[Zusammenfassung] Angesichts des wachsenden Umweltbewusstseins in der Öffentlichkeit müssen die Abwässer aus den Wasseraufbereitungsanlagen von Kraftwerken den Einleitungsstandards entsprechen. Die Abwasserbehandlung erfolgt computergesteuert mit einer Master-Slave-Architektur. Die Hardware besteht aus einem Industrie-PC und einem eingebetteten Controller, die Software aus der Standardkonfigurationssoftware iFIX. Die Systemstruktur ist durchdacht, einfach, zuverlässig und wartungsfreundlich; die Anlagen vor Ort können von drei Standorten aus gesteuert werden. Die Alkalizugabe erfolgt mittels eines simulierten manuellen Zugabeverfahrens, das sich als praktikabel erwiesen hat. Schlüsselwörter: Wasseraufbereitung; Computersteuerung; Konfiguration. Als zentrale Komponente eines Wärmekraftwerks muss der Kessel sicher und langfristig betrieben werden. Kesselsteinbildung ist ein wesentlicher Faktor, der seine Lebensdauer beeinträchtigt, weshalb Wasser von hoher Qualität erforderlich ist. Das Kesselwasser wird erhitzt, um Dampf mit einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck zu erzeugen. Der Dampf dient als Medium für die Wärmeübertragung und die Stromerzeugung. Niederdruck- und Mitteldruckkessel stellen etwas geringere Anforderungen an die Wasserqualität, während Hochdruckkessel sehr hohe Anforderungen erfüllen müssen. Verunreinigungen, die Korrosion, Kesselsteinbildung und Dampf-Wasser-Eutektikum in Kesseln, Speisewassersystemen und anderen thermischen Anlagen verursachen und Ionenaustauscherharze vergiften können, wie beispielsweise gelöster Sauerstoff, lösliches Siliziumdioxid, Eisen und Restchlor, müssen weitestgehend oder vollständig entfernt werden. Bei der Kesselwasseraufbereitung ist die Ionenaustauschbehandlung des Kesselspeisewassers die grundlegendste und wichtigste Methode, die in allen drei Kraftwerken unseres Verbundes angewendet wird. Sobald das Ionenaustauscherharz seine Wirksamkeit verliert, muss es durch Zugabe von Alkali oder Säure reduziert werden, wodurch große Mengen an saurem und alkalischem Abwasser entstehen. Die direkte Einleitung dieses Abwassers belastet nicht nur die Umwelt, sondern führt auch zu Kontrollen durch die Umweltbehörden, verursacht unnötige Verluste und beeinträchtigt die Wirtschaftlichkeit. I. Verfahren zur Behandlung von saurem und alkalischem Abwasser. Der nationale Standard für die Abwassereinleitung sieht einen pH-Wert zwischen 6,0 und 8,5 vor. Die grundlegende Methode der Abwasserbehandlung besteht daher in der Neutralisation: saurem Wasser wird Alkali und alkalischem Wasser Säure zugesetzt, um den pH-Wert des Abwassers für die Einleitung auf einen Bereich zwischen 6,0 und 8,5 zu bringen. Idealerweise würde ein Online-Behandlungsverfahren eingesetzt, bei dem Säure oder Alkali während der Einleitung basierend auf dem gemessenen pH-Wert zugegeben wird, um den Standard für neutrales Wasser zu erreichen. Dies ist das Ziel unserer technischen Mitarbeiter. Aufgrund von Faktoren wie der Qualität des einfließenden Wassers und der Verzögerung bei der pH-Wert-Messung gibt es in China jedoch derzeit keine erfolgreichen Anwendungsfälle. Vor der Modernisierung der Abwasserbehandlung in unserem zweiten Kraftwerk basierte die Methode im Wesentlichen auf diesem Prinzip und nutzte eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), die Ergebnisse waren jedoch unbefriedigend. Derzeit werden üblicherweise statische Behandlungsverfahren eingesetzt, bei denen das chemische Abwasser in einem Behandlungsbecken