鍋爐房軟化水系統(tǒng)

鍋爐房軟化水系統(tǒng)電氣控制要求
一、自動化控制系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)說明
1 自動控制系統(tǒng)
（1） 控制系統(tǒng)概述
根據(jù)工程的要求，本工程自動控制系統(tǒng)選用德國SIEMENS公司的S7-300 PLC系統(tǒng)實現(xiàn)《鍋爐脫堿軟化水處理設(shè)備及反滲透脫鹽水處理設(shè)備》的自動控制和自動運行。
S7-300系統(tǒng)是目前國際上被廣泛使用的一種通用型PLC，能適合自動化工程中的各種應(yīng)用場合。模塊化、無排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實現(xiàn)分布式的配置、以及用戶易于掌握等特點，使得S7-300成為一種既經(jīng)濟又切合實際的解決方案。
（2）全集成自動化思想
隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機技術(shù)的飛速進步，今天的自動化控制概念也發(fā)生了巨大的變化。在傳統(tǒng)的自動化解決方案中，自動化控制實際上是由各種獨立的、分離的技術(shù)和不同廠家的產(chǎn)品來搭配起來的，比如一個大型工廠經(jīng)常是由過程控制系統(tǒng)、可編程控制器、上位監(jiān)控計算機、SCADA系統(tǒng)和人機界面產(chǎn)品共同進行控制。為了把所有這些產(chǎn)品組合在一起，需要采用各種類型和不同廠商的接口軟件和硬件來連接、配置和調(diào)試。
全集成自動化思想就是用一種系統(tǒng)完成原來由多種系統(tǒng)搭配起來才能完成的所有功能。應(yīng)用這種解決方案，可以大大簡化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少了大量接口部件，應(yīng)用全集成自動化可以克服上位機和工業(yè)控制器之間，連續(xù)控制和邏輯控制之間，集中與分散之間的界限。
同時，全集成自動化解決方案還可以為所有的自動化應(yīng)用提供統(tǒng)一的技術(shù)環(huán)境，這主要包括：
統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理
統(tǒng)一的通信
統(tǒng)一的組態(tài)和編程軟件
基于這種環(huán)境，各種各樣不同的技術(shù)可以在一個用戶接口下，集成在一個有全局數(shù)據(jù)庫的總體系統(tǒng)中。所以技術(shù)人員可以在一個平臺下對所有應(yīng)用進行組態(tài)和編程任務(wù)。由于應(yīng)用一個組態(tài)平臺，培訓(xùn)和工程變得簡單，費用也大大降低。
（3） PROFIBUS現(xiàn)場總線
PROFIBUS用于現(xiàn)場控制及檢測采集單元的數(shù)據(jù)交換。PROFIBUS現(xiàn)場總線是基于國際標準EN50170的開放的現(xiàn)場總線，采用令牌調(diào)度原理進行數(shù)據(jù)通訊，主要包括最高波特率可達12M的高速總線PROFIBUS－DP(H2)和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS－PA(H1)。DP和PA的完美結(jié)合使得PROFIBUS現(xiàn)場總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場總線。PROFIBUS既適合于自動化系統(tǒng)與現(xiàn)場信號單元的通訊，也可用于能直接連接帶有接口的變送器、執(zhí)行器、傳動裝置和其它現(xiàn)場儀表及設(shè)備，對現(xiàn)場信號進行采集和監(jiān)控，并且用一對雙絞線替代了傳統(tǒng)的大量的傳輸電纜。大量節(jié)省了電纜的費用，也相應(yīng)節(jié)省了施工調(diào)試以及系統(tǒng)投運后的維護時間和費用。根據(jù)統(tǒng)計，使用PROFIBUS可以使工程總造價降低20-40%。
（4）基于全集成自動化思想的過程控制系統(tǒng)S7-300
隨著工業(yè)自動化過程控制理論和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及對工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)的可靠性、復(fù)雜性、功能的完善性、系統(tǒng)的可維護性、人機界面的友好性、數(shù)據(jù)的可分析可管理性等各個方面都提出了愈來愈高的要求, 同時也為工業(yè)自動化過程控制系統(tǒng)的發(fā)展指明了方向:
