發電廠脈沖高壓靜電水處理監控系統的設計

姚慶梅 趙國玉 許夫明 賈 燕 郭 亞

(山東建筑大學信息與電氣工程學院，山東 濟南 250100)

?

發電廠脈沖高壓靜電水處理監控系統的設計

姚慶梅 趙國玉 許夫明 賈 燕 郭 亞

(山東建筑大學信息與電氣工程學院，山東 濟南 250100)

為滿足發電廠對水處理的安全性及經濟性的要求，降低工人勞動強度，保證水處理裝置的正常運行，設計了基于PLC和3G技術的脈沖高壓靜電水處理監控系統，實現數據的采集與傳輸。在發電廠的運行過程中，監控系統將水處理的一些運行參數上傳到監控中心，如果運行參數異常，短信報警程序啟動，通知工作人員及時采取措施，實現了對脈沖高壓靜電水處理的監測與自動控制。

高壓靜電 水處理 PLC 3G 自動控制 遠程監控

0 引言

水資源短缺已成為制約我國經濟社會發展的重要因素。在工業用水中，冷卻水占有很大比例，近年來循環冷卻水系統己在各行各業推廣，節水效果十分明顯[1]。為防止發電廠循環冷卻水系統發生結垢、藻類滋生的現象，需要對循環水進行水處理。

傳統的化學水處理是在循環水中加入大量的化學藥劑，這樣既不經濟，又污染環境。脈沖高壓靜電水處理是一種新型的物理水處理方法，不僅能夠防垢，殺滅藻類，還能溶垢。一臺300 MW發電機組，每年可節約數十萬甚至上百萬的化學藥劑費用，每天的節水量達3 912 t。

脈沖高壓靜電水處理監控系統對水處理的一些關鍵參數進行實時監控，提高了發電廠循環水處理的可靠性和安全性，從而保證對循環水的持續處理。

1 監控系統的構成

脈沖高壓靜電水處理監控系統由信息層、控制層、設備層和通信網絡四部分構成。系統構成框圖如圖1所示。

圖1 監控系統結構圖

監控中心的上位機，采用Windows XP系統，上位機軟件利用Visual Basic語言進行編寫，上位機的數據利用3G網絡、Internet進行傳輸。上位機是數據處理的中心，實現數據的顯示、保存、查詢等操作和管理。

控制層中，采用基于PLC的監控系統，開發簡單、可靠性高、抗干擾能力強[2-5]。觸摸屏作為人機界面，減少了按鈕、開關等的使用，提高了系統的穩定性。

通信網路部分，3G網絡無需布線、易升級，適合遠距離無線監控[3]。PLC將采集的數據，通過控制3G模塊發送出去，再通過3G網路、因特網將數據傳輸到監控中心上位機[2,4]。同樣，上位機軟件也可以對控制層的PLC發送控制指令，實現現場設備的控制。

2 監控系統功能的實現

監控系統的控制原理圖如圖2所示。

圖2 監控系統控制原理圖

為保證脈沖高壓靜電水處理裝置達到最好的處理效果，需要對循環水的進出口溫度、極化率、真空度，汽輪機的排氣溫度、真空度進行監測。

2.1 溫度的測量

溫度的測量包括進水溫度、出水溫度、排氣溫度以及控制柜的溫度。控制柜的溫度過高，監控系統的控制器可能發生故障異常，應及時采取保護措施。

循環水一般都是通過冷卻塔進行冷卻，溫升大了，需要的冷卻水就少了。循環水的進出口端差溫度須在合適范圍內，否則不利于循環水系統的穩定運行。

汽輪機的排氣溫度過高或是過低，都會影響循環冷卻水的效率。排氣溫度過高的原因可能是循環水系統故障、真空系統泄漏、凝結水系統故障和射水系統故障。溫度測量模塊采用熱敏電阻傳感器。

2.2 極化率的測量

脈沖電源加到水處理裝置的陰極和陽極上，水處理裝置墻體內陽極和陰極之間會產生一個高壓靜電場。水分子在外電場作用下，每個分子電偶極距都受到轉向外電場方向的力矩，使水分子取向極化。循環水的極化率取決于陰極、陽極之間的電場分布、大小以及循環水的電導率。利用SE6102電極傳感器對電導率進行測量。

