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(dòng)化控制系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)說(shuō)明
1 自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)選用德國(guó)SIEMENS公司的S7-300 PLC系統(tǒng)實(shí)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(dòng)控制和自動(dòng)運(yùn)行。
S7-300系統(tǒng)是目前國(guó)際上被廣泛使用的一種通用型PLC，能適合自動(dòng)化工程中的各種應(yīng)用場(chǎng)合。模塊化、無(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置、以及用戶(hù)易于掌握等特點(diǎn)，使得S7-300成為一種既經(jīng)濟(jì)又切合實(shí)際的解決方案。
（2）全集成自動(dòng)化思想
隨著自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，今天的自動(dòng)化控制概念也發(fā)生了巨大的變化。在傳統(tǒng)的自動(dòng)化解決方案中，自動(dòng)化控制實(shí)際上是由各種獨(dú)立的、分離的技術(shù)和不同廠家的產(chǎn)品來(lái)搭配起來(lái)的，比如一個(gè)大型工廠經(jīng)常是由過(guò)程控制系統(tǒng)、可編程控制器、上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、SCADA系統(tǒng)和人機(jī)界面產(chǎn)品共同進(jìn)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(lèi)型和不同廠商的接口軟件和硬件來(lái)連接、配置和調(diào)試。
全集成自動(dòng)化思想就是用一種系統(tǒng)完成原來(lái)由多種系統(tǒng)搭配起來(lái)才能完成的所有功能。應(yīng)用這種解決方案，可以大大簡(jiǎn)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(dòng)化可以克服上位機(jī)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(shí)，全集成自動(dòng)化解決方案還可以為所有的自動(dòng)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(gè)用戶(hù)接口下，集成在一個(gè)有全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的總體系統(tǒng)中。所以技術(shù)人員可以在一個(gè)平臺(tái)下對(duì)所有應(yīng)用進(jìn)行組態(tài)和編程任務(wù)。由于應(yīng)用一個(gè)組態(tài)平臺(tái)，培訓(xùn)和工程變得簡(jiǎn)單，費(fèi)用也大大降低。
（3） PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線
PROFIBUS用于現(xiàn)場(chǎng)控制及檢測(cè)采集單元的數(shù)據(jù)交換。PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線是基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)EN50170的開(kāi)放的現(xiàn)場(chǎng)總線，采用令牌調(diào)度原理進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，主要包括最高波特率可達(dá)12M的高速總線PROFIBUS－DP(H2)和用于過(guò)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(chǎng)總線在結(jié)構(gòu)和性能上優(yōu)越于其他現(xiàn)場(chǎng)總線。PROFIBUS既適合于自動(dòng)化系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)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(dòng)裝置和其它現(xiàn)場(chǎng)儀表及設(shè)備，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行采集和監(jiān)控，并且用一對(duì)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(fèi)用，也相應(yīng)節(jié)省了施工調(diào)試以及系統(tǒng)投運(yùn)后的維護(hù)時(shí)間和費(fèi)用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用PROFIBUS可以使工程總造價(jià)降低20-40%。
（4）基于全集成自動(dòng)化思想的過(guò)程控制系統(tǒng)S7-300
隨著工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及對(duì)工業(yè)自動(dòng)化過(guò)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(hù)性、人機(jī)界面的友好性、數(shù)據(jù)的可分析可管理性等各個(gè)方面都提出了愈來(lái)愈高的要求, 同時(shí)也為工業(yè)自動(dòng)化過(guò)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(chǎng)儀表級(jí)的數(shù)據(jù)交換日益增加，
? 現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，