? 系統(tǒng)之間的橫向數(shù)據(jù)交換日益增加。
? 系統(tǒng)與管理層和現(xiàn)場儀表級的數(shù)據(jù)交換日益增加，
? 現(xiàn)場總線的應(yīng)用越來越廣泛，
? 廠商的產(chǎn)品日益開放，通過OPC、SQL等技術(shù)使得不同系統(tǒng)之間的準確、高速、大量的數(shù)據(jù)交換得以實現(xiàn)。
? 全集成，一體化的解決方案。
因此，傳統(tǒng)的PLC系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足90年代自動化過程控制系統(tǒng)的設(shè)計標準和要求，S7-300過程控制系統(tǒng)就是在這種形勢下開發(fā)的新一代過程控制系統(tǒng)，它是一個全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個生產(chǎn)過程的過程控制系統(tǒng)。
S7-300過程控制系統(tǒng)具備了以下幾個方面的特點：
? 高度的可靠性和穩(wěn)定性
? 集中的，從上到下的組態(tài)方式
? 能靈活、可靠地嫁接于老系統(tǒng)
? 集中的，友好的人機界面
? 開放的結(jié)構(gòu)，可以同管理級進行通訊
? 同現(xiàn)場總線技術(shù)融為一體
本方案設(shè)計S7-300采用優(yōu)秀的上位機軟件WinCC作為操作和監(jiān)控的人機界面，利用開放現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)場信息采集和系統(tǒng)通訊，采用S7自動化系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制單元實現(xiàn)過程控制，以靈活多樣的分布式I/O接收現(xiàn)場傳感檢測信號。
S7-300是基于全集成自動化思想的系統(tǒng)，其集成的核心是統(tǒng)一的過程數(shù)據(jù)庫和唯一的數(shù)據(jù)庫管理軟件，所有的系統(tǒng)信息都存儲于一個數(shù)據(jù)庫中而且只需輸入一次，這樣就大大增強了系統(tǒng)的整體性和信息的準確性。
S7-300的通訊系統(tǒng)采用的是工業(yè)以太網(wǎng)和PROFIBUS現(xiàn)場總線。工業(yè)以太網(wǎng)用于系統(tǒng)與控制站之間的數(shù)據(jù)通訊；PROFIBUS用于控制站與I/O之間以及現(xiàn)場過程、控制設(shè)備之間的通訊。
S7-300采用符合IEC－1131－3國際標準的編程軟件和現(xiàn)場設(shè)備庫，提供連續(xù)控制、順序控制及高級編程語言?，F(xiàn)場設(shè)備庫提供大量的常用的現(xiàn)場設(shè)備信息及功能塊，可大大簡化組態(tài)工作，縮短工程周期。S7-300具有ODBC、OLE等標準接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場總線等開放網(wǎng)絡(luò)，從而具有很強的開放性，可以很容易地連接上位機管理系統(tǒng)和其它廠商的控制系統(tǒng)。
（5）自動控制
①硬件 硬件組成如下
? 系統(tǒng)硬件 包括1臺觸摸屏主控臺和1套可編程控制器（西門子S7-300）構(gòu)成的控制網(wǎng)絡(luò)。
? 各種檢測控制儀表及控制閥門。
②軟件 軟件組成如下：
? PLC應(yīng)用軟件：   選用西門子STEP7 V5.3編程軟件。
? 觸摸屏組態(tài)軟件： 選用WinCC Flexble2005組態(tài)軟件。
③特點
根據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況及工藝要求，設(shè)計采用目前國內(nèi)外先進并成熟的SCADA控制系統(tǒng)。
? PLC結(jié)合現(xiàn)場觸摸屏直接控制現(xiàn)場設(shè)備并采集現(xiàn)場全部的模擬信號和開關(guān)   信號，上位機通過通信電纜并按照相應(yīng)的標準協(xié)議與PLC建立通信。
? 系統(tǒng)實現(xiàn)制備脫堿水流量瞬時值及累計值的數(shù)據(jù)采集及記錄；
? 系統(tǒng)實現(xiàn)制備軟化水流量瞬時值及累計值的數(shù)據(jù)采集及記錄；
? 系統(tǒng)實現(xiàn)中間水箱、軟化水箱、脫鹽水箱液位的在線檢測及控制；
? 系統(tǒng)實現(xiàn)中間水箱PH值的在線檢測及通過PH值處理系統(tǒng)的自動運行和自動控制；
