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摘要：介绍了Quantum plc在某电厂化学水处理系统的设计应用。分析了化学水处理工艺，详细介绍了系统的设计思路、系统的硬件组成、整体的控制方案、以及部分的软件控制流程。
关键词：控制系统；化学水处理；PLC；循环控制
0 引言
该工程为某电厂三期2X1000MW化学水处理控制系统应用，原有一期，二期的水处理系统已经不能满足现有机组的要求。新的控制系统采用Quantum PLC加IFIX上位机的控制方式，采用全膜法水处理工艺可以满足扩建的要求。在化学水控制室可以实现对超滤、反渗透、EDI设备、酸碱设备的控制以及监控报警，报表的打印。
1系统组成及功能
PLC系统配置：
（1）CPU选用140-CPU-671-60，266MHz的32位CPU，带有以太网、光纤、USB、Modbus等多种通信接口，功能强大。
（2）由于现厂设别比较多，单一主站不能满足需求，采用CRP 模块通过ModbusPlus 总线扩展机架，系统由一个主站和五个子站组成。主站采用用CRP140-CRP-93X-00模块，RIO 头用于在CPU 与安装在单独背板上的RIO子站模块之间的双向通讯。子站采用140-CRA-93X-00 模块。
（3）数字量输入采用140-DDI-353-00，设备可以接受32路24Vdc输入，并可以接受源极输出设备。
（4）数字量输出采用140-DDI-353-00，此模块切换24Vdc 功率负载，可用于漏极器件
（5）模拟量输入采用140-ACI-040-00，16通道模拟量输入模块，可接受混合电流输入，16歌单端通道或者16个差分通道输入。本系统中用来接压力、压差、流量、液位PH值等模拟量信号。
（6）模拟量输出采用140-ACO-130-00，8通道模拟量输出模块，用来监控4-20mA、0-20mA、和0-25mA回路中的电流。本系统中用来控制高压泵，变频泵的频率输出等模拟量信号。
编程软件采用的是Unitypro XL V5.0，采用梯形图编程，通过以太网和PLC通信进行在线组态，在Unitypro上可以进行系统的机架配置，主站，子站的模板都可以在软件设置。组态软件采用IFIX5.1采用MBE与PLC进行通讯。
（2）对制水过程的操作方式的切换，自动、手动、点操、步进、步延。对制水时间，泵的转速等可以根据实际情况修改。
（3）对泵、阀门、水箱液位等进行复杂的连锁控制，对设备进行有效的保护。
（4）对设定参数超限，设备故障，程序非正常停运等故障进行报警，保证生产过程的安全。
2控制系统的整体方案
（2）为确保系统稳定运行，系统采用Quantum PLC可编程程序控制，系统的工作状态由上位机软件IFIX监控。系统的控制按照全自动控制进行设计，设有手动、自动运行的切换开关，必要时可以手动操作。
（3）PLC采用双CPU热备系统，防止一个CPU故障，影响整个系统的正常工作，并实现设备流程之间的连锁和互锁。
地下水经过沉淀、过滤等预处理后进入生水箱，生水箱的水经过生水泵进入全膜法处理流程：生水箱、生水泵、超滤保安过滤器、超滤装置、清水箱、清水泵、一级保安过滤器、 一级高压泵、一级反渗透、一级淡水箱、二级反渗透给水泵、二级反渗透、二级淡水箱、EDI保安过滤器、EDI给水泵、EDI装置组成。流程图如图2所示：
（1）超滤系统：包括产水，水汽擦洗，MW清洗，系统备用。从生水箱来的水通过超滤装置进行产水，产水达到30分钟自动进入水汽擦洗阶段，擦洗完毕继续产水，如此循环14次，第15次进行MW清洗（加氧化剂），清洗完成继续产水，进行水汽擦洗，循环到30次时进行MW清洗（加酸）。清洗完毕后如果工艺需要可以继续产水，也可以进入备用状态。生水箱液位低和清水箱液位高自动连锁停止超滤，备用泵在运行泵有故障时自动投运[5]。超滤程序流程如图3所示，MW清洗流程如图4所示。
（2）一级反渗透系统：包括低压冲洗1，产水，停机，低压冲洗2，备用。首先对一级反渗透装置进行10分钟低压冲洗，把管道冲洗干净，加阻垢剂和还原剂进入产水状态，根据工艺需要产水可以连续进行，待一级淡水箱达到规定液位高限，停止产水，进入低压冲洗2，冲洗完毕后进入备用状态。当自动产水时，清水箱液位低和一级淡水箱液位高时，自动连锁停止一级反渗透；阻垢剂计量泵，还原剂计量泵的启停和高压泵，水箱液位连锁；高压泵的启停需要变频控制，启动和停止过程需要频率缓慢变化，至少30秒。二级反渗透和一级反渗透类似，只是需要在产水过程中加碱[6]。
（3）EDI系统： 包括启动，冲洗，产水，停运。保持EDI进水阀打开，打开EDI淡水排放阀，EDI给水泵，等到淡水，浓水流量和压力满足工艺要求进入冲洗状态；启动调整整流器使每一个EDI模块工作电流达到设定值后进入产水状态；检测产水水质，保证产水合格，关闭EDI淡水排放阀。产水结束后停运。当二级淡水箱液位低，EDI电源故障，EDI给水泵故障自动停止EDI装置。
3结束语
本系统的设计稳定可靠， 控制策略也符合化学水处理要求， 系统的运行达到了优化， 性能满足生产要求， 出水水质稳定， 降低了生产成本。该系统已在厂方投入运行， 取得了满意的效果。
参考文献
程军.基于plc的纯水生产控制系统设计[J].仪表技术与传感器，
周柏青，陈志和.热力发电厂水处理[M].北京：中国电力出版社，2009.
