发电厂化学水处理全自动控制系统的研究与应用

发电厂化学水处理全自动控制系统的研究与应用

赵霞孙晓刚田宏哲

.(西安热工研究院有限公司北京自动控制技术部,北京市海淀区 100098；)

Research and application of Automatic control system in water treatment of power plant

Zhaoxia Sunxiaogang Tianhongzhe

.(Beijing Automation Control Dept. of Xi’an Thermal Power Research Institute, Haidian District,

Beijing 100098,China;)

ABSTRACT: The characters of water treatment in power plant and the development trend of water treatment and automatic control technology are introduced. A technical proposal for automatic control of water treatment is introduced which including network structure, hardware configuration and the requirements of programming and monitoring etc. The application of technical proposal in Nan Tong Power plant is introduced and the characters and advantages of the application are analyzed.

Keywords: automatic control; unattended operation; PLC; automatic adjustment

摘要：本文分析了发电厂化学水处理系统的所含子系统多,自动化水平低等特点,介绍了当前化学水处理系统和自动化控制技术的发展趋势,提出了实现化学水处理系统全自动控制的技术方案,其中包括网络结构,硬件配置,程序设计以及监控画面等方面的要求和需要注意的问题.并介绍了该技术方案在南通电厂化学水控制系统改造项目中的实际应用,分析了该改造项目的特点和改造效果.

关键词：全自动控制; 无人值守; PLC(Programmable Logic Controller,可编程控制器); 自动调节;

0 引言

发电厂化学水处理所含系统多,生产岗位分散,因此形成了劳动强度大,占用人员多的特点[1].随着PLC控制技术的发展和应用,一般电厂的化学水处理控制系统,能够实现远程监控主要设备以及仪表参数,在一定程度上减轻了运行人员的工作量.但在一般程控设计当中,仪表数据并不参与程序控制.当运行人员监测到数据出现问题时,需要在上位机上进行相关操作人为干预水处理流程,或者到就地调节手动门从而调节相应的流量和液位.本文分析了化学水处理控制现状和发展趋势,提出了化学水处理系统实现全自动控制的技术方案,并将技术方案实际应用到华能南通电厂一二期化学水处理改造中,初步实现了无人值守.

1 电厂化学水处理系统的发展特点 1.1 系统组成及特点

电厂化学水处理按功能作用一般设有:净水预处理、锅炉补给水处理、凝结水精处理、汽水取样监测分析、化学加药、综合水泵房、循环水加氯、废水及污水处理等系统[2] .

化学水系统是电厂重要的辅助系统,对于整个电厂而言相对独立,与其他专业相关性不强;生产场地分散,监控点分散,难以纳入传统DCS (Distributed Control System, 集散控制系统)中进行系统化控制;化学专业自动化水平、信息集成化水平相对落后.

1.2 检测方式方法日趋科学化

化学检测与诊断的方法日趋科学化.系统中更多的使用在线仪表,且在线仪表日趋智能化.化学分析仪表可靠性的提高和智能

化的发展,为化学水系统全自动运行提供了有力的支持.

1.3 控制系统的发展

PLC技术日益成熟完善,PLC不仅能够进行顺序控制,也能进行模拟量闭环控制.PLC通讯技术的发展也为化学水系统各子系统组成网络以及化学水系统与DCS、SIS(Supervisory Information System,厂级监控信息系统)通讯提供了技术支持.

2 化学水处理全自动控制系统技术方案

2.1系统概述

化学水处理自动控制系统采用”集中监测,分散控制”的方式[3].主要由两层组成,第一层为现场控制层,该层是生产控制的执行层,包括锅炉补给水处理、凝结水精处理等各子系统的PLC,以及就地控制室上位监控系统;第二层为系统监控层,采用光纤、光纤收发器、交换机、服务器及工控机,构成第二层完整的监控系统.监控层与现场控制层之间采用冗余星型网络连接,使得整个系统具有极高的可靠性.

2.2 网络结构

各子系统通过以太网或光纤形成网络,通常采用双缆冗余星形拓扑结构.星形拓扑中的所有节点都连接到一个中心点,此点称作网络的主交换机.各子系统就地控制室均配置有冗余以太网交换机和PLC的冗余以太网接口模块.PLC的以太网接口模块与现场交换机连接,再连接到主交换机上.

根据化学水系统的大小,选择网络结构和主交换机.当系统所含子系统不多时,可以选择一个主要子系统的交换机为主交换机,其他子系统均与此主交换机相连,形成星形网络.当系统所含子系统较多,系统庞大时,可以单独设置主交换机,其余子系统均连接到此主交换机上,设置专门的冗余数据服务器,采用客户端/服务器的模式.这样设计的优点在于:

(1) 控制室中的操作员站仅与两台服务器进行数据交换;

(2) 只有服务器与各个辅助车间子系统进行数据交换,避免了网络负荷的过度集中及冲突;

(3) 数据采集及存储仅在服务器上进行;

(4) 系统维护及安装方便.

2.3 硬件配置

各子系统尽量选择同一品牌的PLC、交换机、工控机.这样,一方面同一品牌的PLC 通讯方式相同,提高了服务器和操作员站的效率和实时性.另一方面,选择同一品牌的硬件,备品备件可互相使用,减少业主维护成本.

各子系统配置就地工程师站,方便在就地进行操作,也增加了系统的可靠性.主控制室设置至少一台操作员站,一台工程师站.

硬件配置时要考虑留有与上一级网络(DCS,SIS或辅网)的接口.

2.4 程序设计

根据不同系统的控制要求,实现对系统的流程及设备的自动控制.

流程控制大致分为以下几种控制方式:手动、自动、半自动.在自动、半自动方式中,将仪表参数、设备状态考虑在控制流程当中,当仪表参数超限,设备发生故障时,对流程进行相应的保护措施,同时产生报警,提醒运行人员.

泵、电机的控制:当泵、电机处于连锁状态时,可根据液位、压力等连锁信号实现自动启停;当运行设备发生故障时,备用泵自动启动.

调节阀门、变频电机的控制:可根据设定值以及实际值实现自动调节.

3.5 监控画面

主要包括系统画面、操作画面、报警画面、历史趋势画面、报警查询画面、参数设定画面、报表画面、登录画面等.画面要求有中文说明,便于操作;每操作一个设备,不超过3个操作步骤.监控画面要求设置权限,防止误操作.

3 化学水处理全自动控制系统的应用 3.1 南通电厂一二期原化学水处理系统概况

华能南通电厂一期化学水处理系统包括预处理和除盐系统两部分,二期化学水处理系统包括预处理和除盐系统以及废水处