基于嵌入式控制器的电站废水处理的控制系统

锅炉作为热电站的主要设备，要求安全长周期运行，其中结垢是影响寿命的主要因素，对水的要求比较高。锅炉用水是将水在一定的温度和压力下加热产生蒸汽，用蒸汽作为传热和动力的介质，对于低压和中压锅炉，这种锅炉对水质要求稍低；而高压锅炉对水质要求非常高。凡能导致锅炉、给水系统及其它热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象，使离子交换树脂中毒的杂质如溶解氧、可溶性二氧化硅、铁以及余氯等都应大部分或全部出去。在锅炉水处理中，锅炉补充水的离子交换水处理是最基本和最重要的水处理方法，我单位三个电站均采用这种方法。离子交换树脂失效后必须加碱或加酸进行还原，因此产生大量的酸碱废水，直接外排不但影响环境，而且受到环保部门的监视，造成不必要的损失，直接影响经济效益。

    一、酸碱废水处理方法

    废水排放的国家标准为PH值在6.0～8.5之间，因而废水处理的基本方法：酸性水碱，碱性水加酸，即废水中和处理，使废水的PH值达到6.0～8.5之间，进行合格排放。理想的情况是采用在线处理方法，即一边排放，一边根据检测的PH值加酸或加碱，达到中性水的标准，是我们科技人员追求的目标，但由于受到来水水质以及PH值检测滞后等因素的影响，目前国内还没有成功应用的案例。我单位二电站废水处理改造前的方法基本上是按这种原理，并且采用了PLC可编程控制器，效果不理想。现在普遍采用静态处理方法，即将化学废水集中到处理池子中，当池子的液位达到一定高度时进行中和处理。

    根据阴阳床还原水的特点，阳床多于阴床，处理池中废水一般呈酸性，加适当碱进行中和即能达标。怎样加碱加多少碱，是我们研究的主要问题。

    过去的方法靠人工加碱，由于没有在线PH计，加碱过程只能凭感觉，不是加多了就是加少了。因此我单位提出对原系统进行改造，采用计算机控制加碱过程。加多少碱由计算机根据在线PH值自动进行。由于每天处理的废水量大，要求每池废水处理的时间越短越好，即要求加完碱后，池中很快混合均匀。混合的方法有：

    ①池中加搅拌机搅拌，如二电站改造前的小中和池方案；

    ②池中加爆气头进行搅拌，如一电站采取的多点加碱加爆气头方案；

    ③加循环泵使水循环，如二电站的循环管道加碱方案，碱不但在管道中混合均匀，而且经过池中的循环达到均匀。

    二、计算机控制的酸碱废水处理原理

    锅炉水处理系统的酸碱废水处理现场和操作室之间距离比较远，强电控制柜放在现场控制室，为了防止干扰计算机通过中间继电器去控制。酸碱废水处理现场由处理池、贮水池、碱罐、加碱泵、用于处理池搅拌的循环泵或风机、用于处理池和贮水池之间的倒水泵、电动阀门以及各种测量仪表组成。

    需要检测的数据：处理池和贮水池的液位、碱罐液位、管道PH值、池子PH值、外排PH值和流量。

    需要控制的设备有：循环液下泵或风机、倒水泵、加药计量泵、电动阀门原理：测量数据直接进入控制器中，各种电机的控制是由控制器的开关量输出控制中间继电器的吸合，再由中间继电器的常开触点控制现场控制柜的各回路的接触器动作，从而启动或停止各设备工作。同时接触器的一对常开触点闭合，反馈给继电器柜的输入继电器，中间继电器的触点作为控制器的开关量输入，输入给计算机用以判断设备是否可靠启动，以及判断设备的运行状态。

