PLC和上位机软件在电厂中水回用中的应用

王 荣,帅 军

(南京中电联自动化公司,南京 211102)

PLC和上位机软件在电厂中水回用中的应用

王 荣,帅 军

(南京中电联自动化公司,南京 211102)

华能营口热电厂再生水深度处理后的中水用作全厂锅炉补给水、厂区工业用水、辅机冷却水等,此套中水回用在全厂有着十分重要的作用。简单阐述该厂再生水深度处理系统的工艺流程,并通过逻辑框图介绍中水回用的主要控制程序。主要从PLC,SCADA,通信三个方面简单介绍了控制系统的组成;PLC双机热备的硬件配置、软件组态及设置,上位机监控系统编程软件、工业控制计算机以及网络冗余。介绍PLC和SCADA数据交换及与上一级计算机传递数据的网络通信方式,通过本套控制系统实现的再生水深度处理系统,投用一次成功,效果良好。

可编程控制器;硬件;软件;冗余;通信

0 引 言

中水是指城市污水经过深度净化后达到国家规定的生活用水水质标准指标,能在一定范围内重复使用的再生水。目前许多电厂,为了节约用水,提高水的利用率,陆续采用中水回用技术。华能营口热电厂新建工程(2×330 MW)亚临界燃煤发电机组中水回用工艺和控制系统已投用一年多。通过执行上下微机程序实现对中水回用中的曝气生物滤池、石灰混凝澄清系统及变孔隙过滤池设备进行操作和监控,并通过交换机及光纤设备与水网进行数据交换及传输。

1 系统概述

1.1 工艺流程

该系统由原水提升系统、生物滤池系统、机械加速澄清池系统、变孔隙滤池系统、综合泵房系统、污泥脱水系统、辅助系统等组成。工艺操作:原水经5台提升水泵提升到16座曝气生物滤池进行曝气反应,去除水中的有机物、氨氮,出水经倒滤头进入上部清水区域排到机械加速澄清池系统进口母管。实际运行中16座曝气生物滤池可单台投入运行,也可分两组(每组8座)投入运行,运行一段时间后,需对生物滤池进行反冲洗,反洗结束后可以进入运行状态或备用状态。

曝气生物滤池出水、工业废水来水、回收水泵出水等在母管混合并添加混凝剂流进完成混凝过程;然后经由导流筒进入分离室完成泥水分离过程。经过澄清池系统分离后的污泥通过排泥机进入污泥浓缩池进行浓缩处理后,再通过污泥输送泵输入污泥浓缩脱水机,经脱水机处理后进行泥水分离。经石灰混凝澄清系统分离后的水通过中间水渠并添加硫酸及杀菌剂流进8座变孔隙滤池,经过变孔隙滤床过滤处理,去除悬浮物后储存在净水池,可以用作锅炉补给水的原水、厂区工业用水、辅机冷却水等。

1.2 控制系统

该系统设有就地中水控制室,控制室配置2台LCD操作站,互为备用,对中水控制的所有设备进行远程控制及监视,并通过光纤设备送到水网程控,实现集中监控,分散管理。该系统是由冗余的1756-L62控制器组成,能够对各工艺系统的所有被控对象进行监控,包括电机启/停控制、阀门开/关操作、设备启/停状态、阀门开/关状态、远方/就地切换状态和温度、压力、流量、水质分析等主要工艺参数的监视,并完成设备的联锁保护。控制方式采用自动控制、远操、就地手操等多种方式,操作人员可以根据现场情况自由选择一种控制方式,保证整个系统的可靠运行。自动控制方式下,通过执行与工艺要求的程序,自动实现整套设备的联锁控制、显示、报警等。远操方式下,通过操作员的远程人工干预,进行点对点控制。就地操作方式下,整个设备不参与远程联锁控制,从就地阀箱、操作箱可以对单台设备进行就地启/停等操作。三种控制方式在一定条件下可以实现平滑切换,不会引起控制系统的紊乱及工艺数据波动,从而实现无扰切换。

