LK系列PLC在电厂化学水处理系统中的应用 - 文章

LK系列PLC在电厂化学水处理系统中的应用

作者：北京和利时自动化驱动公司张星

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电厂化学水处理系统作为电厂辅机程控系统的重要组成部分，其运行关系到整个锅炉的安全性与生产的连续性，并影响着整个电厂的工作安全性和机组的使用寿命。随着化学水处理工艺的不断更新变化，复杂程度越来越高，对系统自动控制的要求也越来越严格。一般电厂化学水处理自动控制系统都采用以PLC（可编程逻辑控制器）为主，结合现场总线网络的控制系统来实现，功能包括对化学水处理过程的自动化控制、状态监视、数据采集、实时报警及统计打印等。

基于和利时公司HOLLiAS LK PLC的化学水处理系统应用解决方案充分发挥了HOLLiAS LK PLC在可靠性、易用性与灵活性等方面技术的优势。与常规控制方案相比，具有控制功能更强大、控制水平更高，且开放性更优秀等方面特点。

电厂化学水处理子系统

电厂的水处理系统一般包含三个子系统：锅炉补给水系统、凝结水处理系统及综合水（废水）系统。

锅炉补给水系统由预处理系统、反渗透预脱盐系统、化学除盐系统及酸碱系统四部分组成，控制范围还包括水工净水站；凝结水系统主要工艺流程包括凝结水精处理及树脂再生系统、水汽取样分析系统及化学加药系统等几个部分；废水系统用来处理电厂的全部废水，包括灰渣废水、化学废水、生活废水和脱硫废水等。

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图1 锅炉补给水系统（化学除盐）工艺示意图

1.锅炉补给水处理（图1）

其主要目的是将天然水在进入系统之前除去水中的杂质,一般流程为：天然水→混凝沉淀→过滤→离子交换→补给水。主要的控制过程如下：

混凝沉淀：除去水中的小颗粒悬浮物和胶质体物质，有化学混凝和电混凝两种方式。

过滤处理：除去混凝处理后的水中残留的少量悬浮物，常采用石英砂或无烟煤或直接过滤。

化学除盐：脱除清水含盐(金属离子和酸根)，使之成为可供锅炉使用的无盐水。包括阳离子交换、去CO2、阴离子交换、混合离子交换等。

主要控制：滤池、澄清池、加药设备、过滤器、阳床、阴床、混床、水箱、泵、风机、酸碱储存和计量设备等。

2.凝结水处理

凝结水处理系统包括凝结水精处理系统和体外再生系统。一般由高速混床、阳树脂再生罐、阴树脂再生罐、再循环泵、树脂存储罐、混脂罐、酸碱设备、冲洗水泵及风机等组成。

凝结水处理系统中的设备大都是周期性工作的，要求定时进行还原和再生。

3.综合水（废水）处理

废水系统用来处理电厂的全部废水，包括灰渣废水、化学废水、生活废水和脱硫废水等。一般情况下，废水不作为回收利用的对象，只进行达标水处理排放。

化学水处理典型工艺介绍

目前发电厂水处理的典型工艺有以下几种：

1.离子交换法（图2）

离子交换法，即利用离子交换树脂将水中溶盐的离子吸收。经过一定时间的运行以后，离子交换树脂会失效，这时就需要停止运行以对树脂进行再生（还原），以便使树脂可重新使用（阳离子交换树脂失效时，使用酸进行再生，阴离子交换树脂失效时，使用碱进行再生) 。

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图2 离子交换法水处理工艺流程图

2.RO（Reverse Osmosis）反渗透技术

反渗透技术是先进和节能的脱盐技术，其原理是利用高分子材料经过特殊工艺制成的半透膜，它只容许水分子通过，而不容许溶质通过。在高压泵的压力作用下，原水中的水压超过渗透压，水分子则透过半透膜进入另一侧，从而获得除盐水、纯净水。而原水中的溶解和非溶解的无机盐、重金属离子、有机物、菌体、胶体等物质均无法通过半透膜，被截留在浓水中。

3.EDI (ElectroDeIonization)填充床电渗析

EDI (ElectroDeIonization)填充床电渗析，又称电去离子法（图3），是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的水处理技术。利用离子交换能深度脱盐来克服电渗析极化而导致的脱盐不彻底，利用电渗析极化而发生水电离产生H＋和OH－离子实现树脂自再生来克服树脂失效后通过化学药剂再生的缺陷，是20世纪80年代以来逐渐兴起的新技术。经过十几年的发展，EDI技术已经在北美及欧洲占据了相当部分的市场。