图1 控制系统结构图

    各设备的操作可以在三个地方操作：

    ①计算机画面上通过鼠标操作；
    ②现场控制柜面板上的操作；
    ③设备旁的操作按钮操作。

    三、控制系统设计

    3.1 系统硬件配置

    系统采用上下位机的控制方式。上位机采用工业PC机，与下位机采用485进行通信，上位机主要完成工艺流程画面的显示，实时采集各点值，并在画面上动态显示实际值，自动保存各点值，自动报警、统计打印、报表等。下位机采用***泓格的I-8811嵌入式控制器，它由各种AI、AO、DI、DO等卡件组成。其功能，现场信号经过线缆，传输到信号处理卡，处理成便于计算机处理的1～5V直流信号，A/D转换后，经过485上传给上位机。对于调节回路各回路的输入信号与上位机下传的给定信号进行比较，如果超出设定的调节偏差范围，则按照上位机下传的PID系数进行PID调节，结果经输出模块处理后去控制调节阀。

    3.2 系统软件设计

    上位机的监控软件采用Interllution 公司的iFIX2.6版本，它是基于多任务，多平台，实时性好，开放性好的集成软件包。集成了COM/DCOM、OPC、VBA、ActiveX等最先进的现代软件技术，使所有的应用组件都可以无缝集成到一个系统中，并且数据可以很方便地在网络上共享。用它生成的系统稳定可靠，在工控领域已广泛应用。***泓格不但提供了控制器的测试软件，而且免费提供了与iFIX的接口程序。系统采用组态软件iFIX产品，经过我们二次开发，结合这个系统的特点组态为我们所需的各种功能模块，完成我们所需的任务。组态包括系统组态、实时数据库组态、历史数据库组态、回路组态、流程图组态、报警组态等。

    在iFIX监控软件中对8811组态也是比较方便的。主要的内容包括：

    ①通道定义，即定义iFIX的SCADA节点和过程硬件之间的通讯途径，包括网络硬件的波特率和其它的通讯设值。

    ②设备定义，即定义单个设备，所指定的硬件类型和其它设备不同的配置。包括设备名、设备地址、设备型号。

    ③Poll（轮询）记录定义，在一个设备的数据块里，定义指定的参数。包括初始地址和数据类型，以及轮询时间和等待时间的定义

    3.3 控制系统的主要功能

    ①监测功能：对处理池液位、酸度、电机电流等参数进行检测、监视；

    ②实时动态工艺流程显示功能：即系统操作、控制的主画面，在该画面上实时显示各阀门的开启状态，切换是否成功，泵是否打开，对于控制点，显示该点的设定值和实际值，液位高低等；

    ③数据处理功能：系统可自动对采集的信号进行运算，并输出相应的控制量；

    ④控制功能：根据操作前相应的设定值自动控制设备的正常运行，具有手动自动切换；

    ⑤趋势模块：可以看到PH值随加药量、及时间的变化曲线；

    ⑥报警功能：以画面方式和声光信号方式对各种参数越限或设备状态异常进行报警；

    ⑦报表功能：可根据用户的要求自动生成日报表、月报表以及其他表格，同时选择画面上的打印按钮打印报表。报表保存时间根需要确定，并可随时查询和打印自动加碱的全过程参数。

    3.4 废水的自动化中和处理

    每次处理池处理的废水达几百吨，初始PH值相差很大，并且水中的沉淀物也不一样，很难采用传统的PID调节方式进行加碱。我们采用模拟人工加碱方式进行。加碱前使废水混合均匀，测量PH值，根据PH值加碱，混合均匀后再判断，直到水质合格。

    废水中和处理的自动化过程：当处理池达到给定的水位时，启动压缩机，池中爆气头开始爆气，进行搅拌，混合均匀后（时间长短可以设定），测量池中PH值。如果池中呈酸性，程序控制自动加碱使之中和，使PH值达到6~8.5之间的排放标准。如果PH值大于8.5时从储水池抽酸性水或将处理池的碱性水抽一部分到储水池，再从阳床进一部分酸性水，充分混合达到排放标准，启动排放阀排放。

图2 自动加碱程序框图

    四、结束语

    该系统已在我单位一电站、二电站废水中和处理改造中得到应用，达到了预期效果，提高了生产自动化水平。采用模拟人工加碱方式，方法可行。系统具有通用性，可应用于电站、制药、纺织等行业。