1 引言
鍋爐是工業(yè)生產(chǎn)和人們生活中使用最廣泛的設(shè)備之一，鍋爐水的處理工作，對確保鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、節(jié)約燃料有著重要的意義，它是鍋爐運(yùn)行中的一項(xiàng)重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作。如果鍋爐給水沒有經(jīng)過水處理或水處理不當(dāng)，不但會(huì)縮短鍋爐的使用壽命、浪費(fèi)燃料，甚至?xí)斐芍卮笤O(shè)備事故和人員傷亡。因此，鍋爐使用單位必須因爐、因水制定鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實(shí)際情況選用合適的水處理工藝。目前鍋爐水處理系統(tǒng)中的工藝流程設(shè)計(jì)中使用最廣泛的是離子交換法(化學(xué)處理法)和滲透法(物理處理法)。傳統(tǒng)的水處理過程多為繼電器控制或人工操作，系統(tǒng)故障多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，運(yùn)行成本高，對運(yùn)行可靠、性價(jià)比高的控制系統(tǒng)需要迫切。本文介紹的是基于化學(xué)處理法工藝的水處理過程智能控制系統(tǒng)。
2 化學(xué)水處理工藝簡述
本系統(tǒng)受河北某企業(yè)委托進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，水源為水庫地表水，設(shè)計(jì)供水能力為40T/h，系統(tǒng)主要設(shè)備:浮動(dòng)床機(jī)械過濾器2臺(tái)，逆流式固定床陰、陽離子交換器各2臺(tái)及除碳設(shè)備和廢水處理池等。通過過濾器去除原水中的懸浮物，陰、陽床去除原水中的各種離子，廢水通過酸堿中和達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后排放，并通過檢測相關(guān)工藝參數(shù)判斷過濾器、陰床、陽床是否失效并自動(dòng)進(jìn)行再生處理，一般情況下兩套設(shè)備并列運(yùn)行，供水量富裕時(shí)一套設(shè)備再生完成后處于待機(jī)狀態(tài)，在另一套設(shè)備失效(水質(zhì)不合格)需再生時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行，兩套設(shè)備共用原水供應(yīng)、酸堿計(jì)量、除鹽水儲(chǔ)存，工藝流程簡圖如圖1所示。
圖1 工藝流程簡圖
2.1 逆流式固定床離子交換器的基本操作和工藝過程
(1) 交換過程
水經(jīng)過進(jìn)水裝置均勻配水后，以一定的流速，自上而下地通過一定高度的樹脂層，水中離子和樹脂中的可交換離子進(jìn)行交換，使出水符合要求，然后經(jīng)出水裝置送出。當(dāng)出水水質(zhì)超標(biāo)后，應(yīng)停止運(yùn)行。實(shí)際上是交換器的運(yùn)行過程。
影響交換器運(yùn)行的主要影響有:樹脂層的高度;交換速度;樹脂的工作交換容量。
(2) 反洗過程
在交換器運(yùn)行失效后，需對樹脂進(jìn)行反洗，使壓實(shí)的樹脂層充分膨脹，保證再生的徹底，同時(shí)洗掉樹脂上部交換時(shí)截留的下的雜質(zhì)。
小反洗:反洗水從中部裝置進(jìn)入，并從交換器頂部排出，反洗中排以上的壓實(shí)層及中間排水裝置上污物。流量控制在
，時(shí)間10-20min，洗到水清為止。待10-20運(yùn)行周期過后再進(jìn)行大反洗�！�
大反洗:反洗水從底部排水裝置進(jìn)入，使之從下而上通過樹脂層沖洗到出水清晰。
(3) 再生過程
當(dāng)出水水質(zhì)超標(biāo)后就要再生。即用一定量的適當(dāng)濃度的再生劑，以一定的速度從交換器底部自下而上與失效樹脂層進(jìn)行接觸，使其恢復(fù)交換能力。時(shí)間為30min左右，上升流量為
。
(4) 置換過程
在再生液進(jìn)完后，繼續(xù)以再生過程的同方向進(jìn)軟化水，使后部分再生液完全通過失效樹脂層。時(shí)間為30-40min。
(5) 小正洗
置換結(jié)束后從交換器上部進(jìn)水，中間排水裝置出水，以清洗滲入壓實(shí)層中及上部的再生液。時(shí)間為10min左右，流量為
。
(6) 大正洗
小正洗結(jié)束后，關(guān)閉中間排水裝置，開下部排水閥，用按順流方向沖洗樹脂層到出水合格。流量為
。
2.2 過濾器工作過程
主要包括:過濾、氣洗、正洗和反洗等步序。
3 系統(tǒng)主要檢測、控制要求
根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，系統(tǒng)控制以時(shí)間順序控制為主，通過檢測過濾器出水流量和進(jìn)出水差壓值、陽床的鈉度和陰床的電導(dǎo)率控制整個(gè)生產(chǎn)過程的正常制水和再生，同時(shí)根據(jù)污水池的PH值控制加酸加堿量以保證污水合理排放。整個(gè)水處理系統(tǒng)控制均由PLC來完成。
監(jiān)控水處理系統(tǒng)整個(gè)生產(chǎn)過程，包括各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)、設(shè)備的運(yùn)行情況,同時(shí)檢測控制各個(gè)閥門的啟閉狀態(tài)，各運(yùn)行步序中流量控制通過PLC的AO控制水泵變頻器來控制，另外自控系統(tǒng)通過上位機(jī)的管理功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄存檔、報(bào)表打印等。
