设计 

      沁北电厂采用全厂辅助车间联网控制方式，在电厂集中控制室对各辅助车间进行集中实时监控。化学水处理总站是属于辅助车间控制系统的一个较大的子系统，本文主要介绍化学水处理程控的方案和设计情况。

      一、工艺系统概述 

      化学水处理工艺系统由以下几个系统组成：

      1、锅炉补给水处理系统 

      包含反渗透预脱盐系统和化学除盐系统。

      2、弱酸及旁流预处理系统 

      旁流处理系统分为两部分，一部分是澄清过滤预处理系统，另一部分是弱酸树脂处理系统。

      3、化学废水集中处理系统 

      分为经常性酸碱废水处理、弱酸处理系统再生废水处理、非经常性排水处理。

      4、循环水加次氯酸钠系统 

      二、化学水处理程控的方案

      化学水处理总站控制系统采用计算机程序控制（可编程控制器PLC+上位机监控站）。在电厂集中控制室内通过全厂辅助车间监控网络上的操作员站对化学水处理及煤、灰、油等各系统进行集中实时监控，不再设常规控制仪表盘。为了在上层辅助车间网络故障时，依然能对子系统实现自动控制，化学水处理总站设下层监控网络，联接各子控制系统，配备了2台本地上位机。正常时，在上层网络操作员站（集中控制室内）上实现化学水处理各工艺系统的控制。非正常时，在下层网络操作员站上实现操作。

      控制设备室设在化学水处理区化验楼内C、D列②～⑤号柱之间，面积约60m2，标高0米。旁边是控制室，面积为27m2，设置两台上位机的操作台。

      三、化学水处理程控的系统构成 

      化学水处理总站程控系统由北京华能新锐控制技术有限公司成套提供，配置如图一：

      本地上位监控站采用两台互为备用的研华工控机，CRT为DELL的21＂工业级纯平彩显，配置一台A4彩色喷墨打印机。上位机在中文版Windows2000环境下运行，监控软件是Inlution公司的IFIX软件。本地上位监控机与PLC系统的组网采用Modicon公司的MB+网。

      PLC采用MODICON昆腾系列，控制器CPU型号为140CPU43412A（In 486、66MHZ主频、2M内存），控制网的下层网络为单MB+网，上层网络为100M工业以太网，子系统的以太网通讯接口卡冗余配置，当一条网络线路通讯故障时，可自动切换至另一条线路，不会因此影响上层网络对本系统的监控。

      PLC按工艺系统划分为4个子控制系统，每个子系统分别设有主控站和远程I／O站，远程I／O网采用双缆配置。主控站布置在化学水处理区控制设备室内。

      化学水处理总站的各控制子系统配置如下：

      1、补给水处理子系统 

      补给水处理子系统包括补给水处理系统主站、超滤及反渗透系统远程I／O站。

      补给水处理主站的CPU为双机热备，机柜数量2个。本地I／O模块监控包括淡水箱、淡水泵、阳床、阴床、混床、除盐水泵、反渗透冲洗水泵等设备。

      超滤区及反渗透区各设置1个远程I／O站，超滤区有2个机柜，反渗透1个机柜。远程I／O站监控清水箱、淡水箱、淡水泵、反洗水泵、弱酸自用泵、次氯酸钠系统用泵、超滤装置、反渗透装置等。

      2、循环水旁流及预处理子系统包括循环水处理系统主站、循环水旁流预处理远程I／O站等。

      循环水处理系统主站采用单CPU，机柜数量2个。本地I／O模块监控弱酸阳床、除碳器、稳定剂加药装置、浓硫酸计量箱、计量泵及输送泵等。

      旁流预处理区升压泵房内设置1个远程I／O站，机柜数量1个，监控凝聚剂和助凝剂加药系统、重力式滤池、反洗回收水池、清水池、清水泵、反洗回收水泵、罗茨风机、潜水泵等。

      3、废水处理子系统 

      废水处理子系统包括废水处理系统主站、及废水贮存槽远程I／O站等。

      废水处理系统主站采用单CPU，本地I／O模块监控中和池、清净水槽、废水处理罗茨风机、凝聚剂、助凝剂和次氯酸钠的加药装置等。高位酸液贮存槽、高位碱液贮存槽、盐酸计量箱及喷射器、碱液计量箱及喷射器、脱水机等。

