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  （山東建筑大學信息與電氣工程學院，山東濟南250100）

摘要：為滿足發(fā)電廠對水處理的安全性及經(jīng)濟性的要求，降低工人勞動強度，保證水處理裝置的正常運行，設(shè)計了基于PLC和3C技術(shù)的脈沖高壓靜電水處理監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳輸。在發(fā)電廠的運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)將水處理的一些運行參數(shù)上傳到監(jiān)控中心，如果運行參數(shù)異常，短信報警程序啟動，通知工作人員及時采取措施，實現(xiàn)了對脈沖高壓靜電水處理的監(jiān)測與自動控制。

0引言

  水資源短缺已成為制約我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素。在工業(yè)用水中，冷卻水占有很大比例，近年來循環(huán)冷卻水系統(tǒng)己在各行各業(yè)推廣，節(jié)水效果十分明顯。為防止發(fā)電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)發(fā)生結(jié)垢、藻類滋生的現(xiàn)象，需要對循環(huán)水進行水處理。

  傳統(tǒng)的化學水處理是在循環(huán)水中加入大量的化學藥劑，這樣既不經(jīng)濟，又污染環(huán)境。脈沖高壓靜電水處理是一種新型的物理水處理方法，不僅能夠防垢，殺滅藻類，還能溶垢。一臺300 MW發(fā)電機組，每年可節(jié)約數(shù)十萬甚至上百萬的化學藥劑費用，每天的節(jié)水量達

3 912 t。

  脈沖高壓靜電水處理監(jiān)控系統(tǒng)對水處理的一些關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)控，提高了發(fā)電廠循環(huán)水處理的可靠性和安全性，從而保證對循環(huán)水的持續(xù)處理。

1  監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成

  脈沖高壓靜電水處理監(jiān)控系統(tǒng)由信息層、控制層、設(shè)備層和通信網(wǎng)絡(luò)四部分構(gòu)成。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示。

  監(jiān)控中心的上位機，采用Windows XP系統(tǒng)，上位機軟件利用Visual Basic語言進行編寫，上位機的數(shù)據(jù)利用3G網(wǎng)絡(luò)、Intemet進行傳輸。上位機是數(shù)據(jù)處理的中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、保存、查詢等操作和管理。

  控制層中，采用基于PLC的監(jiān)控系統(tǒng)，開發(fā)簡單、可靠性高、抗干擾能力強。觸摸屏作為人機界面，減少了按鈕、開關(guān)等的使用，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

  通信網(wǎng)路部分，3G網(wǎng)絡(luò)無需布線、易升級，適合遠距離無線監(jiān)控。PLC將采集的數(shù)據(jù)，通過控制3C模塊發(fā)送出去，再通過3G網(wǎng)路、因特網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心上位機。同樣，上位機軟件也可以對控制層的PLC發(fā)送控制指令，實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的控制。

2監(jiān)控系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

監(jiān)控系統(tǒng)的控制原理圖如圖2所示。

  為保證脈沖高壓靜電水處理裝置達到最好的處理效果，需要對循環(huán)水的進出口溫度、極化率、真空度，汽輪機的排氣溫度、真空度進行監(jiān)測。

2.1溫度的測量

  溫度的測量包括進水溫度、出水溫度、排氣溫度以及控制柜的溫度�？刂乒竦臏囟冗^高，監(jiān)控系統(tǒng)的控制器可能發(fā)生故障異常，應(yīng)及時采取保護措施。

  循環(huán)水一般都是通過冷卻塔進行冷卻，溫升大了，需要的冷卻水就少了。循環(huán)水的進出口端差溫度須在合適范圍內(nèi)，否則不利于循環(huán)水系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

  汽輪機的排氣溫度過高或是過低，都會影響循環(huán)冷卻水的效率。排氣溫度過高的原因可能是循環(huán)水系統(tǒng)故障、真空系統(tǒng)泄漏、凝結(jié)水系統(tǒng)故障和射水系統(tǒng)故障。溫度測量模塊采用熱敏電阻傳感器。

