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补给水机械处理监控系统设计及开发

摘 要

随着我国经济发展，对电的需求也越来越大。电作为我国经济发展最重要的一种能源，主要是可以方便、高效地转换成其它能源形式。而在能源趋势逐渐严峻的今天，对于电站系统,提高给机组工作效率是提高能源利用效率的办法之一。然而只有对水进行适当的净化处理和严格的监督汽水质量，才能防止造成热力设备的结垢、腐蚀，避免爆管事故；才能防止过热器和汽轮机的积盐，以免汽轮机出力下降甚而造成事故停机，从而保证发电厂的安全经济运行。故而补给水机械处理监控系统作为提升锅炉效率保障设备安全稳定运行的重要环节，其重要性不言而喻。

关键词 补给水，控制，处理

目 录

摘 要 I
1补给水单元处理监控系统设计及开发 1
1.1电动机控制回路的电气图 1
1.1.1 通信连接 1
1.1.2 动力电路 1
1.1.3 控制电路 2
1.2 设计紫金桥监控画面 2
1.2.1 紫金桥组态软件简介 2
1.2.2 监控画面设计 4
1.2.3 I/O点设置 6
1.2.4 监控软件点组态 6
1.3 PLC程序设计 7
1.3.1 编程软件STEP7-Micro/WIN简介 7
1.3.2 程序设计 8
1.4 完成紫金桥、PLC调试 11
2 监控系统工作性能分析 16
2.1 化学水意义 16
2.2火力发电厂水处理的内容 17
2.3控制过程说明 17
3 创新实践训练总结 19
参考文献 20

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补给水机械处理监控系统设计及开发

1补给水单元处理监控系统设计及开发

1.1电动机控制回路的电气图

1.1.1 通信连接

图1.1以太网通信连接示意图

1.1.2 动力电路

图1.2动力电路示意图

1.1.3 控制电路

图1.3控制电路示意图

1.2 设计紫金桥监控画面

1.2.1 紫金桥组态软件简介

紫金桥监控组态软件是紫金桥公司在长期的科研和工程实践中开发的通用工业组态软件。紫金桥组态软件在实际应用中，以其可靠性、方便性和强大的功能得到用户的高度评价，用户已经广泛应用于石化、炼油、汽车、化工、冶金、制药、建材、轻工、造纸、采矿、环保、电力、交通、智能楼宇、仓储、物流、水利等多个行业和领域的过程控制、管理监测、现场监视、远程监视、故障诊断、企业管理、资源计划等系统。如图1.4即为组态软件的基本功能。

图1.4组态软件功能

紫金桥组态软件主要特点如下：
(1) 客户/服务器体系结构
紫金桥组态软件是真正的客户/服务器软件，同时支持分布式服务器和分布式客户端。一处定义，多处引用：在服务器端定义的点，可以同时在多个客户端上引用，减少组态工作量和避免数据的不一致性。支持多种组网方式，可以根据实际需要灵活搭建分布式结构，如以太网、串口、拨号网络、无线电台、GPRS、卫星网等多种连接方式，适应不同场合。
(2) 强大的数据库处理核心
数据库服务器可以进行各种运算和数据处理，如量程变换、报警、历史数据记录、PID控制、流量累计等多种处理，支持数据库脚本，在核心级实施控制，满足控制的实时需求。灵活的点参数结构，用户根据需要组态自定义点类型和点参数，满足个性化需求。
(3) 可靠的冗余系统
紫金桥组态软件支持双机/多机热备份，支持IO冗余、主机冗余、通讯冗余，系统可以智能检测不同类型的故障并自动进行响应的操作，确保系统安全可靠运行。
(4) 丰富的IO驱动
紫金桥组态软件在长期的应用过程中，开发了数百种久经考验的IO通讯接口，支持各类智能仪表、智能模块、变频器、板卡、PLC和DCS。同时支持OPC、DDE等各类开放接口
(5) 逼真的图形系统
全面支持过渡色、透明色，支持各种图形画刷，真实再现生产流程，能设计出逼真的图形效果。系统预先定义了数百种标准图形，如泵、阀、仪表、管道、马达等，可以大大缩短开发时间。用户也可以自定义图库，一劳永逸。
(6) 功能强大的脚本系统
系统支持多种触发形式的脚本，如键动作、数据刷新动作、条件动作、应用动作、窗口动作、对象动作，可以构建各类复杂系统。脚本采用类BASIC语言，简单实用，提供了功能丰富的预定义函数，支持间接变量、数组、循环和自定义函数。
(7) 报表系统
紫金桥组态软件本身提供了报表系统，可以支持紫金桥的各类运算和函数，还提供了报表函数，报表格式灵活，可以制出各类报表。提供EXCEL组件，可把紫金桥的各类（包括实时、历史、统计等）数据无缝嵌入EXCEL。
(8) 丰富的组件对象
可以直接在画面中插入各类Windows标准控件，如文本编辑框、下拉框、列表框、表格、复选框等，全面支持各类ActiveX控件和OLE对象，提供各种功能组件如温控曲线、时间调度、自定义菜单等。
(9) Web发布
紫金桥组态软件通过Web发布，可以在Internet上授权访问，授权操作。可以使用Windwos自带的WebServer或紫金桥提供的WebServer，可以任意指定数据发布端口。客户端简单易用，用户无需降低IE浏览器安全级别，可直接浏览。
(10) 周密的安全管理系统
安全管理支持用户分组，用户继承所在组的全部权限，且可以定义拥有自己的私有权限。对窗口、配方、各种点、各种操作等都提供了完整的安全保护机制，只有授权用户才可以操作。[1]

