基于嵌入式控制器的電站廢水處理的控制系統(tǒng)

隨著全民環(huán)保意識的加強，電站水處理系統(tǒng)廢水外排必須達(dá)標(biāo)排放。廢水處理采用計算機控制，控制系統(tǒng)采用上下位機結(jié)構(gòu)，硬件采用工控機和泓格i-8811嵌入式控制器，軟件采用通用組態(tài)軟件ifix。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，簡單可靠，維修方便，現(xiàn)場設(shè)備可實現(xiàn)三地控制。加堿程序采用模擬人工加堿方式，方法可行。

鍋爐作為熱電站的主要設(shè)備，要求安全長周期運行，其中結(jié)垢是影響壽命的主要因素，對水的要求比較高。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力的介質(zhì)，對于低壓和中壓鍋爐，這種鍋爐對水質(zhì)要求稍低；而高壓鍋爐對水質(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)濟效益。 一、酸堿廢水處理方法

廢水排放的國家標(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)，但由于受到來水水質(zhì)以及ph值檢測滯后等因素的影響，目前國內(nèi)還沒有成功應(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)到一定高度時進行中和處理。

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

過去的方法靠人工加堿，由于沒有在線ph計，加堿過程只能憑感覺，不是加多了就是加少了。因此我單位提出對原系統(tǒng)進行改造，采用計算機控制加堿過程。加多少堿由計算機根據(jù)在線ph值自動進行。由于每天處理的廢水量大，要求每池廢水處理的時間越短越好，即要求加完堿后，池中很快混合均勻?；旌系姆椒ㄓ校?

①池中加攪拌機攪拌，如二電站改造前的小中和池方案；
②池中加爆氣頭進行攪拌，如一電站采取的多點加堿加爆氣頭方案；
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)過池中的循環(huán)達(dá)到均勻。

二、計算機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)場和操作室之間距離比較遠(yuǎn)，強電控制柜放在現(xiàn)場控制室，為了防止干擾計算機通過中間繼電器去控制。酸堿廢水處理現(xiàn)場由處理池、貯水池、堿罐、加堿泵、用于處理池攪拌的循環(huán)泵或風(fēng)機、用于處理池和貯水池之間的倒水泵、電動閥門以及各種測量儀表組成。

需要檢測的數(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、倒水泵、加藥計量泵、電動閥門原理：測量數(shù)據(jù)直接進入控制器中，各種電機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控制現(xiàn)場控制柜的各回路的接觸器動作，從而啟動或停止各設(shè)備工作。同時接觸器的一對常開觸點閉合，反饋給繼電器柜的輸入繼電器，中間繼電器的觸點作為控制器的開關(guān)量輸入，輸入給計算機用以判斷設(shè)備是否可靠啟動，以及判斷設(shè)備的運行狀態(tài)。

各設(shè)備的操作可以在三個地方操作：
①計算機畫面上通過鼠標(biāo)操作；
②現(xiàn)場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

3.1 系統(tǒng)硬件配置

系統(tǒng)采用上下位機的控制方式。上位機采用工業(yè)pc機，與下位機采用485進行通信，上位機主要完成工藝流程畫面的顯示，實時采集各點值，并在畫面上動態(tài)顯示實際值，自動保存各點值，自動報警、統(tǒng)計打印、報表等。下位機采用臺灣泓格的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)場信號經(jīng)過線纜，傳輸?shù)叫盘柼幚砜ǎ幚沓杀阌谟嬎銠C處理的1～5v直流信號，a/d轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過485上傳給上位機。對于調(diào)節(jié)回路各回路的輸入信號與上位機下傳的給定信號進行比較，如果超出設(shè)定的調(diào)節(jié)偏差范圍，則按照上位機下傳的pid系數(shù)進行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

上位機的監(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，實時性好，開放性好的集成軟件包。集成了com/dcom、opc、vba、activex等最先進的現(xiàn)代軟件技術(shù)，使所有的應(yīng)用組件都可以無縫集成到一個系統(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。臺灣泓格不但提供了控制器的測試軟件，而且免費提供了與ifix的接口程序。系統(tǒng)采用組態(tài)軟件ifix產(chǎn)品，經(jīng)過我們二次開發(fā)，結(jié)合這個系統(tǒng)的特點組態(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)、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)庫組態(tài)、回路組態(tài)、流程圖組態(tài)、報警組態(tài)等。 在ifix監(jiān)控軟件中對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)點和過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。

③poll（輪詢）記錄定義，在一個設(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，以及輪詢時間和等待時間的定義

3.3 控制系統(tǒng)的主要功能

①監(jiān)測功能：對處理池液位、酸度、電機電流等參數(shù)進行檢測、監(jiān)視；
②實時動態(tài)工藝流程顯示功能：即系統(tǒng)操作、控制的主畫面，在該畫面上實時顯示各閥門的開啟狀態(tài)，切換是否成功，泵是否打開，對于控制點，顯示該點的設(shè)定值和實際值，液位高低等；
③數(shù)據(jù)處理功能：系統(tǒng)可自動對采集的信號進行運算，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)定值自動控制設(shè)備的正常運行，具有手動自動切換；
⑤趨勢模塊：可以看到ph值隨加藥量、及時間的變化曲線；
⑥報警功能：以畫面方式和聲光信號方式對各種參數(shù)越限或設(shè)備狀態(tài)異常進行報警；
⑦報表功能：可根據(jù)用戶的要求自動生成日報表、月報表以及其他表格，同時選擇畫面上的打印按鈕打印報表。報表保存時間根需要確定，并可隨時查詢和打印自動加堿的全過程參數(shù)。

3.4 廢水的自動化中和處理

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)方式進行加堿。我們采用模擬人工加堿方式進行。加堿前使廢水混合均勻，測量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化過程：當(dāng)處理池達(dá)到給定的水位時，啟動壓縮機，池中爆氣頭開始爆氣，進行攪拌，混合均勻后（時間長短可以設(shè)定），測量池中ph值。如果池中呈酸性，程序控制自動加堿使之中和，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時從儲水池抽酸性水或?qū)⑻幚沓氐膲A性水抽一部分到儲水池，再從陽床進一部分酸性水，充分混合達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，啟動排放閥排放。

四、結(jié)束語

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)。