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摘要：筆者著重介紹一種將PLC控制與現場總線通訊方式控制代替原有手動控制，使上位機，下位機及現場達到同步實時控制，實現遠距離監測與操作。

關鍵詞：水處理系統；plc控制；實時監視

一、引言

可編程邏輯控制器(PLC)是八十年展起來的新一代工業控制裝置，是自動控制、計算機和通信技術相結合的產物，是一種專門用于工業生產過程控制的現場設備。由于控制對象的復雜性，使用環境的特殊性和運行的長期連續性，使PLC在設計上有自己明顯的特點；

可靠性高，適應性廣，具有通信功能，編程方便，結構模塊化。在現代集散控制系統中，PLC已經成為一種重要的基本控制單元，在工業控制領域中應用前景極其廣泛。

化學水處理系統的任務是向熱力系統供給合格的補充水。它包括原水凈化處理系統、制備鍋爐所需的補給水系統和汽輪機凝結水的凈化處理系統。

目前，火電廠水處理系統控制手段各異。大致可分為：(1)手動操作，機械勞動強度大，已逐步淘汰；(2)有繼電器觸點控制系統，接線復雜，維護工作重大：(3)以計算機為基礎專用工業計算機一Pc程序控制。這一技術目前火電廠中應用量最為廣泛，基本上能滿足生產需要，也是當今乃至今后研究發展方向。

本文筆者參與開發的某火電廠化學水處理程控系統中，系統要求在化學水處理控制室里，對電廠化學水處理系統設備進行控制，并實時監測設備的運行狀態及參數的情況。

鑒于電廠化學水處理系統的重要性，采用PLC實現水處理設備的聯鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業控制計算機則作為上位機與PLC互相配合，共同完成水處理系統的監控功能。

二、補給水處理系統工藝流程

天然水混凝沉淀處理后，已經將其中大部份懸浮物除掉，從外觀上看也常常是透明，但實際上水中免不了殘留少量細小懸浮顆粒，還需進一步對其進行處理，否則，當進行離子交換處理時，會污染交換劑，影響出水水質。

水經混凝和過濾處理后，可其中懸浮物和膠態物質，但硬度并沒有改變，且堿度一般仍然較高，水預處理中采用了沉淀軟化，水中殘留硬度和含鹽量仍無法達到鍋爐補給水要求，還必須作進一步軟化、除鹽處理。陰、陽離子交換除鹽是最常用處理方法，工藝流程圖如圖1所示。

三、化學水處理程掛系統軟件實現

雙水發電廠補給水處理控制系統由下位機和上位機構成兩級集散控制系統(Dcs)。現場數據采集、預處理、過程控制及向上位機傳送數據等任務由下位機完成，上位機負責全系統控制、管理和信息綜合。

基本方案采用3臺西門子公司SIMATIcS7-300可編程序控制器控制現場設備，依次為過濾器單元及泵、化學儀表等數據：一級除鹽單元：混床單元。改造方案見圖2。

操作站選用1臺研華工控機，軟件開發平臺選用亞控公司組態王6.02。組態王是一種能完成數據采集及控制、報警、圖形數據顯示等功能完整工業自動化軟件，具有很高可靠性，是目前中國市場應用最多組態軟件。

該方案配置體現了分散控制系統優點。即控制功能分散、操作管理集中。控制功能分散意味著系統實時響應快和系統危險分散、操作管理集中便于集中管理，方案配置還具有冗余特性。

PROFIBUS總線是當今國際上比較流行一種現場總線，具有很好靈活性和可靠性，性能價格比上也有很大優勢。PROFIBUS-DP具有快速、即插即用、效率高、成本低等特性更適合本系統要求，選擇了PROFIBUS-DP方案作為現場通信方式。PROFIBUS現場總線將工業設備(傳感器、開關、可編程控制器等)標準接口連接到工業控制網絡上，減少了繁瑣硬接線，現場總線改善了設備間和通信以及提高了系統精度及實時性，提供了相當重要設備級診斷功能。

(一)下位機控制程序設計

將控制系統分為四個大功能塊：整體投運、設備切換、清洗再生和整體停運。

1、除鹽水箱水位控制5~10m，當水位低于5m時，自動按流程順序投運一套制水設各(包括一臺清水泵、兩臺過濾器、一套一級除鹽設備和一臺混床)：當水位低于3m時，自動投運另一套制水設各。當水位高于10m時，進入設備整體停運，將所有設備按嚴格操作順序停運后，一級除鹽設備進行再生。

2、運行中機械過濾器達到規定過濾時間要切換到下一臺備用機械過濾器。一級除鹽切換為陽床出水Na+>lOPPb或陰床出水電導>5us／cm、Si02>IOOPPb中任何一個。混床切換條件為出水導電度大于0，2qus／cm或Si02>100PPb。