[3] 朱志平，李宇春.曾经.火力发电厂锅炉补给水处理设计[M].北京：中国电力出版社，2009.
[4]Barskii L A，Zaidenberg L M， Gelfand A M，et al. The process control system of the chemical water treatment department at cogeneration power station TETs-27 of Mosenergo.Thermal Engineering[J].1999，46（7）：574-9
[5] 仲惟雷.双膜法和EDI在热电厂中水回用中的试验研究[J].热力发电，2011，40（7）：48-53.
[6] 李永生，董宜玲，叶玉兰. 电厂水处理用阴离子交换树脂性能的连续自动测定方法[J]. 中国电机工程学报，2004，24（4）：200-204.
关键词：控制系统；化学水处理；PLC；循环控制
0 引言
该工程为某电厂三期2X1000MW化学水处理控制系统应用，原有一期，二期的水处理系统已经不能满足现有机组的要求。新的控制系统采用Quantum PLC加IFIX上位机的控制方式，采用全膜法水处理工艺可以满足扩建的要求。在化学水控制室可以实现对超滤、反渗透、EDI设备、酸碱设备的控制以及监控报警，报表的打印。
1系统组成及功能
1.1 系统组成
该系统由星型网络组成，由Quantum PLC、一台HMI操作员站和一台HMI工程师站以及工业交换机组成。该系统便于组态和以后扩展。系统选用67160一款热备CPU ，带专用以太网光纤链路。该处理器具有强大的运算能力，大容量的内存，可以外接扩展卡，具有以太网、光纤、USB、Modbus，ModbusPlus等多种接口。可以实现在线不间断调试和离线仿真模拟调试功能，模板可以在线热插拔，便于系统的升级维护。PLC控制系统配置如图1。PLC系统配置：
（1）CPU选用140-CPU-671-60，266MHz的32位CPU，带有以太网、光纤、USB、Modbus等多种通信接口，功能强大。
（2）由于现厂设别比较多，单一主站不能满足需求，采用CRP 模块通过ModbusPlus 总线扩展机架，系统由一个主站和五个子站组成。主站采用用CRP140-CRP-93X-00模块，RIO 头用于在CPU 与安装在单独背板上的RIO子站模块之间的双向通讯。子站采用140-CRA-93X-00 模块。
（3）数字量输入采用140-DDI-353-00，设备可以接受32路24Vdc输入，并可以接受源极输出设备。
（4）数字量输出采用140-DDI-353-00，此模块切换24Vdc 功率负载，可用于漏极器件
（5）模拟量输入采用140-ACI-040-00，16通道模拟量输入模块，可接受混合电流输入，16歌单端通道或者16个差分通道输入。本系统中用来接压力、压差、流量、液位PH值等模拟量信号。
（6）模拟量输出采用140-ACO-130-00，8通道模拟量输出模块，用来监控4-20mA、0-20mA、和0-25mA回路中的电流。本系统中用来控制高压泵，变频泵的频率输出等模拟量信号。
编程软件采用的是Unitypro XL V5.0，采用梯形图编程，通过以太网和PLC通信进行在线组态，在Unitypro上可以进行系统的机架配置，主站，子站的模板都可以在软件设置。组态软件采用IFIX5.1采用MBE与PLC进行通讯。
1.2 系统功能
上位机组态软件采用IFIX5.1结合PLC控制系统，实现以下功能：
（1）上位机画面显示系统运行的状态，所有阀门，泵的工作状态；每个水箱的液位高度；主要管路的压力信号、流量信号、水的PH值、电导率等信号，以及操作员的操作记录，历史曲线，事故记录等。（2）对制水过程的操作方式的切换，自动、手动、点操、步进、步延。对制水时间，泵的转速等可以根据实际情况修改。
（3）对泵、阀门、水箱液位等进行复杂的连锁控制，对设备进行有效的保护。
（4）对设定参数超限，设备故障，程序非正常停运等故障进行报警，保证生产过程的安全。
2控制系统的整体方案
2.1 设计思路