1.2.2 监控画面设计

本次创新实践训练，我们的任务是关于火电厂补给水处理监控系统中对补给水机械处理监控系统的设计与开发。在经过了解工艺系统流程和收集资料之后，我们根据资料使用紫金桥软件制作了补给水处理系统的人机界面，其中包括高效过滤器和活性炭过滤器处理环节。如图1.5所示为机械处理的监控系统画面。

图1.5机械处理监控系统画面

过滤器监控系统的主要监视功能：
l 设备状态监视，主要包括过滤器工作状态（过滤器所处的状态可通过图10中控制面板或过滤器罐体颜色看出）、相关阀和泵的运行状态；
l 相关模拟量监视，包括反洗水箱液位、调节阀开度、入口管道流量及压力。
过滤器画面主要控制功能：
l 过滤器控制
过滤器控制操作方法同生活消防水画面中的过滤器控制（图8，9，10）。需要指出的是，反洗时间可以显示，反洗中可以跳步，可以延时。
l 阀门控制
在手动状态下，点击阀门，弹出相应对话框如图12。点击打开/关闭，开关过程阀门图标红绿闪光，全开变红色，全关变绿色，故障时变黄色
l 泵控制
点击泵弹出对话框如图13，点合闸/分闸，转机运行时图标红色旋转，分闸时图标变绿色，预合闸时图标耦合色，故障时图标变黄色。
如图1.6为一号过滤器监控系统画面。

图1.6一号过滤器监控系统画面

1.2.3 I/O点设置

表1 I/O设置表
I/O点名称
类型
作用
Q0.0
数字I/O点
检修
Q0.1
数字I/O点
失效
Q0.2
数字I/O点
运行
Q0.3
数字I/O点
反洗
Q0.4
数字I/O点
备用
Q0.5
数字I/O点
顺洗
Q0.6
数字I/O点
正洗
M0.0
数字I/O点
检修（故障信号）
M0.1
数字I/O点
失效按钮
M0.2
数字I/O点
运行按钮
M0.3
数字I/O点
反洗按钮
M0.4
数字I/O点
备用按钮
M0.5
数字I/O点
急停按钮
M0.6
数字I/O点
延时按钮
M0.7
数字I/O点
跳步按钮
M1.0
数字I/O点
启动
M1.1
数字I/O点
停止
M1.2
数字I/O点
故障排除信号
M1.3
数字I/O点
启动（长信号）
M1.4
数字I/O点
反洗（长信号）
M1.5
数字I/O点
延时（长信号）
M1.6
数字I/O点
延时时长
M1.7
数字I/O点
检修计时
M2.0
数字I/O点
顺、正洗长信号