konzentriert und die Neutralisation durchgeführt wird, sobald der Wasserstand im Becken eine bestimmte Höhe erreicht hat. Aufgrund der Eigenschaften des Kationen-Kationen-Betts (mehr Kationenbetten als Anionenbetten) ist das Abwasser im Behandlungsbecken im Allgemeinen sauer, und eine Neutralisation mit einer geeigneten Alkalimenge reicht aus, um die Grenzwerte einzuhalten. Die optimale Alkalimenge ist die zentrale Frage unserer Forschung. Bisherige Methoden basierten auf der manuellen Alkalizugabe, die mangels eines Online-pH-Meters intuitiv erfolgte und daher entweder zu viel oder zu wenig Alkali lieferte. Aus diesem Grund schlägt unsere Einrichtung vor, das bestehende System auf eine computergesteuerte Alkalizugabe umzustellen. Die zugegebene Alkalimenge wird vom Computer automatisch anhand des Online-pH-Werts bestimmt. Aufgrund des täglich behandelten großen Abwasservolumens sollte die Behandlungszeit in jedem Becken so kurz wie möglich sein. Das bedeutet, dass das Wasser im Becken nach der Alkalizugabe schnell und gleichmäßig vermischt werden muss. Zu den Mischmethoden gehören: ① Der Einbau eines Rührwerks in das Becken, wie beispielsweise beim kleinen Neutralisationsbecken vor der Sanierung des Kraftwerks Nr. 2; ② Hinzufügen eines Belüfters zum Mischbehälter, wie beispielsweise das Mehrpunkt-Alkalizugabe- und Belüfterverfahren des Kraftwerks Nr. 1; ③ Hinzufügen einer Umwälzpumpe zur Wasserzirkulation, wie beispielsweise das Umwälzleitungs-Alkalizugabeverfahren des Kraftwerks Nr. 2, bei dem das Alkali nicht nur gleichmäßig in der Leitung, sondern auch durch die Zirkulation im Behälter homogen verteilt wird. II. Prinzip der computergesteuerten Säure-Alkali-Abwasserbehandlung: Die Entfernung zwischen der Säure-Alkali-Abwasserbehandlungsanlage und dem Kontrollraum im Kesselwasseraufbereitungssystem ist relativ groß. Der Hochspannungsschaltschrank befindet sich im Kontrollraum vor Ort. Um Störungen zu vermeiden, steuert der Computer das System über Zwischenrelais. Die Säure-Alkali-Abwasserbehandlungsanlage besteht aus einem Behandlungsbehälter, einem Lagerbehälter, einem Alkalibehälter, einer Alkalizugabepumpe, einer Umwälzpumpe oder einem Ventilator zur Durchmischung des Behandlungsbehälters, einer Wasserförderpumpe zwischen Behandlungs- und Lagerbehälter, elektrischen Ventilen und verschiedenen Messgeräten. Zu den zu überwachenden Daten gehören: Flüssigkeitsstände im Behandlungs- und Lagertank, Füllstand im Alkalitank, pH-Wert der Rohrleitung, pH-Wert des Tanks, pH-Wert des Abflusses und Durchflussrate. Die zu steuernden Anlagen umfassen: Umwälzpumpen oder Ventilatoren, Wasserpumpen, Dosierpumpen und elektrische Ventile. [align=center]Abbildung 1: Strukturdiagramm des Steuerungssystems[/align] Funktionsprinzip: Messdaten werden direkt an die Steuerung übermittelt. Die Ansteuerung verschiedener Motoren erfolgt über den Schaltausgang der Steuerung, der die Aktivierung von Zwischenrelais steuert. Die normalerweise offenen Kontakte der Zwischenrelais steuern dann die Schütze in jedem Stromkreis des Feldsteuerschranks und starten oder stoppen so die einzelnen Anlagen. Gleichzeitig schließt ein Paar normalerweise offener Kontakte des Schützes und gibt ein Signal an die Eingangsrelais im Relaisschrank zurück. Die Kontakte der Zwischenrelais dienen als Schalteingänge für die Steuerung, die dann an den Computer übermittelt werden, um zu ermitteln, ob die Anlagen zuverlässig gestartet werden können und um ihren Betriebszustand zu bestimmen. Die Bedienung