基于Citect和PLC的凝结水精处理控制系统

2016-03-14孙小林秦海山尹志善

综合智慧能源 2016年2期

关键词：凝结水上位监控

孙小林，秦海山，尹志善

（1.华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州 450015；2.中国石油天然气股份有限公司华北石化分公司，河北任丘 062552）

基于Citect和PLC的凝结水精处理控制系统

孙小林1，秦海山1，尹志善2

（1.华电郑州机械设计研究院有限公司，郑州 450015；2.中国石油天然气股份有限公司华北石化分公司，河北任丘 062552）

火电厂凝结水精处理是保证锅炉给水质量的重要措施，为保证凝结水精处理设备安全、稳定运行，设计了凝结水精处理控制系统，采用施耐德Modicon Quantum可编程逻辑控制器（PLC）和上位机监控软件Vijeo Citect，实现对精处理系统生产工艺参数的设置，并对整个生产流程进行监控，具有事故报警、趋势分析和报表生成等功能。通过现场调试运行，验证了控制系统的合理性和可靠性。

凝结水精处理；可编程逻辑控制器；Vijeo Citect；I／O

0 引言

凝结水精处理装置是大型火力发电机组的重要辅助设备，该装置的安全、稳定运行对于保证锅炉给水质量起着至关重要的作用。目前大容量、高参数发电机组对锅炉给水质量的要求越来越高，而组成锅炉给水的凝结水往往会因种种原因受到一定程度的污染，因此，必须对凝结水进行精处理［1－2］。以广东某电厂一期2×600MW机组为例，2台机组共用1套凝结水精处理控制系统，控制系统采用双机在线热备冗余可编程逻辑控制器（PLC）＋上位机的控制方式，对凝结水精处理设备和过程采用自动程序控制、远控和就地手动操作相结合的控制方式。PLC接收上位机的操作指令来控制现场设备，同时对从现场采集到的信号进行处理后传送至上位机［3－4］。系统网络采用以太网通信模式，通信协议采用TCP／IP协议，通信速率为100Mb／s。控制系统的监控界面和PLC的硬件及软件功能相对独立，当发生通信故障时，PLC仍能独立工作，满足了对凝结水精处理系统实时控制的需要。

1 工艺流程简介

凝结水精处理系统采用中压凝结水处理装置，在高速混床前设有卧式前置过滤器。前置过滤器按照2×50%凝结水全流量设计，每台出力为691～848m3／h；高速混床按照3×50%凝结水全流量设计，凝结水最大流量为1 638m3／h，高速混床的最大运行流量为819m3／h［5］。同时，设有100%凝结水流量的前置过滤器旁路和混床旁路，每道旁路允许通过0～100%的最大凝结水流量，在凝结水精处理装置故障、机组异常、凝结水超温和超压等异常情况下使用，以避免精处理系统设备和树脂被损坏和污染。凝结水精处理运行流程如图1所示。

图1 凝结水精处理运行流程

高速混床树脂失效后采用高塔法体外再生系统进行再生操作。2台机组共有4台前置过滤器和6台高速混床，共配有7套树脂，共用1套再生装置。凝结水精处理再生系统流程如图2所示。

图2 再生系统流程

2 控制系统基本构成

该控制系统由双机在线热备冗余PLC和操作员工作站组成。操作员工作站设有2台上位机，每台都能完成整个系统的监控工作［6］。PLC采用主、备冗余控制器和5个远程I／O站相结合的方式，机架上的I／O模块可以实现带电热插拔，不影响其他控制单元。输入模块负责采集数字量输入信号、4～20mA标准信号、热电阻和热电偶信号，输出模件用来满足系统对现场设备的控制需要［7］。PLC采集现场仪表提供的信号，控制生产过程，同时将现场数据传送至上位监控界面进行动态显示，并接收上位机的操作指令完成对设备的控制和联锁保护。

凝结水精处理系统的被控对象I／O点个数统计见表1。根据表1中的I／O点统计，可知系统实际配置点数分别为：数字量输入（DI），498个；数字量输出（DO），265个；模拟量输入（AI），187个；模拟量输出（AO），24个。

表1 控制系统I／O点个数

根据该电厂凝结水精处理控制系统的硬件要求，使用施耐德Modicon Quantum系列PLC。电源和中央处理器（CPU）采用双机热备冗余方式，提高了系统的可靠性和稳定性。Quantum 140系列PLC具有模块化、可扩充性、可兼容性和易于升级等特点，包含电源模块、机架、I／O模块、通信模块和CPU等［8］。根据表1中统计的系统I／O点个数，并考虑10%的I／O扩展备用裕量，系统详细PLC硬件配置见表2。