1.2.4 监控软件点组态

1.3 PLC程序设计

1.3.1 编程软件STEP7-Micro/WIN简介

PLC，也称之为可编程控制器，它的英文名一开始为Progralnmable controller，因此，在80年代之前，人们都简称它为PC。但到了90年代后，个人计算机兴起并逐渐发展起来，人们对计算机的简称也叫PC。所以，PC这名字就有些重复了，再加上可编程序的定义范围太广太大，所以，为了加以区别和限定，人们后来把可编程控制器定名为可编程序逻辑控制器，简称为PLC (Programmable Logic Controller) 。
PLC现在可以实现的功能非常之多，但其实它最最早期的时候，是从最简单的继电器逻辑控制系统发展来的。继电器诞生并开始应用于工业以来，就开始使用导线等将它同开关器件连接在一起，通过不同的连接方法和结构，组成用途不同的逻辑控制或者是顺序控制系统，以最终实现某些特定功能。
在制造工业(主要是改变几何形状和机械性能为主)和过程工业(主要是物理变化和化学变化将原料转化成产品为主)中，有很多开关量的顺序控制，其顺序动作是按照逻辑条件进行的，也据此来设置连锁保护动作的控制和大部分离散量的数据采集。根据传统经验，在以前，这些都是通过气动或电气控制系统来实现的。
随着微处理器、网络通信、人—机界面技术的迅速发展，现场总线技术在工业自动化领域的普及，虽然大中型的单独的基于PLC的控制系统逐步减少，但实际上许多带有各自现场总线通信接口的主站和分布式的智能化从站也都由PLC来实现。更何况PLC更向着小型化，强功能、无线和有线结合，智能控制的方面发展，PLC也由最初的只能处理开关量而发展到可以处理模拟量和数据，加之与DCS、PID调节器、工业PC等技术相结合，使之不再是一种简单的控制设备，而且必将随着自动控制技术的不断发展而发展生存下去。
编程软件STEP7-Micro/WIN是在个人计算机上运行,用于PLC编程的工具软件。具有编程、上传和下载程序、监控、调试、PLC诊断、参数设定等功能。西门子编程软件STEP7-Micro/WIN32/V3. 1、STEP7-Micro/WIN32/V4.0可以对S7-200的所有功能进行编程,新版本STEP7-Micro/WIN32/V4.0向下兼容。CPU通过PC/PPI电缆或通过插在PG/PC上的CP5511或CP5611与PG/PC连接。[2]

1.3.2 程序设计

1、系统启动、停止

2、系统检修

3、失效

4、系统运行

5、反洗

（接上图）

6.延时、跳步功能

7、备用功能

1.4 完成紫金桥、PLC调试

如图1.7~图2.5所示即为调试后的一号过滤器各个功能运行画面。
1、运行

图1.7一号过滤器系统运行画面

2、停止

图1.8一号过滤器系统停止画面
3、失效

图1.9一号过滤器系统失效画面
4、备用

图2.0一号过滤器系统备用画面
5、反洗

图2.1一号过滤器系统在反洗状态下反洗画面
6、顺洗

图2.2一号过滤器系统在反洗状态下自动进入顺洗画面
7、正洗

图2.3一号过滤器系统在反洗状态下自动进入正洗画面
8、故障检修

图2.4一号过滤器系统故障检修画面
9、手动检修

图2.5一号过滤器系统手动选择检修画面

2 监控系统工作性能分析

2.1 化学水意义

热力系统中的水质是影响火力发电厂热力设备（锅炉、汽机等）安全、经济运行的重要因素之一。没有经过净化处理的原水，其中含有许多杂质，这种水是不允许进入热力设备中的水汽循环系统的，必须经过适当的净化处理，达到标准后，才能保证热力设备的稳定运行。如果品质不良的水进入水汽循环系统，就会造成以下几方面的危害：
1）热力设备的结垢如果进入锅炉或其他热交换器的水质不良，则经过一段时间的运行后，在和水接触的受热面上，会生成一些固体附着物，这些固体附着物称为水垢，这种现象称为结垢。结垢的速度与炉的蒸发量成正比。因此，如果品质不良的水进入高参数、大容量机组的水汽循环系统，就有可能在短时间内造成更大的危害。因为水垢的导热性能比金属的差几百倍，这些水垢又易形成在热负荷很高的锅炉炉管中，这样会使结垢部位的金属管壁温度过热，引起金属强度下降，在管内压力作用下，就会发生管道局部变形，产生鼓包，甚至引起爆管等严重事故。结垢不仅危害到锅炉的安全运行，而且会影响发电厂的经济效益。另外，在汽轮机凝汽器内结垢，会导致凝汽器真空度降低，使汽轮机达不到额定出力，热效率下降；加热器结垢会使水的加热温度达不到设计值，以致整个热力系统的经济性降低。而且热力设备结垢后还必须及时进行清洗，因此增加了机组的停运时间，减少了发电量，增加了清洗、检修的费用，以及增加了环保工作量等。
2）热力设备的腐蚀
热力设备的运行常以水作为介质。如果水质不良，则会引起金属的腐蚀。由于金属材料与环境介质反应而引起金属材料的破坏叫做金属的腐蚀。火力发电厂的给水管道，各种加热器，锅炉的省煤器、水冷壁、过热器和汽轮机凝汽器都会因水中含有溶解性气体和腐蚀介质而引起腐蚀。腐蚀不仅会缩短金属的使用寿命，而且由于金属腐蚀产物转入给水中，使给水杂质增多，从而又缩短了在热负荷高的受热面上的结垢过程，结成的垢又会促进锅炉管壁的垢下腐蚀。这种恶性循环，会迅速导致爆管事故的发生。
3）过热器和汽轮机的积盐
如果锅炉使用的水质不良，就不能产生高纯度的蒸汽，随蒸汽带出的杂质就会沉积在蒸汽流通部分，例如过热器和汽轮机里，这种现象称为积盐。过热器管内积盐会引起金属管壁过热，甚至爆管；汽轮机积盐会大大降低汽轮机的出力和效率。特别是对于高温、高压的大容量汽轮机，它的高压蒸汽通流部分的截面积很小，所以少量的积盐就会大大增加蒸汽流通的阻力，使汽轮机的出力下降。当汽轮机积盐严重时，还会使推力轴承负荷增大隔板弯曲，造成事故停机。

