一、引言

近十年来，随着科学技术，尤其是电子计算机技术的飞速发展，SCADA控制系统日渐成熟，并已在国内许多大中小型火电厂中得以广泛应用。使其无论是硬件系统，软件设计组态，还是在运行管理上都积累了很多成熟可信的经验，这对保证电厂安全，可靠，经济，文明运行起到十分重要的作用。电厂机、炉、电主控系统工控水平有了很大提高的同时，对各种辅助系统控制管理水平相应提高也提出新的要求。辅助控制系统是全厂热工自动化的重要组成部分，依靠先进的计算机技术、网络通讯技术合理有效地提高辅助系统的控制水平,是提高全厂综合自动化水平、提高电厂运行经济性、达到减人增效、增强电厂的市场竞争力的重要保证。

电厂化学水处理系统是为锅炉供水的一个很重要的辅助系统，所制水质的好坏直接影响锅炉的效率乃至寿命。由于水处理系统设备数量多、操作步骤多、工艺复杂，如果大量阀门的开关操作以及水质指标的监测均是靠人工就地完成，不仅增加了运行人员的劳动强度，还增加了误操作的可能性。同时，各工艺段的时间由人为掌握，难以保证系统的安全性和制水的科学性，出水水质受人为因素干扰很大，运行状态及水质都不能达到最优化。为保证水处理出水品质，减轻人员劳动强度，节约水和化学药品等资源，提高运行管理水平，使那些频繁而又有规律的操作由手工操作变为自动控制，更好地利用水处理设备，提高水处理系统的自动化程度，保证控制精度和制水质量，研制开发新型的监控系统很有必要。
本系统结合实际工程，设计了一套基于组态王监控软件和PLC 的SCADA 补给水控制系统，配备了各种现场仪表，系统稳定可靠，自动化程度高，从而在技术上为出水水质提供保证，使系统的运行和离子交换器的再生实现了优化，性能满足生产要求，出水水质稳定，降低了生产成本，为锅炉正常运转提供了有力的保障。

二、系统工艺过程及监控要求

由水源来的生水经过过滤除去悬浮物等杂质，再经过阳床除去K+ 、Ca2 + 、Mg2 + 、Na+ 等阳离子，经除碳和中间水箱除去CO2，然后经过阴床除去Cl- 、SO2 -4、HCO-3、HSiO-3等阴离子。系统的水处理工艺流程如图1 所示。

图1 系统工艺流程

本系统由两套完全相同的制水设备，即1套中和池及1套酸碱再生系统组成，每套由1台多介质机械过滤器、一级除盐系统组成。每个单元的水处理过程皆由投运和再生两过程组成。正常工艺流程为一单元供水（20t / h），另一单元备用，当供水单元水质或水总流量接近超指标时，启动备用单元，备用单元启动完备后，原投运单元停止，并自动转入再生以便备用。这样两单元轮流投运、再生，以实现不间断供水。

由于化学水处理工艺复杂、水质要求高，其运营的好坏直接关系到电厂的安全运行及可靠性，因此对自动化控制系统要求采用高可靠性能的控制系统，设计了组态王结合PLC的控制方式来实现对其工艺的控制功能。PLC通过现场检测元件进行数据采集，由不同功能的模块将数据按要求传至CPU进行处理，进而完成模拟量的检测与控制，实现开关量的按钮、限位开关、电机启动器、指示灯、报警器等的连接，并通过各自的通讯网络在计算机上集中信息，统一处理后在操作员站上实现各种画面显示，故障 报警，报表打印，数据存储及各种分析处理，实现化水系统的滤池、澄清池、加药设备、过滤器、刚床、阴床、混床、水箱、泵、风机、酸碱储存和计量设备的各项监控功能。