3、一級除鹽運行20個周期后要進行大反洗再生，設計為全自動步序進行。

4、混床再生過程間隔時間長，故設計為半自動步序進行。

機械過濾器設備采用并聯運行布置，運行及清洗操作實行遙控步序操作。混床設備采用并聯運行布置，運行及再生操作實行遙控點操作。

一級除鹽設備采用單元連接方式。設備運行和再生采用西門子S7系列可編程序控制器控制。陽床出口裝有電導表和硅表監督終點，其運行和再生操作采用遙控手動操作。

再生設備采用計量箱加噴射器，CTN-I型音頻電磁式酸堿裝置，再生液濃度及中間水箱液位人工調整。

各項操作由一個轉換開關控制，可實現設備手動、步操、半自動和全自動四種操作方式，同時也可監控系統上用軟件實現。

(二)上位機監控程序設計

本監控系統是以微軟公司Windows98／NT／2000為工作平臺使用組態16.02開發出來。組態王是完全基于網絡，是一種客戶／服務器模式，可配置其網絡時綁定TCP／IP協議，即可利用其網絡功能實現遠程控制。操作人員可控制室向下位機發出各種控制命令，同時將生產過程中各種信息數據采集過來，反映屏幕上各種畫面中，使操作人員一目了然。

我們按工藝過程作出了各幅監控畫面，對每一個工藝處理過程都可監控及操作：電廠實際操作運行需要設計了四種操作運行方式：全自動、半自動、步操和手動。全自動運行方式即是無需人員干涉，當一個陰、陽床或混床水質取樣儀表檢測水質失效，程序自動進入下一個工藝流程：半自動運行方式則是連續自動完成一個工藝流程；步操運行方式則是每一個工藝生產過程可由人工進行單個步序操作：手動方式即是可由人工對每一個受控設備進行一對一啟／停、開／關操作，尤其適用于設備初調或維修階段。這四種運行方式之間設計為無擾動切換，這樣極大方便了工廠運行人員操作維護。

各監控界面可用于監視流程狀態也可畫面上對流程實施強制操作。將整個工藝流程監控畫面上反映出來，該畫面以虛擬儀表方式實時顯示現場信息，具有直觀、動態、實時效果。畫面中，受控件(如閥門等)狀態及反饋均可受控件上直接顯示出來，我們不同顏色表明設備各個狀態，畫面流程隨工況不同而動態變化。畫面上標有系統所有控件，有模擬量輸入控件(如陰床電導值、定時器所余時間)旁顯示即時值，供用戶監控。還可對現場儀表進行參數設置。運行過程中發生異常情況時，操作員可直接上位機按下急停按鈕，設備立即停止運行：操作員也可以現場直接手動操作。

四、控制系統實現功能

此計算機監控系統控制方案是使用工業計算機代替原有手動控制系統。上位機、下位機與現場之間達到同步控制，實現遠距離監控及操作，節約人力資源，提高勞動效率，實現效益最大化，同時最大程度上保障人員安全，方便了工廠運行人員維護。

此系統具體實現以下功能：

(一)實時監視工藝流程

將整個工藝流程監控畫面上直觀實時反映出來·本系統提供了精美顯示屏幕、漢字菜單、加速鍵、按鈕等標準窗口界面對象，對一些重要參數輸入提供了漢字提示填表式輸入對話框。進行重要操作或退出時均會提示確認，人機界面做到人性化。

(二)趨勢畫面及歷史曲線

各模擬量參數則用棒狀圖畫面動態顯示，并有相關實時趨勢圖和歷史趨勢圖供操作人員參考，隨時查詢歷史數據。

(三)報警項目及打印

每幅系統圖上都有報警標志，設備故障、無閥位反饋信號或模擬量參數報警信息除控制柜有聲光報警外，上位機畫面上亦有報警信號，同時配置報警打印機中即時打印出來供運行人員維修參考。

1、無閥位反饋報警：用戶要求，無閥位反饋只用報警，不影響程序運行。閥位反饋按單步報警，報警項目列出無閥位反饋成組閥門，操作員應到閥門現場查看，確定故障閥門并清除故障。

2、泵故障：報警項目列出故障泵，提示操作員報修。因各泵均有各用泵，一旦用泵出現故障則PLC自動將系統切換到備用泵，不影響系統運行。

(四)參數顯示及參數設置

系統可調出工藝過程中各種參數，操作人員可查看并進行修改。

(五)權限安全設置

系統中，對操作人員設定一定權限。操作人員輸入自己密碼，可進行自己權限以內操作，有效防止了誤操作。

五、結束語

本文將PLC控制結合現場總線技術應用于化學水處理程控系統上，保證了整套水處理設備安全、高效、穩定運行。投入運行以來，效果良好，受到用戶好評。此系統為國內新建火電廠水處理程控系統設計和老火電廠進行水處理技術改造，提供了一種理想解決方案，具有很好借鑒推廣價值。