2 硬件组成

该中水控制系统采用冗余 I/O网络、冗余CPU,冗余通信网络及冗余交换机的安全配置。如果其中一条网络通信发生故障时,冗余通信链路保证数据传输不受影响;如果一台CPU发生故障时,处于热备的CPU将无扰自动投入运行,保证整个系统正常运行;如果一台交换机出现故障,另一台交换机会自动承担数据传输及交换,不会导致数据采集及传输中断;如果某个 I/O模块发生故障,系统允许在不断电的情况下对故障的模块进行热插拔,避免不必要的生产停机,方便系统维护。该系统由1套双机热备的本地机架及4套远程 I/ O机架实现中水的控制。

2.1 可编程控制器

PLC系统采用双机热备控制器配置分布式I/ O机架的控制模式,PLC采用结构化模块,模块集中底板供电,输入/输出具有光电隔离和数字滤波功能,卡件有很好的防尘、耐振及抗干扰性能,便于高效设计、快速更换系统模块,操作及维护非常方便。目前火电行业、市政污水行业及核电行业运用比较广泛。1756-L62控制器模块可以运行在多任务、多处理器过程的操作系统上,具有先进的通信能力及最新的I/O技术,双机热备控制方式可以在一台控制器故障时,自动无扰切换到另一台热备控制器,不影响工艺生产。

远程I/O模块采用小型化、低成本、低功耗及高可靠性的1756系列,通过CNBR模块可以连接到冗余的Contronet网,再通过ENBT连接到工业以太网。模拟量I/O模块主要完成压力、温度、流量、频率和水质分析等信号的数据采集和处理;数字量I/O模块主要完成阀门开关、阀位反馈和泵/风机等设备的启停及数字量的电平转换等。操作站上的PAC诊断画面可以通过报警画面向操作人员提供PLC运行时的硬件诊断信息。

2.2 上位机监控系统

就地控制室配置2台工业控制计算机,在调试结束后对操作系统进行优化处理,对每台电脑进行双硬盘对拷备份相应软件及数据,并对当前使用盘进行映像文件的制作,并把映像文件制作成光盘交给业主备份,同时屏蔽Windows所有热键,并设置登录密码,防止用户的非法操作,提高整个系统运行的可靠性和安全性。

3 工程软件设计

根据现场施工及调试经验,该系统在软件设计之初就对控制系统的软硬件进行了优化设计,在硬件及通信上大量采用冗余配置,提高系统的可靠性,在工程软件设计上采用联锁保护、软件滤波、软件容错技术,一般故障进行故障提示并自行解决(主备泵相互自动切换等),重要故障采用联锁保护并进行报警提示(如水池液位与出口泵的实施高开低停,低液位报警,低低液位联锁停泵,滤池液位与滤池出水阀开度联锁保护,各池出水水质控制等),另外程序设计对重要的参数和重要的操作进行历史趋势及报警记录,可以实现故障的追溯和分析,查明故障原因,便于用户总结经验,避免故障重复出现,同时对重要操作设置相应的权限保护,避免非正常用户操作。

3.1 控制系统逻辑结构

中水PLC控制程序:曝气生物滤池制水及反洗控制;机械加速澄清池澄清及排泥控制;变孔隙滤池系统制水控制,三部分之间既相互独立又相互制约,具体逻辑如图1～3所示。

图1 曝气生物滤池逻辑控制

图2 机械加速澄清池逻辑控制

3.2 下位机程序软件及设置

下位机编程软件采用RSLogix5000 V17,逻辑程序采用梯形图语言LAD,根据实际控制需要,对程序段、变量标签实现详细科学地规划,首先对变量标签进行规范命名,并把实现同一功能的不同设备的程序做成功能块(例如流量累积功能、电动阀门控制、变频加药泵控制、脱水机控制),这样通过主程序调用功能块实现不同设备的控制功能,从而提高设计效率,便于现场维护工程师的日常维护。