2.2極化率的測量

  脈沖電源加到水處理裝置的陰極和陽極上，水處理裝置墻體內(nèi)陽極和陰極之間會產(chǎn)生一個高壓靜電場。水分子在外電場作用下，每個分子電偶極距都受到轉(zhuǎn)向外電場方向的力矩，使水分子取向極化。循環(huán)水的極化率取決于陰極、陽極之間的電場分布、大小以及循環(huán)水的電導(dǎo)率。利用SE6102電極傳感器對電導(dǎo)率進行測量。

  如果循環(huán)水的極化率不夠高，不能使循環(huán)水完全極化，也不足以殺死循環(huán)水中的一些藻類及微生物，那么管道內(nèi)部就會出現(xiàn)微生物滋生以及結(jié)垢現(xiàn)象，嚴重時會堵塞管道。

2.3真空度的測量

  汽輪機的真空度過高或過低會對汽輪機造成很大的危害。真空度過低的原因：凝汽器水位升高或滿水；機組投運后出現(xiàn)漏氣；微生物在管道內(nèi)部滋生。對于凝汽式的汽輪機，真空度決定了排氣溫度。采用PKR251真空計進行真空度的測量。

2.4控制方式

  鑒于發(fā)電廠循環(huán)水處理的重要性，本監(jiān)控系統(tǒng)采用遠程控制、現(xiàn)場控制兩種控制模式。

2. 4.1遠程控制

  監(jiān)控中心的上位機設(shè)有水處理裝置的啟停、調(diào)壓、調(diào)頻按鈕，對現(xiàn)場的運行參數(shù)進行顯示。工作人員可以從監(jiān)控中心的上位機，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送命令，PLC接收到命令，執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的程序，自動完成對現(xiàn)場設(shè)備的控制。

2.4.2現(xiàn)場控制

  工作人員可以根據(jù)循環(huán)水的關(guān)鍵參數(shù)的變化，對水處理裝置、高壓脈沖電源進行控制，通過觸摸屏給PLC下達指令，PLC執(zhí)行預(yù)先設(shè)定好的程序。

3  上位機軟件設(shè)計

  上位機利用VB編程和建立數(shù)據(jù)庫，VB是全開放性的，方便程序的修改。利用VB中的MSComm控件，可以方便地初始化串口和通過串口通信。上位機軟件主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、打印、歷史數(shù)據(jù)顯示、曲線顯示、用戶管理等功能，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，監(jiān)控中心會自動發(fā)出報警短信，并記錄報警信息。監(jiān)控系統(tǒng)上位機功能框圖如圖3所示。

4試驗及結(jié)果

  在發(fā)電機組的脈沖高壓靜電水處理監(jiān)控系統(tǒng)中，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的接收、存儲、顯示等功能。下位機PLC接收到上位機的命令要求，實現(xiàn)了水處理裝置的啟動／停止，以及高壓脈沖電源的控制。該監(jiān)控系統(tǒng)在國電發(fā)電廠的一個300 MW機組進行試驗，結(jié)果表明可以對機組的循環(huán)冷卻水處理進行實時監(jiān)控，監(jiān)控系統(tǒng)可以準確地監(jiān)測到水處理裝置的運行參數(shù)，實時傳送，并準確地對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。國電某發(fā)電廠某天的脈沖高壓靜電水處理的監(jiān)測參數(shù)如表1所示。

5結(jié)束語

  該監(jiān)控系統(tǒng)在國電某發(fā)電廠一年的使用期間內(nèi)，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的凝汽器沒有結(jié)垢現(xiàn)象，保證了極化水處理系統(tǒng)的正常運行，實現(xiàn)了該監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)期的功能。脈沖高壓靜電水處理監(jiān)控系統(tǒng)可以準確實時地測出脈沖高壓靜電水處理裝置的各種運行參數(shù)。通過上位機和現(xiàn)場的觸摸屏都可以實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備進行控制，實現(xiàn)了現(xiàn)場監(jiān)控和遠程監(jiān)控的目標。脈沖高壓靜電水處理監(jiān)控系統(tǒng)操作簡單、工作性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