如果循環水的極化率不夠高，不能使循環水完全極化，也不足以殺死循環水中的一些藻類及微生物，那么管道內部就會出現微生物滋生以及結垢現象，嚴重時會堵塞管道。

2.3 真空度的測量

汽輪機的真空度過高或過低會對汽輪機造成很大的危害。真空度過低的原因：凝汽器水位升高或滿水；機組投運后出現漏氣；微生物在管道內部滋生。對于凝汽式的汽輪機，真空度決定了排氣溫度。采用PKR251真空計進行真空度的測量。

2.4 控制方式

鑒于發電廠循環水處理的重要性，本監控系統采用遠程控制、現場控制兩種控制模式。

2.4.1 遠程控制

監控中心的上位機設有水處理裝置的啟停、調壓、調頻按鈕，對現場的運行參數進行顯示。工作人員可以從監控中心的上位機，通過無線網絡發送命令，PLC接收到命令，執行預先設定好的程序，自動完成對現場設備的控制[6-7]。

2.4.2 現場控制

工作人員可以根據循環水的關鍵參數的變化，對水處理裝置、高壓脈沖電源進行控制，通過觸摸屏給PLC下達指令，PLC執行預先設定好的程序[10]。

3 上位機軟件設計

上位機利用VB編程和建立數據庫，VB是全開放性的，方便程序的修改。利用VB中的MSComm控件，可以方便地初始化串口和通過串口通信[8-9]。上位機軟件主要實現數據存儲、打印、歷史數據顯示、曲線顯示、用戶管理等功能,如果發現數據異常，監控中心會自動發出報警短信，并記錄報警信息。監控系統上位機功能框圖如圖3所示。

圖3 監控軟件功能框圖

4 試驗及結果

在發電機組的脈沖高壓靜電水處理監控系統中，實現了監測數據的接收、存儲、顯示等功能。下位機PLC接收到上位機的命令要求，實現了水處理裝置的啟動/停止，以及高壓脈沖電源的控制。該監控系統在國電發電廠的一個300 MW機組進行試驗，結果表明可以對機組的循環冷卻水處理進行實時監控，監控系統可以準確地監測到水處理裝置的運行參數，實時傳送，并準確地對現場設備進行控制。國電某發電廠某天的脈沖高壓靜電水處理的監測參數如表1所示。

表1 監測參數

5 結束語

該監控系統在國電某發電廠一年的使用期間內，循環冷卻水系統的凝汽器沒有結垢現象，保證了極化水處理系統的正常運行，實現了該監控系統預期的功能。脈沖高壓靜電水處理監控系統可以準確實時地測出脈沖高壓靜電水處理裝置的各種運行參數。通過上位機和現場的觸摸屏都可以實現對現場設備進行控制，實現了現場監控和遠程監控的目標。脈沖高壓靜電水處理監控系統操作簡單、工作性能穩定、數據傳輸快，滿足了發電廠對循環水處理安全性及可靠性的要求。

[10]嚴盈富.觸摸屏與PLC入門[M].北京:人民郵電出版社,2006.

Design of the Monitoring System for Pulsed High Voltage Electrostatic Water Treatment of Power Plant

In order to meet the safety and economy requirements of water treatment of power plant,reduce the labor intensity and ensure the normal operation of water treatment facility,the monitoring system based on PLC and 3G technologies for pulsed high voltage water treatment is designed to implement data acquisition and transmission.The operation parameters of water treatment are transmitted to the monitoring center in real time.If the parameters are abnormal,the SMS alarm program will startup to notify the staff to take action,and the monitoring and automatic control for the pulsed high voltage water treatment are implemented.

High voltage electrostatic Water treatment PLC 3G Automatic control Remote monitoring

姚慶梅(1958-)，女，1983年畢業于山東工學院電氣自動化專業，獲學士學位，教授；主要從事自動化裝置集成化與智能化方面的研究。

TH702;TP29

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201601015

修改稿收到日期：2015-07-28。