3.3 上位机监控软件及设置

上位机控制软件采用 InTouch10.0软件,此软件是一个开放且可扩展的 HMI,拥有尖端的绘图功能,可满足真实性、清晰度和关注度的要求,界面友好的多用户开发与编辑环境适用于工程协同,提高科学生产力,该人机界面实现如下功能。

图3 变孔隙滤池逻辑控制

a)数据采集。InTouch软件通过高性能高速I/O驱动程序完成与PLC硬件通信、错误帧检测、信号调节,并支持冗余通信功能。

b)显示。通过InTouch完整的ArchestrA图形符号利用脚本可以绘制系统流程图,显示主要设备的运行状态、主要测量参数的实时数值和报警数值、主要参数的动态图及历史趋势图等。

c)监控。根据生产需要,操作人员可以在控制室内通过键盘、鼠标修改控制值、调整工艺控制参数,并可通过脚本禁止一些非法操作,保护现场设备。

d)报警。提供生产过程中出现的故障、操作状态,并根据需要对一些重要参数进行声光报警,提醒操作人员注意。

e)报表。通过一定的数据交换协议实时访问InTouch数据,根据实际需要建立重要参数的Excel电子表格,可以根据需要定期打印数据报表,也可保存历史数据以便优化系统控制、跟踪事故发生原因以便处理故障。

f)安全管理。可通过账号管理机制,限制不同人员的访问权限来实现系统安全。该控制系统中,共设置了3个级别的访问权限,分别为工程师级、仪表工级、操作员级,三级权限登录需要输入操作密码,从而防止非法操作。

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g)网络连接开放。网络组态实现与生产调度系统MIS的数据上传,为生产调度系统提供实时数据,供高层管理及全厂决策。

4 网络通信

该套控制系统的上位机监控软件InTouch数据库通过OPC开放式客户端接口程序连接PLC的RSLIN K OPC服务器程序,并通过项目对象的操作,来存取设备寄存器单元的数据,实现PLC与InTouch之间的数据交换,具体关系如图4所示。

图4 PLC与InTouch间的数据交换

2台操作站与PLC之间的数据通信采用开放的以太网技术,通信速率为1 000 Mbit/s,每台操作站设为INTOUCH控制下的一个网络节点,通过分配每台操作站指定的网络地址,可以实现上下微机通信及站点之间数据互传,形成一个可靠的双机热备网络。现场 I/O设备与CPU之间通过冗余的Controlnet网络,实时读取和处理现场数据。

5 结束语

由PLC和InTouch10.0构成的中水冗余控制系统,有很强的模拟量、数字量处理能力和逻辑运算能力,网络架构简单,数据通信可靠,操作界面友好。该套控制系统投运已有一段时间,总体运行效果不错,控制系统日常维护量少,安全可靠,操作简单,能很好满足工业生产的需要,值得在中水回用等水处理行业推广。

The Application of PLC,Upper Position Computer and Software in Reclaimed Water Reuse in the Power Plant

Wang Rong,Shuai Jun
(The Nanjing CEC Automation Co.Ltd.,Nanjing,211102,China)

The Reclaimed water in the Huaneng group,Yingkou Power Plant has been deeply treated and used as the raw water of make up water of the whole plant reboiler,industrial water,auxiliary cooling water,etc.The reclaimed water system plays a very important role in the plant.The process flow sheet of the system is briefly described,the main control procedure is introduced with the logic diagrams.The composition of the control system,hardware configuration,software configuration and settings of dual hot standby computers;programmed software of upper position computer monitoring system,industrial control computer and redundant network are introduced with three aspects of PLC,SCADA and communication.The data exchange between PLC,SCADA and network communication method of data transportation with upper computer the other control systems is introduced.The reclaimed water deeply treated system with the control system has been put production successfully and result is good.

PLC;software;hardware;redundant;communication

TP273

B

1007-7324(2011)01-0061-04

2010-12-01(修改稿)。

王 荣(1972—),女,安徽庐江人,1997年毕业于武汉化工学院工业自动化专业,一直从事仪表及自控设计工作,任项目经理。