基于嵌入式控制器的電站廢水處理的控制系統(tǒng)

    鍋爐作為熱電站的主要設(shè)備，要求安全長(zhǎng)周期運(yùn)行，其中結(jié)垢是影響壽命的主要因素，對(duì)水的要求比較高。鍋爐用水是將水在一定的溫度和壓力下加熱產(chǎn)生蒸汽，用蒸汽作為傳熱和動(dòng)力的介質(zhì)，對(duì)于低壓和中壓鍋爐，這種鍋爐對(duì)水質(zhì)要求稍低；而高壓鍋爐對(duì)水質(zhì)要求非常高。凡能導(dǎo)致鍋爐、給水系統(tǒng)及其它熱力設(shè)備腐蝕、結(jié)垢及引起汽水共騰現(xiàn)象，使離子交換樹脂中毒的雜質(zhì)如溶解氧、可溶性二氧化硅、鐵以及余氯等都應(yīng)大部分或全部出去。在鍋爐水處理中，鍋爐補(bǔ)充水的離子交換水處理是最基本和最重要的水處理方法，我單位三個(gè)電站均采用這種方法。離子交換樹脂失效后必須加堿或加酸進(jìn)行還原，因此產(chǎn)生大量的酸堿廢水，直接外排不但影響環(huán)境，而且受到環(huán)保部門的監(jiān)視，造成不必要的損失，直接影響經(jīng)濟(jì)效益。

    一、酸堿廢水處理方法

    廢水排放的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為PH值在6.0～8.5之間，因而廢水處理的基本方法：酸性水堿，堿性水加酸，即廢水中和處理，使廢水的PH值達(dá)到6.0～8.5之間，進(jìn)行合格排放。理想的情況是采用在線處理方法，即一邊排放，一邊根據(jù)檢測(cè)的PH值加酸或加堿，達(dá)到中性水的標(biāo)準(zhǔn)，是我們科技人員追求的目標(biāo)，但由于受到來(lái)水水質(zhì)以及PH值檢測(cè)滯后等因素的影響，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成功應(yīng)用的案例。我單位二電站廢水處理改造前的方法基本上是按這種原理，并且采用了PLC可編程控制器，效果不理想?，F(xiàn)在普遍采用靜態(tài)處理方法，即將化學(xué)廢水集中到處理池子中，當(dāng)池子的液位達(dá)到一定高度時(shí)進(jìn)行中和處理。

    根據(jù)陰陽(yáng)床還原水的特點(diǎn)，陽(yáng)床多于陰床，處理池中廢水一般呈酸性，加適當(dāng)堿進(jìn)行中和即能達(dá)標(biāo)。怎樣加堿加多少堿，是我們研究的主要問(wèn)題。

    過(guò)去的方法靠人工加堿，由于沒(méi)有在線PH計(jì)，加堿過(guò)程只能憑感覺(jué)，不是加多了就是加少了。因此我單位提出對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用計(jì)算機(jī)控制加堿過(guò)程。加多少堿由計(jì)算機(jī)根據(jù)在線PH值自動(dòng)進(jìn)行。由于每天處理的廢水量大，要求每池廢水處理的時(shí)間越短越好，即要求加完堿后，池中很快混合均勻?；旌系姆椒ㄓ校?

    ①池中加攪拌機(jī)攪拌，如二電站改造前的小中和池方案；

    ②池中加爆氣頭進(jìn)行攪拌，如一電站采取的多點(diǎn)加堿加爆氣頭方案；

    ③加循環(huán)泵使水循環(huán)，如二電站的循環(huán)管道加堿方案，堿不但在管道中混合均勻，而且經(jīng)過(guò)池中的循環(huán)達(dá)到均勻。