? 系統(tǒng)實現(xiàn)加藥箱液位的實時監(jiān)測及控制；
? 系統(tǒng)實現(xiàn)各水泵的自動/手動控制及運行狀態(tài)監(jiān)控；
? 由于PLC有很強的可擴展性，以后增加控制任務(wù)時，無需再增加整個PLC系統(tǒng)，只需通過擴展電纜連接相應(yīng)的擴展模塊就可以了，大大增強了系統(tǒng)的性能價格比。
9.3.2 系統(tǒng)功能簡介
（1）鍋爐水脫堿、脫硬軟化處理子系統(tǒng)功能簡介
鍋爐水脫堿、脫硬軟化處理系統(tǒng)配置手動、自動和強制再生三種控制方式：
（1）手動控制方式：
系統(tǒng)在手動方式下，根據(jù)現(xiàn)場參數(shù)設(shè)定進行系統(tǒng)的控制。在流量控制模式下，設(shè)定了產(chǎn)水量后，PLC將根據(jù)設(shè)定的程序，向各閥發(fā)布指令，自動完成各個閥門的開關(guān)，從而實現(xiàn)出水、反洗、再生、置換、正洗、待機等各個工作過程。
當(dāng)流量計出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)應(yīng)能夠手動切換至?xí)r間控制模式：在該模式下，根據(jù)水壓基本恒定情況下的產(chǎn)水量與時間的線性關(guān)系，將流量信號切換為時間信號，控制流程同流量控制模式。
（2）自動控制模式：
系統(tǒng)在自動控制模式下，根據(jù)主控臺的參數(shù)設(shè)定，進行系統(tǒng)控制，控制過程與手動方式相同。
（3）強制再生模式：
在脫堿、軟化水處理裝置的運行過程中，若出水水質(zhì)不合格而需要對樹脂重新再生時，可使用強制再生程序。在該模式下，按下強制再生按鈕，系統(tǒng)將由工作狀態(tài)自動轉(zhuǎn)為反洗狀態(tài)，并按設(shè)定程序及時間順序完成再生、置換、正洗、待機等工步，完成強制再生過程后轉(zhuǎn)入自動運行狀態(tài)。
（2）氫離子交換器系統(tǒng)（脫堿處理）水處理單元控制說明
氫離子交換器系統(tǒng)（脫堿處理）由三臺氫離子交換器以及鹽酸貯槽、酸計量箱、酸輸送泵、酸再生泵和脫氣塔及風(fēng)機所組成；氫離子交換器每個具有6個電動閥門；酸計量箱有液位開關(guān)、進口出口電磁閥；中間水箱備有液位傳感器和PH值傳感器；每個氫離子交換器由5個工序夠成一個工作循環(huán)，按累積流量控制原則自動運行，并具有“單機運行”、 “三罐聯(lián)機交替運行”的運行模式。要求本氫離子交換器通過PLC等手段控制相應(yīng)的泵、閥、風(fēng)機以實現(xiàn)過程工藝控制要求，并備有標準通訊接口與上位機進行通訊，并可以接受上位機的控制。
（3）鈉離子交換器系統(tǒng)（軟化處理）水處理單元控制說明
鈉離子交換器系統(tǒng)（軟化處理）由三臺鈉離子交換器以及鹽液箱、鹽計量箱、鹽輸送泵、鹽液過濾器、鹽再生泵所組成；鈉離子交換器每個具有6個電動閥門；鹽液箱具有液位開關(guān)、進水和回流電磁閥；鹽計量箱有液位傳感器、進口出口電磁閥等控制元件；每個鈉離子交換器由5個工序夠成一個工作循環(huán)，按流量控制（或時間控制）原則自動運行或手動運行，并具有“單機運行”、 “三罐聯(lián)機交替運行”的運行模式。要求本鈉離子交換器通過PLC等手段控制相應(yīng)的泵、閥以實現(xiàn)過程工藝控制要求，并備有標準通訊接口與上位機進行通訊，并可以接受上位機的控制。
（4）運行模式說明
氫離子交換器系統(tǒng)、鈉離子交換器系統(tǒng)運行具有三種模式：
⑴單機運行。
⑵三罐聯(lián)機交替運行模式。
⑶強制再生模式
三罐聯(lián)機交替運行模式（三臺運行）時：要求三臺交換器中兩兩組合循環(huán)交替運行，不要總是固定其中兩臺運行（人為選擇和某一罐故障時除外）；備用某一臺故障后可自動選擇另外一臺投入運行。
單機運行要求可自動也可手動控制：⑴自動：選擇任一工序，按啟動按鈕交換器自動運行至待機，無選擇，啟動則從出水開始；⑵手動：不受時間或流量限制，可點動步進控制。
自動運行：兩用一備模式下，由任意一臺啟動運行至設(shè)定累計出水流量的一半（或出水工序時間的一半）時，自動啟動另一臺，然后雙機共同運行；直至其中一臺出水工序結(jié)束時自動啟動另一臺，如此自動循環(huán)。
9.3.3 系統(tǒng)硬件配置說明
（1） 315-2DP控制器：
CPU采用315-DP處理器，該CPU具有多DP接口，可以方便地與編程器、HMI、以及其它的控制站通過PROFIBUS-DP方式進行通訊，除中央處理器機架外，還可通過擴展連接模塊擴展3個I/O機架，系統(tǒng)可配置最大數(shù)字量通道16384個，最大模擬量通道1024個。