三、系统构成及方案设计

1、系统构成

本系统的配置为PLC 为执行级，工控机为管理级，数据采集由PLC 完成。系统结构框图如图2 所示。

图2 系统结构图

控制系统主要分为上位机监控管理系统和下位机水处理控制系统两部分。根据工艺流程和监控要求，PLC 共需要144 点输入，其中开关量128 点；模拟量16点；72 点开关量输出，共216 点。作为控制主机的下位机采用了MODICON TSX Premium系列中型PLC，其中64点开关量输入模块2块，16 点模拟量输入模块1块，32点开关量输出模块3 块，另加CPU 模块1 块，据此我们选用了8 槽无扩展式机架（带电源）。该系列PLC 为模块化结构，系统配置灵活，功能强大，便于扩充，完全满足控制要求。

2、系统软件设计

根据工艺流程，系统对设备的控制和操作分运行和再生两大步。上位机利用组态王软件编制相应的监控程序，实现对工艺流程图及测量数据的显示；上位机设置好过滤器、一级除盐操作系统的控制界面，通过人机对话方式由人工选定其操作的方式即点操、步操、手动、自动同时工艺管理人员或操作人员可在上位机界面上设定每一步的工作时间、调节参数、给定值、阀门点动的开关界面，并将需控制的各项参数送入下位机的指定地址内。采用MODICON 公司提供的PL Pre V4.2 作为下位机编程软件。下位机完成数据采集、状态控制、数据计算、向上位机输送数据及状态信号，接受上位机来的相关地址内的数据，通过对应的控制模块进行处理和输出，控制阀门的开/ 关及泵和风机的启/ 停。

PLC 软件设计:程控系统的软件设计采用梯形图，并采取了模块化的设计，把系统所需完成的功能分成若干模块，分别进行设计，这样做的优点是设计方便，便于程序修改，程序条理清楚，用户容易掌握。

1> 运行和再生过程自动控制模块

该模块是程控系统梯形图程序的主要部分，包括运行过程自动控制和再生过程自动控制。执行运行流程时，操作者只要按下“运行确认”键，系统便按照运行流程自动执行相应操作，直至按“结束”键结束该过程或经过系统检测判断交换器需要再生时为止。执行再生流程时，操作者需按下“再生确认”键，系统便按照再生流程自动执行相应操作，直至再生过程结束或按“结束”键结束该过程为止。该模块的程序框图如图3、4、5 所示。

图3 系统运行流程图

图4 过滤再生系统图

图5 离子交换器再生流程图

2> 手动操作模块

由于运行和再生自动控制模块是自动执行的顺序过程，它们在执行时需要一些必要的反馈信号，如阀门是否开（关）到位、电导率是否合格、时间是否到等，以此作为执行下一步操作的依据。有时因故障反馈信号不能正常发出，就需要手动操作，操作者按照运行或再生流程每执行一步发出一个指令。该模块分为几个相对独立的部分。在设计手动操作模块的程序时，为保证设备的安全，程序设置了必要的闭锁条件。如某阀门正在执行打开命令时，即使操作者误按下该阀门的关闭键，系统也不会发出关闭信号。

3> 模拟量处理模块

当温度、液位、电导率等信号进入系统以后，一方面系统把该信号与预置值进行比较，将结果作为自动执行模块的依据，另一方面PLC 对该信号进行简单处理，然后传送给上位机进行显示。

4> 与上位机的通信模块

系统采用上、下位机结构。通过上下位机通信模块，PLC 把现场数据送给上位机处理，并从上位机处接收命令和数据，启动自动过程或直接控制现场设备。

5> 报警模块

系统发出驱动某个阀门的命令后，如果该阀门经过相应时间的延时还未到达位置，将发出报警信号，提醒运行人员采取措施，排除故障。

上位机软件设计：原水通过多介质过滤器进行预处理，然后通过阳床、阴床进行一级除盐处理，净化水质。所有这些操作都在上位机上进行。上位机选用工业级控制计算机（IPC），全金属外壳，防磁，防震，抗干扰能力强，适合热电厂的特殊环境使用。

