PLC在热电厂化学水处理系统中的应用研究

　　1.引言
　　
　　随着滨化集团的不断发展壮大，以及新增项目的不断增多，迫切需要公司自供电、供汽能力的提高。公司为适应这一新的需求，在滨州东部化工工业园组建了热力公司，新上三炉三机。
　　
　　原热动车间化学水处理系统使用传统的模拟屏方式进行监控，自动化水平不高并且效率很低。新建热力公司化学水处理系统采用PLC控制系统进行集中控制。
　　
　　2.水处理系统概况及工艺
　　
　　化学水处理是将经过预处理(粗过滤、棍凝、澄清等)后的水经过精过滤、反渗透、阳离子交换、阴离子交换、混合离子交换制成合格的电厂锅炉补给水的过程。当过滤器、阳床、阴床、混床经过一段时间制水运行后，过滤器过滤能力下降，要求进行程控冲洗，以去除积留的滤渣，恢复其zui大过滤能力；阳床、阴床及混床中的离子交换树脂失效，需进行程拧再生，使离子交换树脂恢复活性。
　　
　　热力公司的化学水处理设为两组，每组各有一台过滤器、一台阳床、一台阴床、一台混床及业辅助设备。正常工况下一组制水运行，另一组备用或进行冲洗(再生)，也可以两组同时制水运行，两组设备的zui大制水能力为60t/h。
　　
　　3.系统控制方案
　　
　　考虑到PLC的性能、价格以及工程实践，选定西门子公司S7-:300PLC作为该系统的主体控制设备。考虑到S7系列P'LC的容量及化学水处理系统的工艺特点，采用4台PLC，分别控制两台过滤器、两台阳床、两台阴床及两台混床。PLC'的所有输入输出均为开关量。输入信号来自盘面操作开关及现场开关量信号(如水位、差压、温度等)，输出信号经中间隔离继电器分别送往控制气动隔膜阀开闭的电磁阀、闪光报警器、步序时间显示器、步序指示灯及控制中间水泵和再生水泵启停的接触器等。
　　
　　4.PLC系统的硬件配置
　　
　　4.1S7系列PLC的特点
　　
　　4.1.1更接近于现场要求：高可能性，减少了中间接口，节约成本；
　　
　　4.1.2高集成功能：具有多中断、现场总线口、集成电位器、定时器、计数器、码盘接口；
　　
　　4.1.3专业化模块发展：具有伺服、闭环、称重等功能模块；
　　
　　4.1.4网络功能强：RS232/485接口及多种现场总线标准、远程I/O
　　
　　分布式控制：可作为DCS的下位站，和PC机的下位机；
　　
　　4.1.5编程功能：多种编程语言，多种编程环境，可配套的集成软件；
　　
　　4.2系统的硬件配置
　　
　　本系统共有4台PLC，每台PLC由CPU模块、电源模块、基本单元框架、扩展单元枢架、扩展电缆、2块16点直流输入模块、6块16点继电器输出模块组成。4台PLC共用一台标准型编程器。每台PLC都留有一个空槽作为扩充备用。整个系统配置共有开关量输入点128点，开关量输出点384点，其中已经留有一定的I/O点裕量。实际证明，该系统配置的容量是合适的。
　　
　　5.软件程序的编制
　　
　　由于工艺的不同，每台PLC的运行方式各有不同：过滤器有制水运行、冲洗、停备3种方式；阳床、阴床都有制水运行、小反洗再生、大反洗再生、停备4种方式；混床有制水运行、再生、停备3种方式。这就要求各台PLC的程序结构及内容都不尽相同。即使对同一台PLC而言，由于控制着两台相互基本独立又有一定关联的设备，也就要求在同一台PLC中对两台设备的控制分别编制程序，并且在编制程序中要考虑到两台设备之间的相关关系，防止在程序执行过程中发生冲突。
　　
　　5.1软件程序的结构
　　
　　以阳床控制程序为例。阳床工艺流程为：当阳床制水运行一段时间后，阳离子交换树脂失效，需进行一次大反洗再生，也可由操作人员视情况灵活掌握何时进行大反洗再生。
　　
　　程序执行过程中，若遇控制开关切换至停备档或外部停备条件出现，则程序无条件中断，直接进入停备状态。
　　
　　5.1.1初始化程序电源的接通/断开作启动和停机用。考虑到工艺的要求，将初始化程序放在停备状态中执行。根据工艺的特点，无须考虑发生突发停电后仍保持停电前的状态。
　　
　　5.1.2主干控制程序以阳床控制程序为例。PLC程序由1号阳床制水运行程序块、1号阳床小反洗再生程序块、1号阳床大反洗再生程序块、1号阳床停备程序块、2号阳床制水运行程序块、2号阳床小反洗冉生程序块、2号阳床人反洗冉生程序块、2号阳床停备程序块组成。每个程序块都按工艺步序一步步地顺序执行，每一步按工艺要求启动相应设备，完成相应动作。每一步开始工作时，就闭锁当前步的步进条件，使当前步的工作不受当前步工作条件变动的影响；每一步结束工作时，就开通下一步的步进条件。这样，PLC'就严格按照这种步进工作方式，有条不紊地自动控制水处理工艺流程的进行。按此法编制的程序步序清晰，便于理解，易于修改，有效地提高了PLC系统的可靠性。
　　
　　5.2软件程序中有关问题的处理
　　
　　通过静态模拟调试后的程序，并不能直接用于现场。在现场调试中，面对不断出现的实际问题，为了保证程序的实用性和可靠性，使之能经受各种意外场合的严峻考验，在软件上还要做大量的修改和完善。仅举几例说明。
　　
　　5.2.1初始化程序
　　
　　原来编制的初始化程序在上电后即进行初始化，这样就不可避免地将小反洗再生所需的掉电保护计数器也一并清零，满足不了工艺要求。后来改成PLC上电不进行初如化操作，在停备状态时，对除上述计数器外的所有内部设备进行初始化操作。
　　
　　5.2.2对公用设备的控制
　　
　　在各台PLC之间或每台PLC内部的各个程序块之间，经常出现同时控制同一台设备的情况，若在程序中不加处理，势必互相冲突，造成设备的损坏。后将程序修改成：两者中至少有一者需要启动某公用设备，设备就启动；而仅当两者都要求关断该设备，设备才关断。
　　
　　5.2.3防外部信号波动的处理
　　
　　在现场试运行中，曾把除盐水箱水位高作为制水运行时的外部停备条件，在制水运行过程中出现这一信号，PLC自动转入停备状态，关断所有输出。有一次，发现该信号出现后，PLC却在停备和制水运行两个状态中来回跳动，外部设各时而关断、时而开启，次数频繁，长时间后势必损坏设备。经过分析，终于找到原因：除盐水箱水位在高位附近，由于水面的波动，造成了该信号的波动，而程序在接收到该信号后并未对此进行闭锁，故而造成了程序的波动。经在程序中插入一个内部常闭接点，当程序接收到该信号并开始执行停备步序时，马上断开这个内部常闭接点，从而防止了该信号波动对程序的影响。此后，类似的情况再未发生。
　　
　　6.结论
　　
　　通过采用PLC对水处理系统进行控制，保证了整个机组的用水需求，制水过程中产生的废水量明显减少，起到了一定的环保节能效果；系统高度的可靠性和直观简易的操作性使得值班室内的值班人数明显减少，提局了劳动效率；同时整个系统的自动化程度进一步提高，机、电、炉运行的稳定性和可靠性进一步增强。