淺析電廠水處理設備自動化控制系統設計

曹淵 宋杰 朱彬 王立宇

摘? 要：隨著社會的發展，人們在生活工作中對電力能源的需求日益提高，這就導致了電廠工作量上升，使得電廠用水量和廢水量增加。基于此，為提高水資源利用率，提高電廠運作效率和效益，該文掌握設計應用水處理設備自動化控制系統意義，分析電廠水處理設備自動化控制系統的具體設計，并研究其實現與應用路徑，以供相關技術工作參考。

關鍵詞：水處理設備自動化控制系統? ?PLC技術? ?數據采集? ?數據處理

中圖分類號：TM621.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）07（c）-0023-03

Abstract： With the development of society， people's demand for electric energy in life and work is increasing day by day， which leads to the increase of power plant workload and the increase of power plant water consumption and wastewater. Based on this， in order to improve the utilization rate of water resources and improve the operation efficiency and benefit of power plant， this paper grasps the significance of designing and applying the automatic control system of water treatment equipment， analyzes the specific design of the automatic control system of water treatment equipment in power plant， and studies its implementation and application path， so as to provide reference for relevant technical work.

Key Words： Automatic control system of water treatment equipment; PLC technology; Data acquisition; Data processing

科學技術水平的提高極大地推動了電廠生產效率的提升，電力生產相關水處理設備愈發先進，通過面向此類設備設計自動化控制系統，能夠有效提升水處理效率與效果。因此，應研究該系統的設計與應用，掌握技術要點，從而優化水處理設備功能，對電廠發展起到推動作用。

1? 探討水處理設備自動化控制系統設計應用意義

在電廠經營發展過程中，電力生產工作需要大量的水資源，由于自來水和礦井水中夾雜著一定的雜質，若是不對其進行處理，則會直接影響到相關設備的運作情況，久而久之，會造成嚴重的資源、經濟損失。但是通過設計水設備自動化控制系統，能夠依托于該系統的預處理、反滲透脫鹽以及深度除鹽系統等系統實現對大量水的有效、快速處理。與此同時，電廠給水效率較高，以往傳統的系統無法有效回收水資源，造成水資源不必要的浪費，而依托于水設備自動化控制系統，相關工作人員能夠根據工藝開展和設備運行的實際情況對處理流程進行調整，從而提高工作效率的同時，減少不必要的浪費。

2? 分析電廠水處理設備自動化控制系統的設計

2.1 系統技術流程及控制范圍

電廠水處理設備自動化控制系統主要由3個子系統組成，分別為預處理系統、反滲透脫鹽系統以及深度除鹽系統，除此之外，還具有5個輔助系統，分別為阻垢劑投加系統、過濾器反洗系統、氨液投加系統、RO清洗系統以及混床再生系統。其中，在設計預處理系統時，為實現水中雜物的有效去除，比如：膠體或是懸浮物等，應使用原水池、活性炭過濾器、升水泵、絮凝劑加藥以及雙介質過濾器等設備裝置，從而為后續脫鹽處理工作的高效開展奠定良好基礎。而反滲透脫鹽系統的設計，主要使用反滲透膜組、5μ保安過濾器以及RO高壓泵等。某電廠在使用該子系統后，去除了97%以上的鹽分，為后續作業提供條件，有效降低了相關成本投入。在該系統組成下，其作業流程具體如圖1所示。

2.2 系統具體設計

2.2.1 三層設備

設計水設備自動化控制系統時，其三層設備分別為執行層、控制層以及管理層。執行層主要是指電力生產現場的相關設備，比如電機、雙介質過濾層、傳感器設備以及反滲透膜組等;控制層設計包括PLC、現場手操器以及ET200M等設備;管理庫設計為工程師站、操作站以及數據庫服務器等操作設備[1]。

2.2.2 兩級網絡

水設備自動化控制系統中兩極網絡的設計主要分為控制級和監控級，這是因為水處理設備系統自動化功能的實現意味著現場人員減少，所以PC端工作人員需要實時掌握水處理設備運作情況，因此該系統不僅要具有控制性能，還需要能夠實時采集現場信息供相關工作人員分析與研究。在設計控制級時，主要采用PLC技術。以某熱電廠為例，其擁有2座35 t/h燃氣鍋爐，在其運作過程中，每天需要的二氧化硅和導電率分別在20 μg/L和0.2 μs/cm以下，且硬度約為0的合格水大概在250 t。在其需水量較大的情況下，該熱電廠主要使用礦井來水作為鍋爐用水的主要來源，但此類水資源水質成分較為復雜，因此，為保證水處理工作和電力生產等作業的有序展開，需要配備高自動化水平的控制系統[2]。