表2 PLC硬件配置

3 软件设计

3.1 上位机监控画面设计

上位机监控系统负责对凝结水精处理各系统的工况进行监视和控制，与PLC进行系统配置、调试并显示动态参数。上位机监控系统采用施耐德Vijeo Citect软件，具有冗余性、易用性、可扩展性和可靠性等特点。用户可根据精处理各系统的工艺流程图设计监控画面，同时设置充足的幅数以保证系统和控制对象的完整性，从而满足整个系统运行和控制的需要。各子系统的监控画面统一，界面友好，能灵活地进行切换和调用［9－10］。通过上位监控软件，操作员可以方便地向各设备发出指令，控制现场设备的运转。Vijeo Citect监控系统设计步骤如下。

（1）创建工程，定义集群并建立通信。首先建立1个凝结水精处理系统的新工程，建立集群NJS_ 1，并设置与PLC的通信，建立快速通信向导，设置设备地址、通信协议和通信速率等。

（2）建立凝结水精处理系统的变量标签。变量标签用来在输入、输出设备和服务器之间传输数据，根据上位监控画面的需要和PLC中的变量定义所需要的变量。

（3）设计监控图形画面、精灵等。设计的监控画面有前置过滤器单元、混床单元、再生系统、加药系统、汽水取样系统、报警界面和趋势分析等，监控画面能对系统工况流程进行动态模拟，各控制设备，如阀门、风机、泵等，都可以进行开关操作，并用不同颜色显示它们的工作状态；同时，监控画面还显示各种参数，如压力、差压、流量等。

（4）最后制作报警界面、趋势页面和报表界面，使用Cicode编程与数据库通信。

3.2 下位机PLC的应用程序设计

下位机PLC系统采用施耐德Unity Pro编程软件。Unity Pro提供多种编程语言：功能块图（FBD）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、指令表（IL）及结构化文本（ST）［11］。在本系统中使用的编程语言主要为LD和FBD。具体实现步骤如下。

（1）建立项目，对插槽机架、各个模块以及模块参数进行配置，模块配置情况和参数基本变量如图3、图4所示。

图3 模块配置

（2）建立以太网通信网络并按电厂辅网组网规约进行配置。

（3）PLC梯形图编程。编写的各子程序之间相互独立，又相互连锁，这样既便于调试，又防止误操作。程序段和编写的梯形图程序如图5、图6所示。

图4 参数基本变量

图5 程序段

图6 再生系统程序

4 结束语

设计的凝结水精处理控制系统经过现场调试运行，实现了对系统中所有开关量设备的综合控制、超温和超压旁路保护功能、对精处理系统工艺的程序控制、对整个系统工况流程的动态模拟和信号的动态显示，满足了凝结水精处理系统自动生产过程的需要。采用施耐德Modicon Quantum PLC和上位机监控软件Vijeo Citect来实现电厂的凝结水精处理，性能稳定、可靠性高，实时监控和记录凝结水精处理系统的整个运行工况，现场出现异常情况时可及时报警，人性化的人机界面方便了运行人员的监控和管理，提高了工作效率。从投入运行的情况来看，该控制系统的设计是成功的。

［1］王荣，陈亮.凝结水精处理再生系统改造的控制系统设计［J］.自动化仪表，2013（6）：29－31.

［2］李锐，何世德，张占梅，等.凝结水精处理现状及新技术应用研究［J］.水处理技术，2009（2）：25－28.

［3］王景华.聊城电厂水处理PLC控制及联网［J］.山东电力高等专科学校学报，2003（3）：24－28.

［4］林洪莹.基于CAN总线的分布式智能测控模块的设计与开发［D］.济南：山东大学，2011.

［5］王荣碧，陈晓玲.凝结水精处理系统在电厂的应用［J］.中国科技信息，2004（19）：51－52.

［6］彭刚.黄埔发电厂输煤控制系统改造［J］.热力发电，2007（5）：56－58，61.

［7］李伟.基于PLC控制的火电厂化学水处理系统除盐水泵变频自动控制的实现［J］.自动化与仪器仪表，2013（5）：147－149. ［8］叶文晟.武汉热电冷联产供暖期系统分析与自控研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2008.

［9］李键.基于Vijeo Citect的Quantum PLC上位监控画面的制作［J］.工业控制计算机，2013（1）：71，74.

［10］朱敏静，张剑，轩传吴.上位机组态软件和M340在脱硫石膏造粒系统中的应用［J］.电气传动，2011（9）：50－53.

［11］马雄波.基于PC机的开放式多轴软数控系统关键技术研究与实现［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2007.

（本文责编：弋洋）

TP 29；TM 621