2.2火力发电厂水处理的内容

火力发电厂的水处理工作主要包括以下内容：
（1）净化原水
制备热力系统所需的补给水工艺，包括除去原水中的悬浮物和胶体颗粒的澄清、过滤等预处理，除去水中全部溶解性盐类的除盐处理。制备补给水的处理经常称为炉外水处理。
（2）给水处理
对给水进行除氧或加氧、提高PH 值的各种加药处理，以保证给水的质量。
（3）凝结水处理
对直流锅炉机组或某些亚临界汽包炉机组，要进行凝结水的除铁、除盐等净化处理。
（4）冷却水处理
对循环冷却水进行加氯杀死微生物，加缓蚀阻垢剂防止系统的结垢和腐蚀。这些处理工艺叫做冷却水处理。
（5）水汽监督
对热力系统各部风、各阶段的水汽质量进行监督，并在水汽质量劣化时进行处理，也是水处理工作的内容之一。
（6）机组停运保养
随着机组容量的增加和参与调峰，机组停运保养工作愈显重要，而且它与水处理工作也密切相关。它包括停运前对热力系统进行加药处理工作。
（7）化学清洗
当锅炉水冷壁结垢量超过部颁标准时，必须对锅炉本体进行化学清洗。在化学清洗过程中，要求在不同阶段提供不同质量的水，因此水处理工作是保证化学清洗效果的重要原因之一。除此之外，火力发电厂水处理工作包括发电机的冷却水处理和来自各种渠道的废水处理等。

2.3控制过程说明

一级除盐设备的投运和再生由PLC实现自动控制，也可通过键盘和鼠标在控制室内的操作站上进行远方操作。一级除盐设备的出水导电率超过规定值或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。混合离子交换器的投运和再生由PLC实现自动控制，或者通过键盘和鼠标进行远方操作。当混合离子交换器出水导
　　电率和二氧化硅超过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。高效过滤器和活性碳过滤器由PLC实现自动控制，也可采用键盘和鼠标在控制室内的操作站上进行远方操作。当其进出口压差超过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入反洗程序。以上操作以前都由操作人员执行，执行新系统后上述操作都可以不需要操作人员干预。中间水箱水位由PLC实现自动控制（通过调节阳床入口调节阀），使一级除盐系统投运时中间水箱水位稳定在正常位置。中间水泵启停与中间水位联锁，低液位启泵、高液位停泵，保证中间水泵的安全使用。阀门、泵等的控制状态显示，自动／手动／就地操作和选择联锁。系统所有流量、压力可在操作界面上实时监视，原水流量、阴床出口流量、混床出口流量显示积算并作历史纪录，可分别查看一级除盐、混床再生制水量。系统控制每列除盐装置的投运、停止和再生程序、自动加酸加碱程序、自动/半自动启动另一列除盐装置程序等。对于顺控设置必要的分步操作、成组操作或单独操作等，并有跳步、中断或旁路等操作功能。系统投运以及活性炭清洗、一级除盐再生和混床再生可由系统自动完成或操作员步延、步进手动干预，在操作站界面上显示各步骤设定时间和剩余时间以及步进、步延指示等。[3]

3 创新实践训练总结

本次实习理论结合实践，激发了我浓厚的学习兴趣。实习第一天老师先给我们介绍了一些基础知识，然后让我们进行创意造型练习，这不但让我们练习了技术，而且培养了我们的创新能力。总的来说，我对这门课是热情高涨的。
通过这次实训，我学到了很多知识、经验和教训。不论做什么事情，都要先对它产生兴趣，要全身心的的投入，要认真仔细。当然在实训过程中不可避免的会遇到很多问题，当我们遇到问题时，我们一定要进行独立思考，认真进行分析，勇于克服困难。想要说的还有很多，总之，感谢学校能给我们这次锻炼的机会。

参考文献

[1] 范旭光.浅谈PLC在工程设计中的应用与发展[J].机械工程师，2012，6（6）：199-200.
[2] 贾月军. 仿真软件在自动控制中的应用研究[D].保定:华北电力大学，2014：1-3.
[3] 陈德.浅谈化学水集控功能调整方式对效率的影响[J].内蒙古电力技术，2006，24（5）：35-36.