化学水处理控制系统设计与应用

梁建斌

(华北电力大学，内蒙古 呼和浩特 010020)

化学水处理系统是给锅炉供水的一个非常重要的辅助系统，其所制水质的好坏将直接影响锅炉的使用效率和寿命。传统的化学水处理系统多为人工操作或者继电器控制，设备数量多、系统故障多、操作步骤多，工人劳动强度大，运行成本也高。而且由于大量的开关操作以及监测都是靠人工完成，还增加了误操作的可能性。因此，为了保证化学水处理的出水品质，降低工作人员的劳动强度，提高生产效率和运行管理水平，很有必要设计出一套合适的化学水处理控制系统，将工作人员从那些繁复的操作中解放出来，提高化学水处理系统的自动化程度，也可以保证制水的质量。

1 化学水处理控制系统的设计方案

根据前面的叙述可知：生产上使用最广泛的化学水处理方法是离子交换法，该方法是利用离子交换树脂将水中溶盐的离子吸收。基于这样的前提，可以将化学水处理控制系统设计成如下方案。

1.1 在化学水处理车间共设计多组离子交换器，轮流进行水处理。这是因为离子交换树脂在经过一段时间的运行之后会失去作用，这时需要将树脂进行还原。为了使水处理过程保持连续，共设置多组离子交换器，轮流进行树脂的还原，这样始终保证至少有一组离子交换器处于工作状态。

1.2 对于每组离子交换器，都设有控制装置，其运行方式分别按照运行和再生自动进行。每组离子交换器由事先设定的运行水量以及检测值决定是否进行再生，正常情况下是由预设水量进行控制的，如遇突发情况时可以通过监测值由人工进行控制。

1.3 整个控制系统可分为上位机和下位机。上位机的作用是提供一个人机交互界面，操作人员可以根据实际需要发出相应的指令，也非常直观。下位机一般是基于PLC的硬件系统，包括数据处理模块、通道模拟量输入模块、数字量输入输出模块以及通讯模块等，这些模块的数量根据实际需要而定。

1.4 化学水处理控制系统的程序设计，可以按照所用PLC的指令要求，编制相应的程序。这些程序一般包括每套离子交换器的运行、再生等，具体的设计根据实际情况确定。

1.5 整个控制系统在Windows环境下运行，通过软件驱动程序与PLC进行数据通讯，包括数据的采集和发送。

1.6 控制系统的操作画面可以划分为两大类：操作员画面和工程师画面。操作员画面主要面向操作人员，画面内容直观明了，便于人员操作;工程师画面是为软件工程师提供的重要界面，工程师可以进行参数的设定和修改，属于控制系统的核心部分。

1.7 数据的输出报表分为实时报表和历史报表两种。实时报表可以把当前的各种参数值立刻显示出来，历史报表包括日报、周报、月报和年报等，格式较为复杂，一般根据需要采用电子表格进行制作。

2 化学水处理控制系统在热电厂的实际应用

一般的热电厂都要用到锅炉，而化学水处理系统是给锅炉供水的重要辅助系统，设计一套合适的化学水处理控制系统，既可提高自动化程度，又可保证制水的质量。这里以某热电厂实际为例，设计一套基于PLC的化学水处理控制系统，可以满足生产需求，降低生产成本。具体做法如下：

2.1 整个系统由三套完全相同的制水设备组成，每套设备都包含运行和再生两个过程。正常情况下一套设备供水，一套再生，另外一套作为备用，这样即使是某套设备出现故障需要修理时也可以实现不间断供水。

2.2 由于化学水处理过程的复杂性，对水质的要求非常高，因此控制系统采用基于PLC的控制方式来实现。PLC通过检测元件采集数据，然后通过不同的功能模块将数据传输至电脑CPU进行计算和处理，并在处理后通过操作员画面显示，进而实现各项监控功能。

2.3 整个控制系统主要分为上位机和下位机两部分，其中上位机是监控管理系统，下位机是水处理控制系统，数据采集通过PLC完成。根据某热电厂的实际监控要求，PLC总共需要144点输入，72点输出，一共216点。因此在选择PLC设备时，可以采用模块化的结构，这样可以使系统配置更为灵活，也便于今后扩充的需要。这里我们选用了64点输入模块2块，16点输入模块1块，32点输出模块2块，8点输出模块1块，外加CPU模块一块。

2.4 根据化学水处理的工艺流程，控制系统对设备的控制主要分为运行和再生两大部分。因此在系统的软件设计时，上位机需要编制相应的监控程序，实现对测量数据和整个流程的显示。上位机设置好各种控制界面，通过人机对话方式设定好各种调节参数，并将各项参数送入下位机的指定地址内。下位机则需要完成数据的采集和计算，并向上位机输送数据和状态信号，通过相应的控制模块进行处理和输出。

2.5 控制系统的软件设计采取模块化的设计方式，即将控制系统所需要完成的各种功能分成若干模块，对各个模块分别进行设计，这样既可以提高效率，也便于程序的修改。根据热电厂的实际，本控制系统的模块主要包括以下几个方面：(1)自动控制模块。该模块是整个控制系统的基础和主要部分，包括运行和再生过程的自动控制。(2)手动操作模块。该模块是自动控制模块的必要补充，因为有时会发生故障反馈信号异常等情况，这时就需要手动操作了。(3)通讯模块。由于整个控制系统采用上位机和下位机结构，两者之间的数据传送就需要使用通讯模块了。(4)处理模块。该模块是将各种信号进行处理的模块，由于信号进入系统后，还需要对信号进行一定的处理才能识别和传送，所以需要用到处理模块。(5)报警模块。当控制系统发出某个指令后，经过一定时间的延时还未执行到位的话，系统将报警，提醒工作人员采取相应措施，排除故障。

2.6 根据化学水处理系统的特点，监控系统设计成模拟画面，画面上显示有各种参数的实时数据以及各种设备的运行状态，画面动态更新，更新速率可以达到1秒。

2.7 数据的输出报表有随机自动打印、请求打印和定时报表三种方式，可以满足工作人员的各种需求。

3 结束语

化学水处理系统是给锅炉供水的重要辅助系统，其控制系统的好坏直接影响到制水的质量。文中介绍了一种化学水处理控制系统的设计方案，通过在某热电厂化学水处理系统的实际应用，证实了该系统的可行性。