本方案中配置了一個中央處理器機架和一個I/O擴展機架。
（2） I/O模塊的配置：
系統(tǒng)的I/O模塊采用S7-300系列的常用模塊，分別是數(shù)字量輸入、輸出；以及模擬量輸入和輸出模塊，具體型號分別為：
32點數(shù)字量輸入模塊：6ES73211BL000AA0。本方案共配置了12塊，計384點；
32點數(shù)字量輸出模塊：6ES73221BL000AA0。本方案共配置了6塊，計192點；
8點模擬量輸入模塊：6ES73317KF020AB0。本方案共配置了3塊，計24點；
8點模擬量輸出模塊：6ES73325HF000AB0。本方案共配置了3塊，計24點；
以上配置按10%預(yù)留量計算。
（3）人機接口界面（HMI）
系統(tǒng)的人機接口界面（HMI）采用SIEMENS公司的MP370觸屏操作面板，具體型號為6AV65450DA100AX0；12英寸、256色、分辨率800*600。
人機接口界面安裝在控制室的PLC機主控柜上，用于對整個工藝過程的監(jiān)視及操作功能。
9.3.4 應(yīng)用軟件組態(tài)
（1） 控制方案的組態(tài)
工程師站采用移動性能好的筆記本電腦（本方案不包括），用于修改控制策略，完成系統(tǒng)功能組態(tài)，同時也可用于在系統(tǒng)調(diào)試時對PLC程序的在線監(jiān)視。PLC的組態(tài)軟件采用SIEMENS公司的STEP7軟件。
（2） 人機接口界面的組態(tài)
    人機接口界面的組態(tài)軟件采用SIEMENS公司的Wincc flexible軟件。
（3） 直流電源
    24V直流電源采用SIEMENS公司的SITOP電源，電源容量為20A，用于系統(tǒng)的I/O模塊以及24V中間繼電器和外接儀表供電。
（4）PLC機主控柜
本方案中設(shè)置一面PLC機柜，機柜采用威圖公司的產(chǎn)品，尺寸為2200*800*800，柜內(nèi)中間繼電器采用OMRON產(chǎn)品，空開采用梅蘭日蘭的產(chǎn)品，端子采用菲尼克斯的產(chǎn)品。
9.4 電控部分
根據(jù)工程的要求，在低壓電控設(shè)備中所使用的斷路器、接觸器、熱繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈等以及380VAC的中間繼電器采用國際知名的ABB、施耐德或西門子公司的產(chǎn)品。
（1） 低壓電控柜（120）
設(shè)置一臺現(xiàn)場控制柜，控制柜的尺寸為2200*800*800，用于3臺15KW電機的就地控制，電機采用變頻控制，變頻器為國際知名丹佛斯VLT6000系列產(chǎn)品，除此之外還有與回路配套使用的斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈等。變頻器采用配套的內(nèi)置輸入輸出電抗器、濾波器，滿足輻射標準EN55011 A級和B級，柜內(nèi)安裝，防護等級IP20，安裝在現(xiàn)場的控制柜內(nèi)，配置PROFIBUS—DP網(wǎng)卡（Profibus-DP通訊協(xié)議），變頻器配套液晶操作顯示面板，具備就地/檢修/中控控制三種模式。
（2）低壓電控柜（118）
 設(shè)置一臺現(xiàn)場控制柜，控制柜的尺寸為2200*800*800，用于3臺11KW電機的就地控制，電機采用變頻控制，變頻器為國際知名丹佛斯VLT6000系列產(chǎn)品，除此之外還有與回路配套使用的斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈等。變頻器采用配套的內(nèi)置輸入輸出電抗器、濾波器，滿足輻射標準EN55011 A級和B級，柜內(nèi)安裝，防護等級IP20，安裝在現(xiàn)場的控制柜內(nèi)，配置PROFIBUS—DP網(wǎng)卡（Profibus-DP通訊協(xié)議），變頻器配套液晶操作顯示面板，具備就地/檢修/中控控制三種模式。
    另外現(xiàn)場使用的開關(guān)電動閥的中間繼電器也安裝在此柜中。
（3）低壓電控柜（127、129）
    設(shè)置一臺現(xiàn)場控制柜，控制柜的尺寸為2200*800*800，用于5臺3KW水泵電機的就地控制（2臺輸鹽泵、3臺輸酸泵）和1臺風(fēng)機電機的控制，電機采用直接啟動，回路中的配套設(shè)備有斷路器、接觸器、熱繼電器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕、指示燈等。

觸摸屏畫面

流程1

流程2

流程3

流程4

運行參數(shù)

操作畫面