der einzelnen Geräte kann an drei Stellen erfolgen: ① per Maus auf dem Computerbildschirm; ② über das Bedienfeld des Feldsteuerschranks; ③ über die Bedientasten am Gerät. III. Design des Steuerungssystems 3.1 Systemhardwarekonfiguration Das System arbeitet mit Master-Slave-Steuerung. Der Host-Computer ist ein Industrie-PC und kommuniziert über RS-485 mit dem Slave-Computer. Er zeigt primär das Prozessablaufdiagramm an, erfasst Echtzeitdaten an verschiedenen Punkten, stellt die Istwerte dynamisch auf dem Bildschirm dar, speichert die Daten automatisch und führt automatische Alarme, statistische Auswertungen und Berichtserstellung durch. Der Slave-Computer verwendet den eingebetteten Datenerfassungscontroller ICP DAY 8811 aus Taiwan, der aus verschiedenen AI-, AO-, DI- und DO-Karten besteht. Seine Funktion besteht darin, Feldsignale über Kabel an eine Signalverarbeitungskarte zu übertragen, sie in 1–5 V DC-Signale für die Computerverarbeitung umzuwandeln, eine A/D-Wandlung durchzuführen und sie anschließend über RS-485 an den Host-Computer zu übertragen. In jedem Regelkreis werden die Eingangssignale mit den vom Host-Rechner übertragenen Signalen verglichen. Überschreitet die Abweichung den festgelegten Bereich, wird eine PID-Regelung gemäß den vom Host-Rechner übermittelten PID-Koeffizienten durchgeführt. Das Ergebnis wird vom Ausgabemodul verarbeitet und anschließend zur Ansteuerung des Regelventils verwendet. 3.2 Systemsoftware-Design Die Überwachungssoftware für den Host-Rechner basiert auf iFIX Version 2.6 von Interllution. iFIX ist ein multitaskingfähiges, plattformübergreifendes, echtzeitfähiges und offenes Softwarepaket. Durch die Integration modernster Softwaretechnologien wie COM/DCOM, OPC, VBA und ActiveX ermöglicht dieses System die nahtlose Integration aller Anwendungskomponenten in ein einziges System und erleichtert den Datenaustausch über Netzwerke. Systeme, die mit diesem System aufgebaut sind, sind stabil und zuverlässig und werden häufig in der industriellen Steuerungstechnik eingesetzt. ICP DAS (Hong Kong ICP Automation System Design) bietet neben der Controller-Testsoftware auch eine kostenlose Schnittstelle zu iFIX an. Das System verwendet die iFIX-Konfigurationssoftware. Im Rahmen unserer Weiterentwicklung haben wir verschiedene Funktionsmodule konfiguriert, um die spezifischen Systemanforderungen zu erfüllen und die erforderlichen Aufgaben zu bewältigen. Die Konfiguration umfasst die Systemkonfiguration, die Echtzeitdatenbankkonfiguration, die Konfiguration der historischen Datenbank, die Schleifenkonfiguration, die Ablaufdiagrammkonfiguration, die Alarmkonfiguration usw. Die Konfiguration des 8811-Moduls innerhalb der iFIX-Überwachungssoftware ist ebenfalls relativ komfortabel. Die wichtigsten Inhalte umfassen: ① Kanaldefinition, die den Kommunikationspfad zwischen dem iFIX SCADA-Knoten und der Prozesshardware definiert, einschließlich der Baudrate der Netzwerkhardware und anderer Kommunikationseinstellungen. ② Gerätedefinition, die einzelne Geräte definiert und den Hardwaretyp sowie Konfigurationen angibt, die sich von anderen Geräten unterscheiden. Dies umfasst Gerätename, Geräteadresse und Gerätemodell. ③ Definition des Abfrage- (Schaltungs-)Datensatzes: Definition bestimmter Parameter innerhalb des Datenblocks eines Geräts. Dies umfasst die Anfangsadresse und den Datentyp sowie die Definitionen der Abfragezeit und der Wartezeit. 