1> 组态软件介绍

该系统的上位机监控程序选用了组态王软件进行开发，画面为256 色，操作系统采用Windows 平台，根据工艺流程设计系统监控画面，并实现系统中工控机和PLC 之间的数据通信，对采集的数据进行处理，具有数据存储、查询、生成趋势曲线，报警提示、存储、查询以及报表的生成和输出等功能。

2> 监控画面组态

对于一个工业过程监控系统来说，设计一套形象、直观、生动、简捷的画面是重要的。在软件的开发过程中，人机界面的友好性显得至关重要，因为它直接和操作人员交流信息。良好的人机界面不仅要直观、生动，而且还要能准确地实时再现被控对象的真实状态，如阀门的开关、泵的启停等。根据现场运行的实际情况，在访问期间并考虑到操作的方便性和高效性，该系统利用组态王软件强大的绘图功能设计了主画面和6 个子画面。每个画面都可以通过鼠标或键盘相互切换。所有的被控对象都设置了动态属性，如阀门开关状态的变化就会引起其颜色的变化。

3> 控制方式

根据水处理系统中各设备运行有很强的时序性这一特点，PLC 又设置了点操、步操及自动等3 种操作方式。点操是通过计算机用鼠标对单个的可控设备（阀门、泵及风机等）执行远方开/ 关控制；步操是指成组操作，即根据系统运行的时序相关性成组地操作某一步序所涉及的所有相关设备；自动方式则指某一个系统从启动、运行、失效到再生后重新投运的整个过程自动运行及在线监视。而所有的控制均可以组态系统中进行方便的设置，工作人员只需要用鼠标对控制方式进行设定，便可以将命令发给PLC执行相应的控制程序，同时对于点操和步操，每个控制设备均设计有单独控制窗口，设置确认项，保证了系统的安全操作。

四、系统主要功能介绍

上位机监控系统根据系统工艺设计模拟画面，并根据PLC所采集的各种数据进行显示、报警、打印以及发送各种命令。上位机具有以下主要功能：

1、画面监控功能：显示工艺系统的模拟流程画面，画面上有相应参数的实时数据及设备的运行状态(全开或运行时为红色，全关或停止时为绿色，故障时为黄色)。画面动点的更新速率为1s。在流程画面上，可通过屏幕弹出窗口，手动控制画面上的被控设备。

2、操作事件记录：对运行人员的操作及重要报警信息进行记录，可方便地进行事故分析和故障追忆。

3、系统报警功能：任一参数报警时，画面的报警指示灯亮，同时在报警画面上自动显示相应报警信息，显示内容包括报警发生的时间、名称、当前值、报警属性、报警属性对应的限值及单位。报警出现时报警条闪烁，确认后停止闪烁。报警按优先级顺序显示报警信息，同一优先级内，以时间顺序显示报警信息。另外配有报警一览画面，可以看到全部报警信息及对历史报警进行自定义查询。

4、系统历史记录：历史趋势画面可定义16条趋势曲线，以不同颜色加以区别，并配有相应的变量说明信息和工程单位数值。而通过趋势画面还可在线调整全程周期和扫描周期，并可在线更改趋势变量。

5、报表生成与输出：报表具有定时制表、随机自动打印及请求打印报表三种方式。满足工作人员对多种数据报表形式的需求，并且监控画面、历史趋势、报表均可以通过运行人员自定义操作进行打印输出。

6、系统安全配置：系统具有多种级别的口令保护，提高了系统的安全性，操作上具备了身份验证功能，有效防止了运行人员的误操作。

五、结束语

该电厂化学水处理系统正式投入运行后，使该厂水处理系统自动化控制水平明显提高，制水量有了很大程度的提升，完全保证了该电厂发电机组的用水需要。由于控制水平的提高，制水过程中产生的废水量明显减少，起到了一定环保节能效果。系统高度的可靠性和直观简易的操作性使得控制中心值班人员。