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4 系統(tǒng)選型及組成
基于系統(tǒng)以上檢測及控制要求，我們可以看出:系統(tǒng)控制以時(shí)間順序控制為主，開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)比較多，如果選用DCS系統(tǒng)來完成勢必造成投資浪費(fèi)，而且隨著PLC自身技術(shù)的發(fā)展，其靈活的系統(tǒng)擴(kuò)展與組成，通訊功能的完善和提高以及優(yōu)越的性價(jià)比，同時(shí)與IPC的方便連接，使得PLC的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用PLC為主完成數(shù)據(jù)采集和控制功能，由工控機(jī)通過組態(tài)軟件來完成畫面組態(tài)和監(jiān)控功能。結(jié)合國內(nèi)外市場自控產(chǎn)品現(xiàn)狀并著重考慮系統(tǒng)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，自控系統(tǒng)采用進(jìn)口和國產(chǎn)設(shè)備相結(jié)合，PLC選用美國莫迪康的Premium產(chǎn)品，流量計(jì)、液位計(jì)、電導(dǎo)儀、鈉度儀、PH計(jì)等傳感器選用優(yōu)質(zhì)國產(chǎn)件，組態(tài)軟件采用國產(chǎn)組態(tài)王,以便與鍋爐控制系統(tǒng)互連。系統(tǒng)組成框圖如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)組成框圖
5 系統(tǒng)功能
(1) 數(shù)據(jù)采集
開關(guān)量數(shù)據(jù)采集:對系統(tǒng)內(nèi)部各種閥門、水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行、停機(jī)等開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行采集，通過I/O接口送入PLC，作為設(shè)備狀態(tài)的參數(shù)，以便PLC執(zhí)行控制。
模擬量數(shù)據(jù)采集:采集水溫、水質(zhì)參數(shù)、流量、水位、PH值等模擬量信號(hào)。
(2) 自動(dòng)控制
本系統(tǒng)通過PLC和IPC實(shí)現(xiàn)對水處理系統(tǒng)各生產(chǎn)工藝的自動(dòng)控制。同時(shí)可在上位機(jī)對主要閥門的啟閉、設(shè)備的啟停進(jìn)行操作。系統(tǒng)仍保持就地操作功能，該功能作為設(shè)備調(diào)試、故障檢修時(shí)使用，能通過現(xiàn)場手動(dòng)/自動(dòng)開關(guān)來進(jìn)行切換。
(3) 設(shè)備智能化控制
通過軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)能及早發(fā)現(xiàn)事故或故障的征兆，并及時(shí)提出處理預(yù)案。
(4) 實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)處理和報(bào)表生成
數(shù)據(jù)庫采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)情況、水量、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，對實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。歷史數(shù)據(jù)可按曲線方式顯示。并能自動(dòng)生成報(bào)表、直接支持Excel軟件。
(5) 畫面顯示
在計(jì)算機(jī)上能顯示整個(gè)系統(tǒng)的工藝結(jié)構(gòu)、檢測參數(shù)及報(bào)警畫面。
(6) 報(bào)警和事故處理
對設(shè)備參數(shù)超限、水質(zhì)參數(shù)異常以及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)失控進(jìn)行報(bào)警以及提示故障設(shè)備檢修方法，便下操作人員和維修人員及時(shí)處理。在發(fā)生緊急故障或報(bào)警預(yù)定時(shí)間內(nèi)無應(yīng)答時(shí)，將診斷結(jié)果進(jìn)行分析，并執(zhí)行處理事故程序。
(7) 報(bào)表打印和管理
可管理整個(gè)水處理系統(tǒng)，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)視，可按需記錄并打印生產(chǎn)工藝過程報(bào)表，可選擇班報(bào)表、日報(bào)表、月報(bào)表。
(8) 系統(tǒng)組態(tài)和參數(shù)設(shè)置
根據(jù)實(shí)際需要，技術(shù)人員可通過密碼進(jìn)入系統(tǒng)在線修改、參數(shù)設(shè)置及系統(tǒng)組態(tài)。
6 結(jié)束語
該系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場使用已近一年，使用情況良好，得到用戶的肯定和好評,同時(shí)使我們感到在以時(shí)間順序控制為主的系統(tǒng)中PLC具有別的控制器無法比擬的優(yōu)越性。