      废水储存槽区排泥泵房内设置远程I／O站，机柜数量2个，监控废水贮存槽、机械加速澄清池、澄清池排泥泵、浓缩池、污泥泵等。

      4、循环水加次氯酸钠控制系统 

      循环水加次氯酸钠控制系统采用单CPU，PLC随工艺设备配供，选型与其他子系统一致，可直接连于监控网上，机柜设在加次氯酸钠车间内。

      各控制系统I／O点统计见下表：

      循环水加次氯酸钠站随设备供货，I／O点不详。

      四、化学水处理程控的功能

      控制系统对整个化学水处理工艺系统进行集中监视、管理和自动程序控制。具体功能有：

      1、控制和操作功能 

      1.1 顺序操作设备的控制

      对于重力式滤池、反渗透装置、离子交换器等需要顺序操作的设备，其控制操作有自动、单步、远方手动或就地手动等几种方式。

      自动方式是系统根据操作人员的指令自动完成一系列操作的控制方式。设备自动清洗或再生程序启动后，将按照步序表的要求，自动进行一系列操作，包括酸、碱计量箱内的酸、碱自动进行补充。清洗或再生结束后，自动转入备用状态。在程控时，失效的设备可以自动停止运行。单步方式是系统根据操作人员的指令完成步序表中某步动作，包括有关阀门的开关和电机的启停。远方手动是指在屏幕上用鼠标操作电机的启停和阀门的开关。

      1.2 水泵、风机、阀门的控制 

      对于工艺系统内所有的电动／气动阀门、风机、泵等设备，均可进行程序（远方）控制及就地控制，对于气动阀门还可在电磁阀箱上进行控制，控制逻辑中提供必要的保护和闭锁手段。

      水泵和风机的控制有自动联锁启动、远方手动、就地手动几种方式。当母管布置的水泵或风机处于自动联锁启动方式时，如果一台电机在运行中因故障停止，则处于联锁备用状态的电机自动启动。

      1.3 电源控制 

      化学水处理总站区域的厂用电源380V进线及联络断路器的控制、测量及保护，采用硬接线进入锅炉补给水处理控制系统，在锅炉补给水处理控制系统中实现该区域供电系统的投切、监视。

      2、显示功能 

      控制系统的全部状态信息通过21英寸显示器显示。屏幕画面包括工艺流程图画面、操作画面、报警显示画面和过程参数曲线等，能分别显示各子系统的工艺流程，且随时采集该系统的运行工况，并实现设备事故报警、流程分析、系统故障检测、报警管理、报表生成、运行工况记录、系统参数设定及对设备的操作等功能。

      2.1 工艺流程图画面 

      工艺流程图画面包括子系统总图、各分系统图等。

      工艺流程图上通过不同颜色显示阀门和电机的状态，画面上还显示有关仪表的测量值和工程单位，以及各有关流量的累计值。

      2.2 操作画面 

      用于系统操作的画面包括设备操作画面和设备检修窗口。

      系统操作画面上有设备选择按钮、单步操作按钮、自动操作按钮、延时按钮等操作按钮。清洗或再生步骤进行时，屏幕上将显示该步进行的时间。

      2.3 检修状态设置画面 

      对于像离子交换器这样的大型设备，可以在屏幕上设置成检修状态。处于检修状态的设备，操作员暂不能对其进行任何操作，只有解除检修状态方可进行操作。检修画面包括所有可以设成检修状态的设备按钮，点击某台设备的按钮，就将其设定成检修状态。处于检修状态的设备，其检修按钮会改变颜色。

      2.4 步骤时间修改画面 

      步骤时间修改画面上有各类顺序操作设备的各有关步骤及其设置数值。

      3、失效判断与联锁功能 

      控制系统可以根据离子交换器等有关设备的出水品质（需要在线监测仪  表）、出入口差压、累计流量或累计运行时间等条件判断其是否失效，失效的设备将报警，还可以自动停止运行。

