是可編程序控制器(Programmable logic controller),簡(jiǎn)稱(chēng)PLC?？删幊绦蚩刂破魇且环N以計(jì)算機(jī)(微處理器)為核心的通用工業(yè)控制裝置,目前已被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代可編程序控制器采用微處理器(Microprocessor)作為中央處理單元,其功能大大增強(qiáng),它不僅具有邏輯控制功能,還具有算術(shù)運(yùn)算,模擬量處理和通訊聯(lián)網(wǎng)功能。近年來(lái),PLC的發(fā)展異常迅猛,產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度明顯加快,功能日益增強(qiáng),應(yīng)用領(lǐng)域愈加廣泛。在電廠(chǎng)化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中,大量的開(kāi)關(guān)量順序控制,它按照邏輯條件進(jìn)行順序動(dòng)作,并按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制,及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上,這些功能是通過(guò)氣動(dòng)或電氣控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電氣控制部分的各種控制閥門(mén)和聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)較多,其中任一環(huán)節(jié)的工作狀態(tài)的穩(wěn)定性和可靠性都將對(duì)整個(gè)化學(xué)水自動(dòng)控制部分產(chǎn)生相關(guān)連的影響。針對(duì)這樣的實(shí)際狀況,在電廠(chǎng)化學(xué)水的控制部分采用了由PLC系統(tǒng)構(gòu)成的程序控制。從而完成化學(xué)水處理部分的啟動(dòng)、停止、暫停、再啟動(dòng)以及相關(guān)電磁閥箱、風(fēng)機(jī)、泵的控制。化學(xué)水部分的運(yùn)行(送水)和再生指令全部自動(dòng)進(jìn)行。

PLC 電廠(chǎng)化學(xué) 控制系統(tǒng) 應(yīng)用發(fā)展

烏蘭浩特第二熱電廠(chǎng)的化學(xué)水處理控制系統(tǒng)是采用的施耐得PLC控制器。，控制化學(xué)水處理過(guò)程中制水運(yùn)行、過(guò)濾器沖洗、陽(yáng)床反洗再生、陰床反洗再生及混床再生的全過(guò)程程序控制的實(shí)現(xiàn).水處理設(shè)備為浮動(dòng)床，除鹽水為二級(jí)除鹽系統(tǒng)，實(shí)行二套單元制系統(tǒng)，熱網(wǎng)補(bǔ)水為母管制，三臺(tái)鈉浮動(dòng)床進(jìn)行對(duì)熱網(wǎng)補(bǔ)水進(jìn)行軟化處理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為42T/h，最大時(shí)為66T/h，熱網(wǎng)補(bǔ)水量按160T/h設(shè)計(jì)的。

1 水處理的流程

(1)鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)為：深井水→生水加熱器→生水箱→生水泵→高效纖維過(guò)濾器→強(qiáng)酸陽(yáng)浮床→除二氧化碳器→中間水箱→中間水泵→陰浮床→混合浮床→除鹽水箱→除鹽水泵→加氨加聯(lián)氨處理→除氧器。

(2)熱網(wǎng)補(bǔ)給水處理系統(tǒng)為：深井水→生水加熱器→生水箱→生水泵→高效纖維過(guò)濾器→鈉浮床→軟化水箱→軟化水泵→熱網(wǎng)除氧器。

2 PLC在化學(xué)水處理中的應(yīng)用方法

2.1 系統(tǒng)硬件配置(如圖1)

圖1

系統(tǒng)由兩臺(tái)上位計(jì)算機(jī)和一套冗余PLC系統(tǒng)構(gòu)成。上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)構(gòu)成的監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)上安裝ControX2000工業(yè)監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)軟件，通過(guò)合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)化學(xué)水處理工藝流程的動(dòng)態(tài)監(jiān)視和控制。通過(guò)上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝工程的自動(dòng)化管理和控制