? 廠商的產(chǎn)品日益開(kāi)放，通過(guò)OPC、SQL等技術(shù)使得不同系統(tǒng)之間的準(zhǔn)確、高速、大量的數(shù)據(jù)交換得以實(shí)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(mǎn)足90年代自動(dòng)化過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，S7-300過(guò)程控制系統(tǒng)就是在這種形勢(shì)下開(kāi)發(fā)的新一代過(guò)程控制系統(tǒng)，它是一個(gè)全集成的、結(jié)構(gòu)完整、功能完善、面向整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的過(guò)程控制系統(tǒng)。
S7-300過(guò)程控制系統(tǒng)具備了以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：
? 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(jī)界面
? 開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，可以同管理級(jí)進(jìn)行通訊
? 同現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)融為一體
本方案設(shè)計(jì)S7-300采用優(yōu)秀的上位機(jī)軟件WinCC作為操作和監(jiān)控的人機(jī)界面，利用開(kāi)放現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息采集和系統(tǒng)通訊，采用S7自動(dòng)化系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)控制單元實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，以靈活多樣的分布式I/O接收現(xiàn)場(chǎng)傳感檢測(cè)信號(hào)。
S7-300是基于全集成自動(dòng)化思想的系統(tǒng)，其集成的核心是統(tǒng)一的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)和唯一的數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件，所有的系統(tǒng)信息都存儲(chǔ)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中而且只需輸入一次，這樣就大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的整體性和信息的準(zhǔn)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(chǎng)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(chǎng)過(guò)程、控制設(shè)備之間的通訊。
S7-300采用符合IEC－1131－3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的編程軟件和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備庫(kù)，提供連續(xù)控制、順序控制及高級(jí)編程語(yǔ)言。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備庫(kù)提供大量的常用的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息及功能塊，可大大簡(jiǎn)化組態(tài)工作，縮短工程周期。S7-300具有ODBC、OLE等標(biāo)準(zhǔn)接口，并且應(yīng)用以太網(wǎng)、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線等開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)，從而具有很強(qiáng)的開(kāi)放性，可以很容易地連接上位機(jī)管理系統(tǒng)和其它廠商的控制系統(tǒng)。
（5）自動(dòng)控制
①硬件 硬件組成如下
? 系統(tǒng)硬件 包括1臺(tái)觸摸屏主控臺(tái)和1套可編程控制器（西門(mén)子S7-300）構(gòu)成的控制網(wǎng)絡(luò)。
? 各種檢測(cè)控制儀表及控制閥門(mén)。
②軟件 軟件組成如下：
? PLC應(yīng)用軟件：   選用西門(mén)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(diǎn)
根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況及工藝要求，設(shè)計(jì)采用目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)并成熟的SCADA控制系統(tǒng)。
? PLC結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏直接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備并采集現(xiàn)場(chǎng)全部的模擬信號(hào)和開(kāi)關(guān)   信號(hào)，上位機(jī)通過(guò)通信電纜并按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與PLC建立通信。
? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制備脫堿水流量瞬時(shí)值及累計(jì)值的數(shù)據(jù)采集及記錄；
? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制備軟化水流量瞬時(shí)值及累計(jì)值的數(shù)據(jù)采集及記錄；
? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中間水箱、軟化水箱、脫鹽水箱液位的在線檢測(cè)及控制；
? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中間水箱PH值的在線檢測(cè)及通過(guò)PH值處理系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)控制；
? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加藥箱液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制；
? 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各水泵的自動(dòng)/手動(dòng)控制及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控；
? 由于PLC有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，以后增加控制任務(wù)時(shí)，無(wú)需再增加整個(gè)PLC系統(tǒng)，只需通過(guò)擴(kuò)展電纜連接相應(yīng)的擴(kuò)展模塊就可以了，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的性能價(jià)格比。
9.3.2 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介
（1）鍋爐水脫堿、脫硬軟化處理子系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介
鍋爐水脫堿、脫硬軟化處理系統(tǒng)配置手動(dòng)、自動(dòng)和強(qiáng)制再生三種控制方式：
（1）手動(dòng)控制方式：
系統(tǒng)在手動(dòng)方式下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)設(shè)定進(jìn)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(dòng)完成各個(gè)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)出水、反洗、再生、置換、正洗、待機(jī)等各個(gè)工作過(guò)程。
當(dāng)流量計(jì)出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能夠手動(dòng)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(shí)間的線性關(guān)系，將流量信號(hào)切換為時(shí)間信號(hào)，控制流程同流量控制模式。
（2）自動(dòng)控制模式：
系統(tǒng)在自動(dòng)控制模式下，根據(jù)主控臺(tái)的參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行系統(tǒng)控制，控制過(guò)程與手動(dòng)方式相同。
（3）強(qiáng)制再生模式：
在脫堿、軟化水處理裝置的運(yùn)行過(guò)程中，若出水水質(zhì)不合格而需要對(duì)樹(shù)脂重新再生時(shí)，可使用強(qiáng)制再生程序。在該模式下，按下強(qiáng)制再生按鈕，系統(tǒng)將由工作狀態(tài)自動(dòng)轉(zhuǎn)為反洗狀態(tài)，并按設(shè)定程序及時(shí)間順序完成再生、置換、正洗、待機(jī)等工步，完成強(qiáng)制再生過(guò)程后轉(zhuǎn)入自動(dòng)運(yùn)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(shuō)明
氫離子交換器系統(tǒng)（脫堿處理）由三臺(tái)氫離子交換器以及鹽酸貯槽、酸計(jì)量箱、酸輸送泵、酸再生泵和脫氣塔及風(fēng)機(jī)所組成；氫離子交換器每個(gè)具有6個(gè)電動(dòng)閥門(mén)；酸計(jì)量箱有液位開(kāi)關(guān)、進(jìn)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(gè)氫離子交換器由5個(gè)工序夠成一個(gè)工作循環(huán)，按累積流量控制原則自動(dòng)運(yùn)行，并具有“單機(jī)運(yùn)行”、 “三罐聯(lián)機(jī)交替運(yùn)行”的運(yùn)行模式。要求本氫離子交換器通過(guò)PLC等手段控制相應(yīng)的泵、閥、風(fēng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)過(guò)程工藝控制要求，并備有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，并可以接受上位機(jī)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(shuō)明
鈉離子交換器系統(tǒng)（軟化處理）由三臺(tái)鈉離子交換器以及鹽液箱、鹽計(jì)量箱、鹽輸送泵、鹽液過(guò)濾器、鹽再生泵所組成；鈉離子交換器每個(gè)具有6個(gè)電動(dòng)閥門(mén)；鹽液箱具有液位開(kāi)關(guān)、進(jìn)水和回流電磁閥；鹽計(jì)量箱有液位傳感器、進(jìn)口出口電磁閥等控制元件；每個(gè)鈉離子交換器由5個(gè)工序夠成一個(gè)工作循環(huán)，按流量控制（或時(shí)間控制）原則自動(dòng)運(yùn)行或手動(dòng)運(yùn)行，并具有“單機(jī)運(yùn)行”、 “三罐聯(lián)機(jī)交替運(yùn)行”的運(yùn)行模式。要求本鈉離子交換器通過(guò)PLC等手段控制相應(yīng)的泵、閥以實(shí)現(xiàn)過(guò)程工藝控制要求，并備有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口與上位機(jī)進(jìn)行通訊，并可以接受上位機(jī)的控制。
（4）運(yùn)行模式說(shuō)明
氫離子交換器系統(tǒng)、鈉離子交換器系統(tǒng)運(yùn)行具有三種模式：
⑴單機(jī)運(yùn)行。
⑵三罐聯(lián)機(jī)交替運(yùn)行模式。
⑶強(qiáng)制再生模式
三罐聯(lián)機(jī)交替運(yùn)行模式（三臺(tái)運(yùn)行）時(shí)：要求三臺(tái)交換器中兩兩組合循環(huán)交替運(yùn)行，不要總是固定其中兩臺(tái)運(yùn)行（人為選擇和某一罐故障時(shí)除外）；備用某一臺(tái)故障后可自動(dòng)選擇另外一臺(tái)投入運(yùn)行。