3.3 Hauptfunktionen des Steuerungssystems ① Überwachungsfunktion: Erfassung und Überwachung von Parametern wie dem Füllstand des Behandlungstanks, dem Säuregehalt und dem Motorstrom; ② Dynamische Prozessablaufanzeige in Echtzeit: Der Hauptbildschirm für Systembetrieb und -steuerung zeigt den Öffnungsstatus jedes Ventils, den Erfolg der Schaltvorgänge, den Pumpenbetrieb sowie Soll- und Istwerte, Flüssigkeitsstände usw. der Kontrollpunkte an. ③ Datenverarbeitungsfunktion: Das System berechnet automatisch die erfassten Signale und gibt entsprechende Steuergrößen aus. ④ Steuerungsfunktion: Automatische Steuerung des Anlagenbetriebs anhand der voreingestellten Sollwerte mit manueller/automatischer Umschaltung. ⑤ Trendmodul: Anzeige des pH-Wert-Verlaufs in Abhängigkeit von Dosierung und Zeit. ⑥ Alarmfunktion: Alarmierung bei Überschreitung von Grenzwerten oder Anlagenanomalien mittels optischer und akustischer/optischer Signale. ⑦ Berichtsfunktion: Automatische Erstellung von Tages- und Monatsberichten sowie Tabellen nach Benutzerwunsch. Berichte können über die Druckschaltfläche auf dem Bildschirm ausgedruckt werden. Die Aufbewahrungsdauer der Berichte ist einstellbar. Alle Prozessparameter der automatischen Alkalizugabe können jederzeit abgefragt und ausgedruckt werden. 3.4 Automatisierte Neutralisationsbehandlung von Abwasser Jeder Behandlungstank verarbeitet Hunderte Tonnen Abwasser mit unterschiedlichen pH-Werten und Sedimenten, was die Anwendung herkömmlicher PID-Regelverfahren zur Alkalizugabe erschwert. Wir verwenden ein simuliertes manuelles Alkalizugabeverfahren. Vor der Alkalizugabe wird das Abwasser gleichmäßig durchmischt, der pH-Wert gemessen, das Alkali entsprechend dem pH-Wert zugegeben und die Mischung nach erneutem Mischen so lange geprüft, bis die Wasserqualität den Standards entspricht. Der automatisierte Prozess der Abwasserneutralisationsbehandlung: Sobald der Behandlungstank den vorgegebenen Wasserstand erreicht hat, wird der Kompressor gestartet, die Belüftungsköpfe im Tank beginnen und es wird gerührt. Nach dem Durchmischen (die Zeit kann eingestellt werden) wird der pH-Wert im Tank gemessen. Ist der Tank sauer, steuert das Programm die automatische Alkalizugabe zur Neutralisation, sodass der pH-Wert den Einleitungsgrenzwert zwischen 6 und 8,5 erreicht. Liegt der pH-Wert über 8,5, wird saures Wasser aus dem Vorratstank abgepumpt oder ein Teil des alkalischen Wassers aus dem Behandlungstank in den Vorratstank gepumpt und anschließend ein Teil des sauren Wassers aus dem Kationenaustauscherbett zugeführt. Nach gründlicher Durchmischung gemäß den Einleitungsstandards wird das Auslassventil zur Einleitung aktiviert. Abbildung 2 zeigt das Flussdiagramm des automatischen Alkalizugabeprogramms. [align=center] Abbildung 2: Flussdiagramm des automatischen Alkalizugabeprogramms[/align] IV. Fazit Dieses System wurde bei der Sanierung der Abwasserneutralisationsbehandlung der Kraftwerke Nr. 1 und Nr. 2 unserer Einheiten eingesetzt und erzielte die erwarteten Ergebnisse sowie eine Verbesserung des Automatisierungsgrades der Produktion. Die Methode zur Simulation der manuellen Alkalizugabe ist praktikabel. Das System ist vielseitig einsetzbar und kann in Branchen wie Kraftwerken, der Pharmaindustrie und der Textilindustrie angewendet werden. Literatur [1] Yu Jinghai. Industrielle Wasseraufbereitungstechnologie [M]. Peking: Chemical Industry Press, 1998-11. [2] Xie Songyun, Zhang Jian, et al. Entwurf und Implementierung eines kleinen verteilten Steuerungssystems zur Wärmebehandlungsprozesssteuerung [J]. Mess- und Regelungstechnik, 2000-8.