MW机组补给水处理自动控制系统的设计

中国电力（）600MW机组补给水处理自动控制系统的设计[日期：2005-06-02][来自：元宝山发电厂]［摘要］可编程序控制器(PLC)是一种成熟的高科技产品，最适合应用到开关量控制系统中。元宝山发电厂2号600MW机组原补给水处理自动控制系统已不适应机组总体自动化水平的要求，在技术改造中采用了PLC自动控制系统的设计方案。该系统于1999年5月投入使用后一直稳定运行。实践表明，该系统取得了良好的经济效益，节省了人力和资源，提高了制水质量。1概述元宝山发电厂2号600MW机组化学水处理自动控制系统是80年代初期由德国杨森公司设计生产，控制设备由分立功能插件组合而成，仪表及调节设备由西门子公司生产。设备的运行分自动和手动2种方式。在自动方式下，设备将在程控系统的控制下全自动运行。在手动方式下，所有阀门及转动设备的操作均在操作显示盘上通过按钮一对一进行。由于当时的种种原因，从机组发电运行至今，化学水处理自动控制系统一直处于手动方式运行。机组的三大主机及相关附属设备全套从国外引进，总体技术水平较高。相比之下，化学水处理自动控制系统已不适应机组的总体自动化水平的要求。为了提高化学水处理自动控制系统的自动化水平，减少运行人员，节省水和化学药品资源，提高水处理质量，有必要对该控制系统进行技术改造。补给水处理系统由2套补给水系列、1套中和池及1套酸碱计量系统组成。每套系列由1台机械过滤器、一级除盐系列(1个阴床、1个阳床及1个公用除碳器)和1台混床组成。工艺流程如图1所示。当过滤器运行时间到或出入口差压过大时，应停止运行并进行反洗。当一级除盐系列的运行时间到或阴床出口导电度过高时，应停止运行并进行再生。当混床出口导电度过高或运行时间到，应停止运行并进行再生。当中和池积累的污水水位过高时，应进行污水中和排放。2控制系统结构及配置控制系统结构如图2所示。1号PLC完成补给水1号系列及转动机械就地设备的控制。2号PLC完成补给水2号系列、中和池系统、补给水步序灯、报警灯及补给水模拟量等就地设备的控制。中国电力（）2.1可编程序控制器1号和2号PLC柜中装有西门子S5-115U可编程序控制器。S5-115U适用于中、小规模的过程自动化，标准化的硬件技术，模块式结构和具有很强功能的编程器，使得该自动化装置在实际应用时具有如下特点：(1)装配和连接简单，容易使用；(2)采用插件式模板，更换容易；(3)通过各种不同的输入输出电压，以及对输入点、输出点和存储器的精细分级，使得该装置具有较强的配置适应能力；(4)在所有符合标准的应用中，不需要通风冷却装置；(5)因程序在结构上进行了分块，以及标准程序块的应用，使得编程工作大大简化；(6)通过它自己的通讯处理器和局部网，可方便地同其他自动化装置及计算机进行通讯。S5的编程语言是STEP5，有3种表达方法，即控制系统流程图、梯形图和语句表。S5的中央处理机存储器最大容量可达384kbit，具有128个计时器，计时范围0.01～9990s；128个计数器，计数范围0～999；最大输入输出点数为4096，其中模拟量输入输出点数最大为256。2.2操作员工作站操作员工作站硬件部分采用研华586工控机，软件部分采用FIXDMACS软件。研华586工控机是当今较流行的PC总线工业控制计算机，具有抗尘埃、抗冲击震动、耐电压冲击等特点，平均无故障时间超过5万h。FIXDMACS是一种执行数据采集及控制、报警、图形数据显示等功能的完整工业自动化软件。它是Intellution公司于1984年开始推向市场的。目前的版本是在Windows或WindowsNT环境下运行的，采用了图形用户界面，相应其内部的图形处理是基于第3代图形技术。FIX软件是一个高精度模块化的软件系统，主要包括如下模块：(1)系统配置模块；(2)网络管理模块；(3)安全保护管理模块；(4)实时数据库管理模块；(5)数据扫描、报警和控制模块；(6)报警管理模块；(7)绘图模块；(8)历史趋势分析模块；(9)显示模块；(10)统计处理控制模块。2.3SINECL2-DP局部地区网络SINECL2是一个通讯系统，它把SIMATIC系列可编程序控制器和PC机连成网络。L2是令牌总线网，网络传输介质是双绞线或光缆。每个站通过总线接头或总线连接器件连到总线网上。每段网可挂32个站，各段网可通过中继器来连接，如果使用中继器，总线网可挂125个站。中国电力（）L2网络最大传输速率是12Mbps，如果使用CP5431和CP5412(A2)通讯处理器，则数据传输速率为1.5Mbps。每段网络最大传输距离为1.5km。2.4操作显示盘操作显示盘是原来系统遗留下来的，实现系统硬手操作功能。盘上包括系统工艺流程图、阀门状态指示灯以及各种操作按钮。3控制系统功能3.1手动控制功能水处理设备中的任意一个被控制设备均可在操作显示盘上用一对一带灯按钮或在操作员工作站上进行手动控制。3.2自动控制功能自动控制功能分步进控制和程序控制2种。