單機(jī)運(yùn)行要求可自動(dòng)也可手動(dòng)控制：⑴自動(dòng)：選擇任一工序，按啟動(dòng)按鈕交換器自動(dòng)運(yùn)行至待機(jī)，無(wú)選擇，啟動(dòng)則從出水開(kāi)始；⑵手動(dòng)：不受時(shí)間或流量限制，可點(diǎn)動(dòng)步進(jìn)控制。
自動(dòng)運(yùn)行：兩用一備模式下，由任意一臺(tái)啟動(dòng)運(yùn)行至設(shè)定累計(jì)出水流量的一半（或出水工序時(shí)間的一半）時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)另一臺(tái)，然后雙機(jī)共同運(yùn)行；直至其中一臺(tái)出水工序結(jié)束時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)另一臺(tái)，如此自動(dòng)循環(huán)。
9.3.3 系統(tǒng)硬件配置說(shuō)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(guò)PROFIBUS-DP方式進(jìn)行通訊，除中央處理器機(jī)架外，還可通過(guò)擴(kuò)展連接模塊擴(kuò)展3個(gè)I/O機(jī)架，系統(tǒng)可配置最大數(shù)字量通道16384個(gè)，最大模擬量通道1024個(gè)。
本方案中配置了一個(gè)中央處理器機(jī)架和一個(gè)I/O擴(kuò)展機(jī)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(hào)分別為：
32點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊：6ES73211BL000AA0。本方案共配置了12塊，計(jì)384點(diǎn)；
32點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊：6ES73221BL000AA0。本方案共配置了6塊，計(jì)192點(diǎn)；
8點(diǎn)模擬量輸入模塊：6ES73317KF020AB0。本方案共配置了3塊，計(jì)24點(diǎn)；
8點(diǎn)模擬量輸出模塊：6ES73325HF000AB0。本方案共配置了3塊，計(jì)24點(diǎn)；
以上配置按10%預(yù)留量計(jì)算。
（3）人機(jī)接口界面（HMI）
系統(tǒng)的人機(jī)接口界面（HMI）采用SIEMENS公司的MP370觸屏操作面板，具體型號(hào)為6AV65450DA100AX0；12英寸、256色、分辨率800*600。
人機(jī)接口界面安裝在控制室的PLC機(jī)主控柜上，用于對(duì)整個(gè)工藝過(guò)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(dòng)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(shí)也可用于在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)對(duì)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(jī)接口界面的組態(tài)
    人機(jī)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(jī)主控柜
本方案中設(shè)置一面PLC機(jī)柜，機(jī)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(kāi)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(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈等以及380VAC的中間繼電器采用國(guó)際知名的ABB、施耐德或西門(mén)子公司的產(chǎn)品。
（1） 低壓電控柜（120）
設(shè)置一臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制柜，控制柜的尺寸為2200*800*800，用于3臺(tái)15KW電機(jī)的就地控制，電機(jī)采用變頻控制，變頻器為國(guó)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(kāi)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(mǎn)足輻射標(biāo)準(zhǔn)EN55011 A級(jí)和B級(jí)，柜內(nèi)安裝，防護(hù)等級(jí)IP20，安裝在現(xiàn)場(chǎng)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(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制柜，控制柜的尺寸為2200*800*800，用于3臺(tái)11KW電機(jī)的就地控制，電機(jī)采用變頻控制，變頻器為國(guó)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(kāi)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(mǎn)足輻射標(biāo)準(zhǔn)EN55011 A級(jí)和B級(jí)，柜內(nèi)安裝，防護(hù)等級(jí)IP20，安裝在現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)使用的開(kāi)關(guān)電動(dòng)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(tái)現(xiàn)場(chǎng)控制柜，控制柜的尺寸為2200*800*800，用于5臺(tái)3KW水泵電機(jī)的就地控制（2臺(tái)輸鹽泵、3臺(tái)輸酸泵）和1臺(tái)風(fēng)機(jī)電機(jī)的控制，電機(jī)采用直接啟動(dòng)，回路中的配套設(shè)備有斷路器、接觸器、熱繼電器、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈等。

觸摸屏畫(huà)面

流程1

流程2

流程3

流程4

運(yùn)行參數(shù)

操作畫(huà)面