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图3 电去离子法工艺流程图

4.几种典型工艺的比较

离子交换、反渗透及电去离子三种典型化学水处理工艺的比较后，从处理技术的先进性、处理效果及对环境的污染等方面，电去离子法相对于另外两种方法具有明显的优势，发展前景广阔，但由于其项目的前期资金投入比较多，对原水水质要求较高和其他方面的因素，在国内电厂化学水处理工艺上应用范围还很有限。离子交换法和反渗透法需要的项目前期资金投入相对较少，而且在国内应用比较普遍、工艺比较成熟。

基于LK PLC自动化

控制系统设计

目前，离子交换法化学水处理工艺在电厂中应用最为普遍，其控制系统主要是通过对水处理设备，以及相关的阀门、水泵等设备的控制，实现整个化学水处理流程的整体投运、设备切换、清洗再生和整体停运等工序的自动控制。

化学水处理自动化控制系统由两台操作员站、一台工程师站和三个冗余PLC控制站构成。上位计算机系统采用工业级计算机构成功能强大的监测与控制系统，计算机上安装和利时公司的FacView工业监测与控制系统软件，通过合理的系统设计和系统组态，实现对整个化学水处理工艺流程的动态监视和控制。通过上位计算机系统和强大的工业控制传输网络，实现对整个生产工艺工程的自动化管理和控制。

PLC选用和利时公司HOLLiAS LK系列PLC冗余控制器（图4），控制系统采用双机热备冗余方式，通过远程I/O的方式连接现场需要监测与控制的点。冗余的主控制站可以保证系统的停机维护时间为零，最大限度的减少人对系统的干预。主控制系统热备系统和远程I/O控制站之间采用高性能的冗余PROFIBUS-DP工业总线传输网络，实现信息的可靠、安全、稳定的传输。PROFIBUS-DP是一种高速和便宜的现场总线，它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O间进行通信使用。

上位计算机系统与PLC控制单元之间采用工业以太网传输网络。以太网属国际标准，工业以太网已达到高传输安全性和可靠性要求，现已广泛用于程序维护、向MIS和MES系统传递工厂数据、监控、连接人机界面、记录事件和告警。工业以太网具有高传输速率(目前达到100Mbps)、交换机技术的确定性、不需考虑网络的拓扑结构、传输物理介质多样(双绞线、光纤)、网络的扩展等优点。

通过以太网络将上位计算机系统和现场监测与控制点紧密的结合为一个整体，构成一个完整的系统。在这样高速传输网络上，可以很方便的利用PLC系统所特有的功能，实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。本化学水处理系统控制系统解决方案选用HOLLiAS LK PLC中支持冗余功能的CPU。

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图4 化学水处理自控系统示意图

系统功能

本软件系统是以微软公司的Windows 2000/Windows XP为工作平台使用和利时公司FacView 监控组态软件开发出来的，全中文组态、功能强大、易学易用且完全开放。

软件系统按工艺过程设计有足够多的监控画面，对每一个工艺处理过程都可监控及操作。各监控界面可用于监视流程状态也可在画面上对流程实施操作，将整个工艺流程在监控画面上反映出来，同时画面以虚拟仪表的方式实时显示现场的信息，具有直观、动态及实时的效果。

运行人员可通过计算机对整个化学水处理系统实现生产过程状态监视、数据采集、实时图形监视、实时报警及统计打印等。即运行人员在控制室就可以对报表、图形实时查询，对生产情况进行了解并作出指导，实现生产管理自动化，并可与上位机联网通信，提高全厂自动化水平。

化学水处理系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、远程手动控制及远程自动控制三种控制模式。即使在程控系统完全故障的情况下还可以通过就地控制实现手动制水，保证机组锅炉的可靠用水。控制箱上选用3位选择开关，分别为就地开、就地关，以及远程控制。选择远程控制时，控制阀由操作员在操作站上控制。操作员可以在操作站对控制阀进行状态监视和动作控制，对控制阀的控制可分选择自动和手动方式。在自动方式时控制阀受PLC逻辑程序控制，在手动方式时控制阀由操作员直接在操作界面上点击控制。

系统特点

系统先进、可靠且性价比高；

系统自动化水平高，有利于保证生产连续、稳定和出水水质的稳定性；

系统控制方式多样，具有完善的联锁、保护功能，自适应能力强；

系统运行方式多样，设置有程控、步进、单操及就地手动等功能；

上位监控软件功能丰富、完备，操作灵活及维护方便；

优良的开放性和可扩展性，预留与其他系统的通信接口。

总结

作为电厂工艺流程中的重要的环节，化学水处理系统自动控制在整个电厂的自动控制系统中有着举足轻重的地位。它的工作状态将直接影响整个锅炉系统的安全性与经济性，并影响到整个电厂的工作稳定性与可靠性。本文总结了和利时公司HOLLiAS LK PLC在化学水处理自动控制系统中的项目实践经验，并在此基础上完善了系统设计和功能，为保证整套水处理设备安全、高效且稳定运行提供了更加合理的解决方案，具有很好的借鉴和推广价值。

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/4/2009)


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