步进控制是指水处理设备在操作显示盘或操作员工作站上按程序步进行单步操作；程序控制是指水处理设备自动进行系统程序启动、停止控制。3.3自动方式下控制系统的联锁功能3.3.1补给水系列与除盐水箱液位的联锁控制补给水系统由2套补给水系列组成，2套系列的运行及备用受除盐水箱液位的控制。除盐水箱液位有4个测点信号，由大至小依次为Max1、Max2、Min2和Min1。当水箱水位H＞Max1时，闭锁补给水系列的运行。当H＜Max1时，启动系列运行。当Min2＜H＜Max2时，且另一系列累计运行3h，启动备用系列。当Min1＜H＜Min2时，无条件启动备用系列。当H＜Min2时，禁止除盐泵的运行。3.3.2一级除盐系列的停止及再生当阴床出口电导率大于设定值或周期制水量达到设定值时，停止一级除盐系列的运行。当再生条件满足时自动进入再生程序；若条件不满足，等待条件满足后再进行。再生过程结束后，根据水箱水位情况决定系列自动投入运行或转入备用状态。3.3.3机械过滤器与一级除盐系列的联锁控制机械过滤器的启停仅受一级除盐系列的控制。当一级除盐系列有供水要求时(如运行、清洗)，过滤器随时投入运行。过滤器反洗程序的启动受本身的周期终点信号和一级除盐系列的运行状态控制。当一级除盐系列处于运行或再生时，过滤器达到运行周期终点(压差或时间)，则发出过滤器反洗信号，等待系列停止后自动进入反洗程序。3.3.4混床与一级除盐系列之间的联锁控制混床的运行及停止均受一级除盐系列运行状态的控制。当一级除盐系列启动并且冲洗，电导率合格后，自动启动混床进行预清洗；混床电导率合格后，自动投入运行；一级除盐系列停止运行，混床也随之停止。混床再生程序的启动由其自身出口水的电导率或周期制水量控制。当出口电导率超标，自动转入冲洗程序，冲洗5min后仍不合格，则发出再生信号，并停止一级除盐系列的运行。再生条件满足则进入再生程序，条件不满足则等待条件满足后再进行。3.4无扰切换功能3.4.1自动切换到手动自动状态切换到手动状态，可以在操作员工作站进行，也可以在操作显示盘上进行。在操作显示盘上进行时，首先在盘上将当前欲执行的工艺流程步所对应的按键设定在键入位置，然后将M/A转换开关切入手动位置。在操作员工作站上进行时，由于操作员工作站可随时监视系统中各中国电力（）设备的运行情况，因此可自动将各软手操按键设定在与设备的当前运行状态相一致的位置。再由操作员确认后，方可进入软手操状态。从而保证了自动到手动的无扰切换。3.4.2手动切换到自动当控制系统经过手动操作后，需要返回到自动程序时，自动程序具有记忆、跟踪手动操作期间的各种操作及时间，准确判断出当前程序步及运行时间的动能。随时可无扰切换到自动程序状态。3.5操作员工作站的监控功能3.5.1实时显示工艺流程在操作员工作站中建立工艺流程画面，实时动态显示系统的运行状态及各类重要参数。在进行监视画面设计时，充分考虑国家标准、部颁标准及现场操作人员的习惯等因素，力求画面的准确、直观和美观。例如：用不同颜色区分不同工质，同种颜色的深浅区分处理前后水质变化等。将系统中一些重要的仪表测量值送入PLC中，操作员工作站通过与PLC的通讯获取这些数据，并在工艺流程画面中进行显示。PLC将系统中主要设备的运行状态送入操作员工作站，并在工艺流程画面中对这些设备的运行状态进行监视。3.5.2显示报警信号在操作员工作站中建立与系统的安全运行密切相关的报警信号显示画面，它包括运行参数的越限报警、单元运行报警、阀门故障以及转动机械故障报警等。通过报警显示画面可以方便、直观地对报警情况进行监视。3.5.3控制功能控制系统具有自动、步进和手动3种工作方式。其中，步进方式是对自动方式的一种特殊处理；软手动方式是模仿操作显示盘的布置而建立的一种手动操作画面。通过操作员工作站的控制操作画面可以在这3种方式之间进行无扰切换。3.5.4记录及报表功能将生产中需要记录的参数和设备的操作及运行状态等重要信息形成记录文件存于操作员工作站中，以便将来进行事故分析和形成报表使用。记录的信息主要包括：主要模拟量参数的测量值、设备运行状态、转动机械的启停以及系统的运行记录等。采用通用的报表生成软件提供强有力的报表功能，通过DDE实现数据库与报表软件之间的数据交换，实现定时自动打印报表功能，打印周期可以为每班、日、周、月等，也可以即时打印。3.5.5设备运行参数自动统计分析功能实现对现场设备运行参数的自动统计分析，并给出数据的统计分布规律及各种系统参数，这将对质量管理与控制提供十分有效的帮助。3.5.6通讯功能操作员工作站通过专用网络实现与PLC间的通讯，完成对系统的实时监控。同时，可以通过构成Ethernet分布式网络系统实现操作员工作站与其他微机之间的通讯，实现系统资源共享。元宝山发电厂2号机组补给水处理自动控制系统于1999年5月竣工，投入使用后一直稳定运行。从技术指标上看，达到了无人值守的自动化要求，取得了良好的经济效益。目前，正在进行凝结水处理控制部分的调试工作，预计1999年10月底竣工。可编程序控制器适合应用到电厂化学水处理自动控制系统中，该工程项目具有推广应用价值。