PLC選用施耐德公司PPC11冗余控制器，控制系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備冗余方式，通過(guò)遠(yuǎn)程I/O的方式連接現(xiàn)場(chǎng)需要監(jiān)測(cè)與控制的點(diǎn)，遠(yuǎn)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(jī)維護(hù)時(shí)間為零，最大限度的減少人對(duì)系統(tǒng)的干預(yù)。主控制系統(tǒng)熱備系統(tǒng)和遠(yuǎn)程I/O控制站之間采用工業(yè)以太網(wǎng)總線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息的可靠、安全、穩(wěn)定的傳輸。

上位計(jì)算機(jī)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(luò)。以太網(wǎng)屬?lài)?guó)際標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)以太網(wǎng)已達(dá)到高傳輸安全性和可靠性要求，現(xiàn)已廣泛用于程序維護(hù)、傳遞數(shù)據(jù)、監(jiān)控、連接人機(jī)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(dá)到100M)、集線(xiàn)器技術(shù)的確定性、不需考慮網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸物理介質(zhì)多樣(雙絞線(xiàn)、光纖、同軸電纜)、集線(xiàn)器的應(yīng)用可不考慮網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)將上位計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制點(diǎn)緊密的結(jié)合為一個(gè)整體，構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在這樣高速傳輸網(wǎng)絡(luò)上，可以很方便的利用PLC系統(tǒng)所特有的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)在線(xiàn)遠(yuǎn)程診斷功能。

2.2 系統(tǒng)軟件組成

ControX2000通用監(jiān)控軟件是一種先進(jìn)的工業(yè)控制用軟件，它融過(guò)程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)操作以及工廠(chǎng)資源管理于一體，將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集在一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。它基于Microsoft Windows 98、Windows 2000、Windows NT操作系統(tǒng)，內(nèi)部采用真正的Client/Server體系結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的所有層次的各個(gè)位置上都可以及時(shí)獲得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，無(wú)論是在控制現(xiàn)場(chǎng)還是在辦公室內(nèi)，都可以進(jìn)行交互式的操作，讓操作者和管理人員作出快捷有效的決策。采用controX2000通用監(jiān)控軟件制作工業(yè)監(jiān)控工程，可以極大地增強(qiáng)用戶(hù)生產(chǎn)線(xiàn)的能力、提高工廠(chǎng)的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原材料的消耗。它適用于從單一設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理和故障診斷，到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分布式大型集中監(jiān)控管理系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

其構(gòu)成的程控流程如下：

陽(yáng)床再生過(guò)程——落床：開(kāi)啟排氣門(mén)1min，后關(guān)閉排氣門(mén)1min；啟動(dòng)噴射：同時(shí)開(kāi)啟陽(yáng)床、反洗排水門(mén)、進(jìn)酸門(mén)、酸噴射入口門(mén)2min，啟動(dòng)再生泵0.5min；進(jìn)酸：開(kāi)啟噴射器酸入口門(mén)50min；置換：關(guān)閉噴射器酸入口門(mén)30min+置換結(jié)束后停止，再生泵運(yùn)行0.5min，同時(shí)關(guān)閉酸噴射器水入口門(mén)、陽(yáng)床進(jìn)酸門(mén)、反洗排水門(mén)2min；反洗：有其他系列運(yùn)行時(shí)，方可對(duì)系列進(jìn)行反洗，開(kāi)啟反洗排水門(mén)1.5min，反洗入口門(mén)20min，反洗結(jié)束，關(guān)閉反洗水入口門(mén)1.5min，關(guān)閉反洗排水門(mén)1.5min，此設(shè)備處于設(shè)備狀態(tài)。

陰床再生過(guò)程——落床：開(kāi)始：排氣門(mén)0.5min，后關(guān)閉排氣門(mén)0.5肟諉min，啟動(dòng)再生泵0.5mi；進(jìn)堿：開(kāi)啟噴射器堿入口門(mén)50min；置換：關(guān)閉堿噴射器入口門(mén)30miin，置換結(jié)束后，停止再生泵運(yùn)行0.5min，同時(shí)關(guān)閉堿噴射器水口門(mén)、陰床進(jìn)堿門(mén)，反洗排水門(mén)2min；反洗：有其他系列運(yùn)行時(shí)，方可對(duì)系列進(jìn)行反洗，開(kāi)啟反洗排水門(mén)1.5min，開(kāi)啟反洗入口門(mén)30min，反洗為結(jié)束，關(guān)閉反洗水入口門(mén)1.5min，關(guān)閉反洗排水門(mén)1.5min，此設(shè)備處于備用狀態(tài)。