（1）根据现场情况和调试人员进行沟通交流，深入了解水处理的工艺控制程序流程。（2）为确保系统稳定运行，系统采用Quantum PLC可编程程序控制，系统的工作状态由上位机软件IFIX监控。系统的控制按照全自动控制进行设计，设有手动、自动运行的切换开关，必要时可以手动操作。
（3）PLC采用双CPU热备系统，防止一个CPU故障，影响整个系统的正常工作，并实现设备流程之间的连锁和互锁。
2.2 化学水系统的工艺流程
要实现PLC自动控制，必须对化学水制备系统组成及逻辑关系了解。全膜法水处理包括超滤系统，加药系统，一级反渗透系统，二级反渗透系统，电除盐系统（EDI）等组成[3]。地下水经过沉淀、过滤等预处理后进入生水箱，生水箱的水经过生水泵进入全膜法处理流程：生水箱、生水泵、超滤保安过滤器、超滤装置、清水箱、清水泵、一级保安过滤器、 一级高压泵、一级反渗透、一级淡水箱、二级反渗透给水泵、二级反渗透、二级淡水箱、EDI保安过滤器、EDI给水泵、EDI装置组成。流程图如图2所示：
2.3 控制系统方案
整个控制系统分为四个部分：超滤系统，一级反渗透系统，二级反渗透系统，EDI系统[4]。（1）超滤系统：包括产水，水汽擦洗，MW清洗，系统备用。从生水箱来的水通过超滤装置进行产水，产水达到30分钟自动进入水汽擦洗阶段，擦洗完毕继续产水，如此循环14次，第15次进行MW清洗（加氧化剂），清洗完成继续产水，进行水汽擦洗，循环到30次时进行MW清洗（加酸）。清洗完毕后如果工艺需要可以继续产水，也可以进入备用状态。生水箱液位低和清水箱液位高自动连锁停止超滤，备用泵在运行泵有故障时自动投运[5]。超滤程序流程如图3所示，MW清洗流程如图4所示。
（2）一级反渗透系统：包括低压冲洗1，产水，停机，低压冲洗2，备用。首先对一级反渗透装置进行10分钟低压冲洗，把管道冲洗干净，加阻垢剂和还原剂进入产水状态，根据工艺需要产水可以连续进行，待一级淡水箱达到规定液位高限，停止产水，进入低压冲洗2，冲洗完毕后进入备用状态。当自动产水时，清水箱液位低和一级淡水箱液位高时，自动连锁停止一级反渗透；阻垢剂计量泵，还原剂计量泵的启停和高压泵，水箱液位连锁；高压泵的启停需要变频控制，启动和停止过程需要频率缓慢变化，至少30秒。二级反渗透和一级反渗透类似，只是需要在产水过程中加碱[6]。
（3）EDI系统： 包括启动，冲洗，产水，停运。保持EDI进水阀打开，打开EDI淡水排放阀，EDI给水泵，等到淡水，浓水流量和压力满足工艺要求进入冲洗状态；启动调整整流器使每一个EDI模块工作电流达到设定值后进入产水状态；检测产水水质，保证产水合格，关闭EDI淡水排放阀。产水结束后停运。当二级淡水箱液位低，EDI电源故障，EDI给水泵故障自动停止EDI装置。
3结束语
本系统的设计稳定可靠， 控制策略也符合化学水处理要求， 系统的运行达到了优化， 性能满足生产要求， 出水水质稳定， 降低了生产成本。该系统已在厂方投入运行， 取得了满意的效果。
参考文献
程军.基于plc的纯水生产控制系统设计[J].仪表技术与传感器，
源于：论文集www.udooo.com
2011，（11）：90-92.周柏青，陈志和.热力发电厂水处理[M].北京：中国电力出版社，2009.
[3] 朱志平，李宇春.曾经.火力发电厂锅炉补给水处理设计[M].北京：中国电力出版社，2009.
[4]Barskii L A，Zaidenberg L M， Gelfand A M，et al. The process control system of the chemical water treatment department at cogeneration power station TETs-27 of Mosenergo.Thermal Engineering[J].1999，46（7）：574-9
[5] 仲惟雷.双膜法和EDI在热电厂中水回用中的试验研究[J].热力发电，2011，40（7）：48-53.
[6] 李永生，董宜玲，叶玉兰. 电厂水处理用阴离子交换树脂性能的连续自动测定方法[J]. 中国电机工程学报，2004，24（4）：200-204.