    二、計(jì)算機(jī)控制的酸堿廢水處理原理

    鍋爐水處理系統(tǒng)的酸堿廢水處理現(xiàn)場(chǎng)和操作室之間距離比較遠(yuǎn)，強(qiáng)電控制柜放在現(xiàn)場(chǎng)控制室，為了防止干擾計(jì)算機(jī)通過(guò)中間繼電器去控制。酸堿廢水處理現(xiàn)場(chǎng)由處理池、貯水池、堿罐、加堿泵、用于處理池?cái)嚢璧难h(huán)泵或風(fēng)機(jī)、用于處理池和貯水池之間的倒水泵、電動(dòng)閥門以及各種測(cè)量?jī)x表組成。

    需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)：處理池和貯水池的液位、堿罐液位、管道PH值、池子PH值、外排PH值和流量。

    需要控制的設(shè)備有：循環(huán)液下泵或風(fēng)機(jī)、倒水泵、加藥計(jì)量泵、電動(dòng)閥門原理：測(cè)量數(shù)據(jù)直接進(jìn)入控制器中，各種電機(jī)的控制是由控制器的開關(guān)量輸出控制中間繼電器的吸合，再由中間繼電器的常開觸點(diǎn)控制現(xiàn)場(chǎng)控制柜的各回路的接觸器動(dòng)作，從而啟動(dòng)或停止各設(shè)備工作。同時(shí)接觸器的一對(duì)常開觸點(diǎn)閉合，反饋給繼電器柜的輸入繼電器，中間繼電器的觸點(diǎn)作為控制器的開關(guān)量輸入，輸入給計(jì)算機(jī)用以判斷設(shè)備是否可靠啟動(dòng)，以及判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    各設(shè)備的操作可以在三個(gè)地方操作：

    ①計(jì)算機(jī)畫面上通過(guò)鼠標(biāo)操作；
    ②現(xiàn)場(chǎng)控制柜面板上的操作；
    ③設(shè)備旁的操作按鈕操作。

    三、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    3.1 系統(tǒng)硬件配置

    系統(tǒng)采用上下位機(jī)的控制方式。上位機(jī)采用工業(yè)PC機(jī)，與下位機(jī)采用485進(jìn)行通信，上位機(jī)主要完成工藝流程畫面的顯示，實(shí)時(shí)采集各點(diǎn)值，并在畫面上動(dòng)態(tài)顯示實(shí)際值，自動(dòng)保存各點(diǎn)值，自動(dòng)報(bào)警、統(tǒng)計(jì)打印、報(bào)表等。下位機(jī)采用臺(tái)灣泓格的I-8811嵌入式控制器，它由各種AI、AO、DI、DO等卡件組成。其功能，現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)過(guò)線纜，傳輸?shù)叫盘?hào)處理卡，處理成便于計(jì)算機(jī)處理的1～5V直流信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過(guò)485上傳給上位機(jī)。對(duì)于調(diào)節(jié)回路各回路的輸入信號(hào)與上位機(jī)下傳的給定信號(hào)進(jìn)行比較，如果超出設(shè)定的調(diào)節(jié)偏差范圍，則按照上位機(jī)下傳的PID系數(shù)進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，結(jié)果經(jīng)輸出模塊處理后去控制調(diào)節(jié)閥。

    3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    上位機(jī)的監(jiān)控軟件采用Interllution 公司的iFIX2.6版本，它是基于多任務(wù)，多平臺(tái)，實(shí)時(shí)性好，開放性好的集成軟件包。集成了COM/DCOM、OPC、VBA、ActiveX等最先進(jìn)的現(xiàn)代軟件技術(shù)，使所有的應(yīng)用組件都可以無(wú)縫集成到一個(gè)系統(tǒng)中，并且數(shù)據(jù)可以很方便地在網(wǎng)絡(luò)上共享。用它生成的系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，在工控領(lǐng)域已廣泛應(yīng)用。臺(tái)灣泓格不但提供了控制器的測(cè)試軟件，而且免費(fèi)提供了與iFIX的接口程序。系統(tǒng)采用組態(tài)軟件iFIX產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)我們二次開發(fā)，結(jié)合這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)組態(tài)為我們所需的各種功能模塊，完成我們所需的任務(wù)。組態(tài)包括系統(tǒng)組態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、回路組態(tài)、流程圖組態(tài)、報(bào)警組態(tài)等。