混床再生——洗前排水排氣：開(kāi)空氣門(mén)、中間排水門(mén)、正洗排水門(mén)、10MIN、關(guān)閉正洗排水門(mén)、中間排水門(mén)；反洗分層：開(kāi)反洗排水門(mén)1MIN、反洗入口門(mén)1MIN、反洗20MIN；靜止：關(guān)反洗水入口門(mén)1MIN、反洗排水門(mén)1MIN靜止5MIN；排水：開(kāi)正洗水門(mén)1MIN、排水3MIN、關(guān)閉空氣門(mén)1MIN、正洗排水門(mén)1MIN；予噴射：同時(shí)開(kāi)啟混床中間排水門(mén)、進(jìn)酸門(mén)、進(jìn)堿門(mén)、酸噴射器水入口門(mén)、堿噴射器水入口門(mén)、2MIN、啟動(dòng)再生泵；進(jìn)酸堿：同時(shí)開(kāi)啟酸噴射器進(jìn)酸門(mén)、堿噴射器進(jìn)堿門(mén)1MIN進(jìn)酸45MIN、進(jìn)堿50MIN；置換：進(jìn)酸結(jié)束后，關(guān)閉酸噴射器進(jìn)酸門(mén)，置換30MIN，進(jìn)堿結(jié)束后關(guān)閉堿噴射器進(jìn)堿門(mén)置換30MIN，停止再生泵運(yùn)行、同時(shí)關(guān)閉酸噴射器水入口門(mén)、堿噴射器水入口門(mén)、進(jìn)酸門(mén)、進(jìn)堿門(mén)；小正洗對(duì)沖：開(kāi)混床入口門(mén)、空氣門(mén)2MIN、小正洗時(shí)間20MIN、關(guān)中間排水門(mén)1MIN、開(kāi)正洗排水門(mén)1MIN、時(shí)間20MIN、關(guān)入口門(mén)；排水、排氣：開(kāi)中間排水門(mén)10MIN、關(guān)正洗排水門(mén)、中間排水門(mén)、空氣門(mén)1MIN；混脂：開(kāi)反洗排水門(mén)1MIN、壓縮空氣門(mén)1MIN、進(jìn)氣5MIN、關(guān)閉壓縮空氣門(mén)、反洗排水門(mén)1MIN；備用：開(kāi)入口門(mén)、空氣門(mén)、1MIN、空氣門(mén)出水后開(kāi)正洗排水門(mén)、1MIN、關(guān)空氣門(mén)1MIN、正洗結(jié)束后、關(guān)正洗排水門(mén)、入口門(mén)。

水處理系統(tǒng)所有控制閥采用就地和遠(yuǎn)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(guò)就地控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)制水，保證機(jī)組鍋爐的可靠用水。控制箱上選用3位選擇開(kāi)關(guān)，分別為就地開(kāi)、就地關(guān)、遠(yuǎn)程控制。選擇遠(yuǎn)程控制時(shí)，控制閥由操作員在操作站上控制。操作員可以在操作站對(duì)控制閥進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和動(dòng)作控制，對(duì)控制閥的控制可分選擇自動(dòng)和手動(dòng)方式。在自動(dòng)方式時(shí)控制閥受PLC邏輯程序控制，在手動(dòng)方式時(shí)控制閥由操作員直接在操作界面上點(diǎn)擊控制。