      4、顺序控制中的人工干预功能 

      在自动执行顺序控制步骤时，可以根据需要，进行步延、跳步等人工干预操作，暂时改变原来设定的步骤时间和顺序。

      5、骤时间可以在线修改。

      五、仪表和就地控制设备的选型 

      沁北电厂的化学水仪表和就地控制设备有两种来源，一部分是随工艺设备配供，一部分是由程控设备厂家提供。

      1、电磁阀箱 

      电磁阀箱内装有气源隔离阀门、气源三联件、集装式双控电磁阀（含汇流板）等。前面板上装有阀位指示灯（双色灯：红色代表开、绿色代表关）、阀门操作旋钮、就地／远方切换旋钮等。

      现场的气动蝶阀／球阀等往复式气缸驱动的阀门由双控两位五通电磁阀控制。气动隔膜阀本来可以由两位三通电磁阀控制，为了统一系统中的控制设备减少了电磁阀的种类，所有电磁阀采用双控两位五通电磁阀控制。

      2、化学分析仪表： 均采用流通式仪表。硅表与钠表、在线COD仪、浊度计均采用进口产品，导电度计、PH计、酸碱浓度计采用国产产品。分析仪表均配有仪表柜，前开玻璃门式，可以随时查看数据又可便于仪表的防护。

      3、其他仪表 

      变送器采用Rosemount3051型；液位计采用二线制超声波连续液位计或带远传磁翻板液位计；流量测量装置采用进口威力巴流量测量装置（室外安装的测量装置配有直连形三阀组）；远传温度测量元件采用二线制一体化温度变送器，以提高信号的抗*力，减少PLC模块种类。

      六、设计过程中应借鉴的问题 

      在化学水程控设计中，有以下问题值得关注：

      1、沁北电厂化水程控中所有的设备、仪表都是成套提供的，但因工艺系统多，随设备厂家带的控制设备、仪表也多，因此尽管在选型上作了统一要求，但在实际订货中难免有差别，给以后的检修和备件采购带来麻烦。

      2、在超滤区，超滤设备的供货商自带一套PLC，部分I／O点*了自带的PLC，再转接至超滤远程I／O站，有重复设置之嫌。在程控招标之前，并没有超滤设备自带PLC的资料，因此也无法预见，建议以后在工艺系统招标时，要求凡自带PLC的应在投标时标明PLC的详细I／O内容，并提供统一的网络接口；另外，工艺和程控招标时间应尽量拉开距离，以提高资料的准确性。

      3、I／O点分配的合理性问题。化水区域分为若干各子系统，子系统又有本地和远程站之分，因此I／O点的分配应多加斟酌，既要考虑到系统的完整性，又要考虑到距离的远近，以便节省电缆。在本次设计中，笔者感觉有的I／O点分配不是很方便，如泵的动力回路有的在MCC柜，有的在PC段上，PC在化验楼内，但程控厂家并不了解电气接口，一律按泵房所在位置分配I／O点，

      4、远程I／O网络在现场应用中的抗干扰 

      在IDAS远程I／O网络中，通讯模块、前置机、通讯线之间都经过了电气隔离，各前置机之间不存在共地问题，*避免了前置机之间的相互干扰和地线回流问题，使整个网络处于“全浮空”状态，确保网络通讯的可靠。

      通讯模块与前置机之间的通讯采用特殊的调制解调电路和平衡差动传送方式，传输电平高，峰一峰值高达±12V（RS485的传输电平为±5V），加上完善的校验方法及自动重发技术，大大提高了网络通讯的抗*力。还有zui重要的一点，这种特殊的通讯方式，确保了前置机与前置机之间互不通讯，更进一步确保了数据传输的可靠性。

      5、远程I／O系统的故障自诊断和参数在线设置

      通过通讯模块上的扩展串口，用户可在DCS系统数据传输不中断的情况下在线修改或设定前置机参数，同时还可以在线观察网络的自诊断信息，给系统的运行和维护带来极大的方便。

      四、结束语

      综上所述，通讯模块在远程I／O和DCS系统连接中，既可保证数据传送的实时性，提高传输电平以增强通讯的抗*力，又可减轻DCS系统对远程I／O的功能负担。经一阶段电，实际使用的情况看，转接方便，通讯可靠、体积小、安装定位容易，为远程I／O和DCS系统的可靠、快速连接起到了不可忽缺的作用。