3? 研究電廠水處理設備自動化控制系統的實現與應用

3.1 系統工作方式

通過硬件裝置和軟件的設計，水設備自動化控制系統一共具有3種工作方式分，分別為自動工作方式、自動工作方式以及機旁手動工作方式。首先，當采取自動工作方式時，水設備自動化控制系統中的PLC技術能夠遠程手動檢測酸堿值、水位以及壓力等信息，掌握相關設備的運作情況，根據具體處理和生產需求對設備進行調節，整個流程均不需要人工參與，工作效率得到極大的提高。其次，在采用遠程手動工作方式時，相關工作人員通過分析現場實際情況，在操作員站可以開展聯機設備操作等工作，從而對水處理流程進行控制，保證處理作業有序展開。當相關工作人員選擇某臺或幾臺設備并投入使用后，水設備自動化控制系統可以自動完成已選設備的啟停和監控工作。最后，機旁手動工作方式的使用主要在手動試車場景和現場檢修場景。

3.2 相關設備的控制與聯鎖

在水設備自動化控制系統中，相關設備的控制和聯鎖內容主要包括設備的正常啟停以及設備出現故障后的啟停與急停。對于設備正常啟停而言，聯鎖投入后相關設備按設定的順序啟動，一般情況下，遵循的主要原則為逆序停止，當解除聯鎖后，相關工作人員需要以現場實際情況為基礎對設備進行人工啟停。對于設備故障的啟停，當聯鎖投入后設備運行，若是在此過程中有設備出現故障，那么處于啟動狀態的設備則會立即停運，而未啟動的設備則根據故障的具體位置對下游設備停止、延時停止以及繼續運行時間進行判定，避免造成大規模的故障。而急停則主要發生在水設備自動化控制系統運行過程中某環節發生緊急事故時，通過將緊急停止按鈕按下，所有設備立刻停運。

3.3 變頻器、自動加藥調節

對于水設備自動化控制系統而言，為有效提高水處理設備控制精準程度，為其平穩運行和高效運行提供保障，主要通過現場安裝變頻器和自動加藥設備的方式。通過落實變頻器和自動加藥調節機制，PLC能夠將現場采集到的信息數據和信號進行處理，比如：信號轉換、信號計算以及信息數據判斷等，在獲得可識別信息數據后，根據前期設定的程序可以以自動化的方式將調節量信號輸出至加藥設備和變頻器，從而完成回路閉環調節。而PID閉環調節主要負責的工作內容有混合離子交換器進水量、雙介質過濾器、自動加藥設備以及水壓即水倉水位等設備的調節工作[3]。

3.4 采集并處理相關信息數據

針對現場信息數據的采集與處理，為實現該功能作用，主要利用對現場設備開關量和模擬量數據的采集，并將其輸入到PLC系統中，實現A/D轉換、D/A轉換以及邏輯分析，根據分析結果進行判斷，之后下放到ET200M分站，實現對水處理設備整體運行狀態的及時、合理調整。與此同時，該信息數據也會同步上傳到操作員站，相關工作人員PC端以及顯示屏，能夠獲得設備運行總貌畫面，掌握工藝流程，對各類生產數據進行記錄并生成報表，加強各類信息數據的可追溯性，為相關問題和故障的分析與總結提供重要參考依據。仍以某電廠為例，在應用由上述軟件和硬件構成的水設備自動化控制系統后，有效緩解了工作的勞動量，減少了人工操作帶來的失誤與損失，同時，電廠日產合格除鹽水大概有250 t，極大地提高了電廠的環保效益與經濟效益[4-6]。

4? 結語

綜上所述，水設備自動化控制系統對電廠整體電力生產工作、成本投入和經濟效益具有極強現實意義。因此，應對電廠實際情況出發，充分利用組態軟件的數據處理能力和PLC抗干擾能力構建水設備自動化控制系統，實現對水處理設備和工藝流程的控制、監視以及數據采集，減少工作工作量的同時提高工作效率。

參考文獻

[1] 金興偉，石存秀，湯秀紅.基于PLC控制的一體化污水處理設備控制系統改造設計[J].湖北工業職業技術學院學報，2020，33（4）：79-81.

[2] 王師.電氣控制在一體化污水處理設備中的應用研究[J].機電信息，2021（18）：5-6.

[3] 陸大同，楊超.基于PLC的污水處理設備控制系統研究[J].山東工業技術，2018（8）：103.

[4] 高孝旺.可編程控制器在污水處理控制系統中的應用[J].科技創新與生產力，2021（2）：80-82.

[5] 陳曉東，楊俠，高遠，等.BDP污水處理工藝控制系統的研究[J].自動化與儀表，2019，34（5）：32-34，44.

[6] 劉爽.小型污水處理設備監測控制系統設計[D].濟南：山東大學，2016.