一級(jí)除鹽設(shè)備的投運(yùn)和再生由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)在控制室內(nèi)的操作站上進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。一級(jí)除鹽設(shè)備的出水導(dǎo)電率超過(guò)規(guī)定值或周期制水量達(dá)規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)解列并報(bào)警，然后自動(dòng)投入再生程序?；旌想x子交換器的投運(yùn)和再生由PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，或者通過(guò)鍵盤(pán)和鼠標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。

2.3 應(yīng)用中現(xiàn)存的問(wèn)題

由于目前PLC程控技術(shù)的發(fā)展以及在輔助系統(tǒng)，尤其是化學(xué)水系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，使得個(gè)設(shè)計(jì)院及PLC制造商清楚地認(rèn)識(shí)到輔助系統(tǒng)PLC程控是一塊寶貴資源，不惜重金以各種手段紛紛搶占這塊市場(chǎng)。這樣由于他們的技術(shù)水平各有不同，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量也就良莠不齊。，在競(jìng)標(biāo)中贏得項(xiàng)目，降低成本，往往造成該系統(tǒng)獨(dú)立，不能將信息上傳至DCS，難以進(jìn)行有效的維護(hù)，開(kāi)放性能差，甚至不能將信息資源完全共享，從而全面有效地向MIS系統(tǒng)開(kāi)放，致使化學(xué)水系統(tǒng)成為全廠(chǎng)信息化管理的孤島。而另一個(gè)不可回避的事實(shí)則是由于機(jī)組容量的增加，化水等輔機(jī)容量亦相應(yīng)增大，這樣勢(shì)必造成PLC控制系統(tǒng)輸入輸出I／O測(cè)點(diǎn)的增加，造成各類(lèi)模件增加，機(jī)柜數(shù)量龐大，系統(tǒng)復(fù)雜。單是龐大的PLC系統(tǒng)硬件這一項(xiàng)就將花費(fèi)電廠(chǎng)的大筆建設(shè)費(fèi)用。不少電廠(chǎng)也因價(jià)格昂貴放棄了PLC程控的打算。退而求其次改用常規(guī)儀表盤(pán)這種控制方式。

3 PLC應(yīng)用與發(fā)展

現(xiàn)在由于PLC的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，可以為用戶(hù)配置柔性制造系統(tǒng)fms計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。以能進(jìn)行對(duì)整個(gè)工廠(chǎng)的監(jiān)控，管理，并發(fā)展了技術(shù)，提高了可靠性。目前PLC主要向兩個(gè)方向發(fā)展：一是綜合化控制系統(tǒng)，它已經(jīng)突破了原有的可編程控制器的概念，將工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程控制與信息管理系統(tǒng)密切結(jié)合起來(lái)，甚至向上為EMS和ERP系統(tǒng)準(zhǔn)備了技術(shù)基礎(chǔ)，這種發(fā)展趨勢(shì)會(huì)使得ERP系統(tǒng)有了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，從而會(huì)帶來(lái)工業(yè)控制的大發(fā)展。實(shí)現(xiàn)電子信息化工廠(chǎng)；二是微型可編程控制器發(fā)展迅速，體積如手掌大小，功能可覆蓋工廠(chǎng)設(shè)備及整個(gè)車(chē)間的控制功能，并具備聯(lián)網(wǎng)功能，微型化的可編程控制器使控制系統(tǒng)可將觸角延伸到工廠(chǎng)的各個(gè)角落。

新一代可編程控制器的技術(shù)現(xiàn)狀。

執(zhí)行多任務(wù)功能，就是可同時(shí)安裝幾個(gè)CPU模板，每個(gè)模板執(zhí)行各自的任務(wù)，控制與執(zhí)行任務(wù)相關(guān)的I/O模板。網(wǎng)絡(luò)能力的強(qiáng)化；高速化處理功能；集成化軟件；微型化；信息技術(shù)滲入可編程控制器；具有容錯(cuò)和冗余性能的故障防止型可編程控制器已經(jīng)出現(xiàn)，具備再現(xiàn)插拔的雙通道的信號(hào)模板和電源模板。

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，PLC可編程序控制器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)更加廣泛。

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