化学水处理站的计算机控制系统

1 程控系统概述
石家庄热电厂八期技改工程化学水处理程控系统按照化学水处理的工艺要求顺序控制各交换器的阀门开关及泵和风机的启停，其根据工艺要求、运行要求和控制逻辑，编制控制程序，送入控制核心ＰＬＣ可编程控制器，以完成各种信号的输入、输出、逻辑运算，设备的启停、运行顺序的形成和自动投运等功能。
受到程控的设备包括：5台高效过滤器、5台阳离子交换器、5台阴离子交换器、4台混合离子交换器、6台酸碱计量箱、4台中间水泵、4台除碳风机、3台除盐水泵及相应的气动阀门。
程控系统采用上位工作站+ＰＬＣ编程控制器的控制显示方式。所有系统流程图和仪表信号均在上位工作站的ＣＲＴ上显示，控制操作也在上位工作站的键盘或鼠标上进行，模拟信号全部输入ＰＬＣ可编程控制器。
2　控制系统的构成
控制系统主要由上位机监控管理系统、下位机水处理控制系统和仪表、阀门、风机、泵程控柜等组成。
2.1　下位机水处理控制系统
下位机可编程控制器选用美国通用电气公司（ＧＥ）的90系列ＰＬＣ产品，该产品是具有高速强功能的ＣＰＵ、开放式的总线结构、灵活开放的通讯方式配之以Ｇｅｎｉｕｓ智能分布式Ｉ/Ｏ系统、现场控制（ＦＩＥＬＤＣＯＮＴＲＯＬ）远程Ｉ/Ｏ系统，并基于多种硬件和软件平台的工业监控系统。其主要特点为：
ａ.采用ＰＬＣ双机热备，通过2台ＣＰＵ360和ＨＢＲ30热备冗余系统实现。ＨＢＲ30系统的冗余部分由2套ＰＬＣ90-30ＣＰＵ控制器组成，主控制器通过Ｇｅｎｉｕｓ网络总线与其备用控制器和Ｉ/Ｏ系统的通讯实现其热备冗余功能，一旦主ＰＬＣ控制器或通讯出现故障，所有控制功能将平稳地切换至备用控制器以确保工艺装置的正常运行。系统同时具有参数同步化，Ｉ/Ｏ总线冗余和系统诊断等功能。
ｂ.对于分布式Ｉ/Ｏ和控制，增加了真正的模块化系统。现场控制网络上的每一个站都可作为独立的控制器，允许逻辑功能实际分开，从而加快处理时间。现场控制就地提供逻辑处理，使整个系统的速度和性能明显提高，ＬＯＧＩＣＭＡＳＴＥＲ9030编程软件可给每一个现场控制站编程。一个现场控制站由一个总线接口单元（ＢＩＵ）、一个可选的现场逻辑处理器以及最多8个现场Ｉ/Ｏ模块构成。
　　ｃ.ＡＩ模块ＩＣ670ＡＬＧ240能接受16路恒流源4～20ｍＡ的电流信号，也就是说既可直接接受4～20ｍＡ信号，也能接受两线制带24ＶＤＣ的4～20ｍＡ信号，而不需通过配电器转接。其它控制系统（如ＷＤＰＦ、ＭＯＤＩＣＯＮ）则需2块不同的ＡＩ板，并设置配电器。
ｄ.风机、泵、气动阀门状态信号不参与ＰＬＣ逻辑控制，而只作为状态并通过通讯网络在ＣＲＴ上显示。所有的模拟量包括液位、流量、压力、温度、化学仪表只在上位机上显示和报警，不参与化学水处理的程序控制和联锁。这种设计避免了阀门状态反馈信号、液位、化学仪表等的频繁故障中断程序运行，导致最终程控系统无法运行。
2.2　上位机监控系统
采用2台ＣＯＮＴＥＣ-88Ｖ工业控制机，ＣＰＵ为Ｐｅｎｔｉｕｍ，主频为233ＭＨｚ，内存为64Ｍ，硬盘为2.1Ｇ，软件平台为Ｗｉｎｄｏｗｓ95，上位工作站软件是美国Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ公司开发的Ｉｎｔｏｕｃｈ5.0。一台上位机设置为主上位工作站，能监视和控制；另一台设置为备用上位工作站，只能监视，不能操作。
2.2.1　数据处理及显示
对水处理车间内的各种重要数据，如流量、压力、ｐＨ值、钠离子浓度、导电度、酸碱度、液位等进行统计处理，并以表格、曲线、棒形图、模拟图等形式分页显示，并且自动越限报警，报警随机打印。用鼠标或键盘可完成化学水处理站内的所有操作，包括每一个设备的启停，对重要参数如钠离子浓度上限、导电度上限等的在线修改。
2.2.2　上、下位机的数据通讯
采用上位机ＲＳ232口与下位机的ＣＰＵ插口相连，实现编程软件与ＰＬＣ的数据通讯。专用通讯模块ＢＥＭ331与上位机ＰＣＩＭ卡相连至Ｇｅｎｉｕｓ通讯网络，通过双向ＤＤＥ动态数据交换，来实现数据共享，从而保证了实时控制和数据处理。
3　控制系统实现的功能
3.1　控制系统的操作功能
石家庄热电厂化学水处理程控系统实现的功能有：可在任意一台上位工作站上对系统进行自动、成组、手动操作等3种工作方式的选择；可对所要进行再生或运行的交换器进行选择操作；可在自动运行或再生过程中实现程序的启动、停止、步延、步进操作；可由任意画面方便地切换到另一幅画面；可在分画面中选择模拟量趋势图的显示操作；可在屏幕上对显示的控制设备进行一对一操作；报表和报警打印功能。
3.2　控制系统的显示功能
主要有：系统流程图总画面和分画面显示；工艺参数值模拟量显示；风机、泵、阀门等开关状态的数字量显示；数字量和模拟量的报警信息显示；步序及计时时间显示；模拟量趋势图显示。
4　监控系统存在的问题和需完善的地方
ａ.未考虑与厂管理信息系统（ＭＩＳ）联网，即系统未留有与ＭＩＳ网通讯的软硬件。
ｂ.风机、泵等动力设备跳闸时没有声光报警，只将其做到了ＣＲＴ的报警画面里，不利于设备故障时及时提醒运行人员。
ｃ.由于化学仪表、液位显示、气动阀门的状态反馈信号不可靠或不准确，不能实现真正的自动程序控制，需要人为干预。
ｄ.系统打印报表时有时要退到Ｗｏｒｄ和Ｅｘｃｅｌ环境中进行，不利于上位机的安全。
ｅ.程控系统Ｉ/Ｏ点数：开关量输入为616点，开关量输出为416点，模拟量输入为128点，模拟量输出为4点（未用），合计Ｉ/Ｏ点为1160。上位机与下位机通讯速率为153.6ｋｂｉｔｓ/ｓ，通讯速率略慢。
5　结束语
本系统可在计算机画面上完整地监视整个化学水处理站的生产情况，每一个操作都跟随着工艺流程，运行人员很容易掌握，由于控制部分上位机采用双机备用工控机，下位机采用双机热备的可编程控制器和可靠的Ｇｅｎｉｕｓ网络通讯总线，所以系统可靠性很高，可扩展性很强，运行至今从未有死机现象发生，有很大的优越性。