    在iFIX監(jiān)控軟件中對(duì)8811組態(tài)也是比較方便的。主要的內(nèi)容包括：

    ①通道定義，即定義iFIX的SCADA節(jié)點(diǎn)和過(guò)程硬件之間的通訊途徑，包括網(wǎng)絡(luò)硬件的波特率和其它的通訊設(shè)值。

    ②設(shè)備定義，即定義單個(gè)設(shè)備，所指定的硬件類型和其它設(shè)備不同的配置。包括設(shè)備名、設(shè)備地址、設(shè)備型號(hào)。

    ③Poll（輪詢）記錄定義，在一個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)塊里，定義指定的參數(shù)。包括初始地址和數(shù)據(jù)類型，以及輪詢時(shí)間和等待時(shí)間的定義

    3.3 控制系統(tǒng)的主要功能

    ①監(jiān)測(cè)功能：對(duì)處理池液位、酸度、電機(jī)電流等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)視；

    ②實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)工藝流程顯示功能：即系統(tǒng)操作、控制的主畫面，在該畫面上實(shí)時(shí)顯示各閥門的開啟狀態(tài)，切換是否成功，泵是否打開，對(duì)于控制點(diǎn)，顯示該點(diǎn)的設(shè)定值和實(shí)際值，液位高低等；

    ③數(shù)據(jù)處理功能：系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，并輸出相應(yīng)的控制量；

    ④控制功能：根據(jù)操作前相應(yīng)的設(shè)定值自動(dòng)控制設(shè)備的正常運(yùn)行，具有手動(dòng)自動(dòng)切換；

    ⑤趨勢(shì)模塊：可以看到PH值隨加藥量、及時(shí)間的變化曲線；

    ⑥報(bào)警功能：以畫面方式和聲光信號(hào)方式對(duì)各種參數(shù)越限或設(shè)備狀態(tài)異常進(jìn)行報(bào)警；

    ⑦報(bào)表功能：可根據(jù)用戶的要求自動(dòng)生成日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表以及其他表格，同時(shí)選擇畫面上的打印按鈕打印報(bào)表。報(bào)表保存時(shí)間根需要確定，并可隨時(shí)查詢和打印自動(dòng)加堿的全過(guò)程參數(shù)。

    3.4 廢水的自動(dòng)化中和處理

    每次處理池處理的廢水達(dá)幾百噸，初始PH值相差很大，并且水中的沉淀物也不一樣，很難采用傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)方式進(jìn)行加堿。我們采用模擬人工加堿方式進(jìn)行。加堿前使廢水混合均勻，測(cè)量PH值，根據(jù)PH值加堿，混合均勻后再判斷，直到水質(zhì)合格。

    廢水中和處理的自動(dòng)化過(guò)程：當(dāng)處理池達(dá)到給定的水位時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)，池中爆氣頭開始爆氣，進(jìn)行攪拌，混合均勻后（時(shí)間長(zhǎng)短可以設(shè)定），測(cè)量池中PH值。如果池中呈酸性，程序控制自動(dòng)加堿使之中和，使PH值達(dá)到6~8.5之間的排放標(biāo)準(zhǔn)。如果PH值大于8.5時(shí)從儲(chǔ)水池抽酸性水或?qū)⑻幚沓氐膲A性水抽一部分到儲(chǔ)水池，再?gòu)年?yáng)床進(jìn)一部分酸性水，充分混合達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，啟動(dòng)排放閥排放。

圖2 自動(dòng)加堿程序框圖

    四、結(jié)束語(yǔ)

    該系統(tǒng)已在我單位一電站、二電站廢水中和處理改造中得到應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期效果，提高了生產(chǎn)自動(dòng)化水平。采用模擬人工加堿方式，方法可行。系統(tǒng)具有通用性，可應(yīng)用于電站、制藥、紡織等行業(yè)。