PLC在燃機(jī)循泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
2008/3/5 10:23:00
摘要:本文介紹了PLC在燃機(jī)循泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用,通過PLC硬件上優(yōu)化配置及軟件組態(tài)上的合理設(shè)置,提高了循泵自動控制系統(tǒng)的可靠性。 關(guān)鍵詞:PLC;循泵;控制 1 概述 鎮(zhèn)海9E燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組由兩臺GE公司生產(chǎn)的MS9001E燃?xì)廨啓C(jī),兩臺余熱鍋爐和汽機(jī)組成的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。其汽機(jī)凝汽器采用海水冷卻,循環(huán)水泵房共設(shè)有兩臺1000kw循環(huán)水泵,供汽輪機(jī)凝汽器循環(huán)冷卻用水。由于循泵房距離主廠房較遠(yuǎn),原有控制系統(tǒng)為杭州源正電子技術(shù)有限公司的YZCK-11型循環(huán)水泵控制系統(tǒng),該系統(tǒng)主要以microPLC控制器為核心,按工藝對循環(huán)水泵,循泵出口蝶閥,旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)和沖洗水泵的中間邏輯進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)較為簡單的自動控制,故障檢測及聲光報(bào)警??刂品绞綖镻LC程控硬手操,無工控機(jī)。 由于原設(shè)計(jì),設(shè)備選型的原因,自投運(yùn)以來故障較多。隨著設(shè)備運(yùn)行年限的增長,故障趨于頻繁,跳泵故障屢次出現(xiàn),嚴(yán)重影響燃機(jī)的正常運(yùn)行。主要問題如下: (1)電源設(shè)計(jì)不可靠,易引起循泵冷卻水壓低跳循泵; (2)循泵出口蝶閥程控不完善, 易引起控制回路故障, 失電, 蝶閥不能自保而關(guān)閉, 聯(lián)動循泵跳閘; (3)報(bào)警系統(tǒng)不完善,無報(bào)警記錄與歷史趨勢,難以故障分析; (4)設(shè)備老化,操作復(fù)雜,對設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)控及事故的快速反應(yīng)和處理不利。 這些問題的存在嚴(yán)重影響燃機(jī)機(jī)組的安全正常運(yùn)行,不利于機(jī)組的穩(wěn)發(fā)滿發(fā),有必要對整個控制系統(tǒng)加以改造。 2 系統(tǒng)組成 循環(huán)水泵是燃機(jī)電廠的主要輔機(jī)之一,其正常出力對電站的安全正常運(yùn)行有重要意義循環(huán)水泵的控制歷來是電站控制中的重要問題。 燃機(jī)循泵系統(tǒng)由以下結(jié)構(gòu)組成,如圖1。 圖1 燃機(jī)循環(huán)系統(tǒng) 兩臺循環(huán)水泵分別抽取通過欄污柵的海水,并入一根循環(huán)水母管,經(jīng)過二次濾網(wǎng)再次過濾,送入汽機(jī)凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)。由于循泵出口無法安裝逆止閥,每臺循泵后都有出口液壓蝶閥作為循環(huán)水管和循泵的隔離,防止倒水。循泵的冷卻水用于循泵電機(jī)冷卻,采用閉式循環(huán),經(jīng)過冷卻水箱,通過3臺2運(yùn)1備的冷卻水泵分兩路分別對循泵電機(jī)進(jìn)行冷卻。 可編程控制器(Programmable Logic Controller),簡稱為PLC,由于其高可靠性,便捷的通訊接口,簡易方便的安裝設(shè)計(jì)等特點(diǎn),廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)邏輯控制領(lǐng)域。燃機(jī)循泵控制系統(tǒng)也采用了以微處理為基礎(chǔ)的可編程控制器和工控機(jī)構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)。控制方式采用CRT操作員站進(jìn)行監(jiān)視控制,通過CRT畫面和鍵盤對整個工藝系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制,實(shí)現(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集,處理,圖象顯示,報(bào)警,制表和自動順序控制,完成相關(guān)輔助系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能及局部系統(tǒng)的邏輯控制和聯(lián)鎖保護(hù)。根據(jù)目前的運(yùn)行管理情況及考慮今后的管理發(fā)展方象,程序控制系統(tǒng)及被控設(shè)備均按有人和無人化值班方式設(shè)計(jì)和配置,并預(yù)留遠(yuǎn)程通訊接口以備今后與其他控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和遠(yuǎn)方監(jiān)控。 考慮到循泵系統(tǒng)對機(jī)組的重要性,PLC采用雙機(jī)熱冗余主機(jī)進(jìn)行控制。經(jīng)過多方調(diào)研,對各種雙機(jī)熱冗余的PLC進(jìn)行性能價(jià)格比較后,采用美國GE FANUC系列90-30系列的PLC為雙冗余控制設(shè)備。其具有以下優(yōu)點(diǎn): (1)提供最先進(jìn)的編程特性,易于組態(tài)便于安裝。 (2)CPU具有強(qiáng)大的功能,如內(nèi)裝PID,結(jié)構(gòu)化編程,中斷控制,間接尋址及各種功能模塊能完成復(fù)雜的操作。 (3)高性價(jià)比的雙機(jī)冗余性能。 上位機(jī)界面軟件采用IFIX3.5。系統(tǒng)共配置兩臺上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),一臺操作員站兼工程師站和一臺操作員站進(jìn)行控制程序編程,界面軟件組態(tài)和生產(chǎn)過程的監(jiān)控管理,包括:顯示工藝流程,控制各設(shè)備的自動化運(yùn)行,顯示歷史趨勢曲線,進(jìn)行報(bào)警管理等。 整個控制系統(tǒng)組成如圖2所示。 圖2 循泵控制系統(tǒng) PLC1和PLC2分別為兩個GE FANUC 90-30系列PLC,通過Genius總線控制器利用Genius總線網(wǎng)連接,以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱冗余。考慮到系統(tǒng)成本,在遠(yuǎn)程I/O中,選用了versamax通用擴(kuò)展式I/O結(jié)構(gòu),利用Genius網(wǎng)絡(luò)接口單元,掛到整個Genius總線網(wǎng)中,為遠(yuǎn)程控制提供靈活的I/O結(jié)構(gòu)。由于90-30系列PLC支持以太網(wǎng)通訊,在系統(tǒng)中增加一個8口以太網(wǎng)HUB,PLC和上位機(jī)分別將以太網(wǎng)線接入HUB,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與現(xiàn)場的高速通訊。 3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 在改造中,通過以下幾點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的PLC控制。 3.1 雙機(jī)熱冗余的實(shí)現(xiàn) GE FANUC系列90-30系列的PLC實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱冗余由GE Fanuc系列90-30PLC硬件與熱備軟件max_on構(gòu)成的,90-30 Max-ON系統(tǒng)的冗余硬件部分是由兩套90-30PLC CPU控制器組成,主控制器通過Genius網(wǎng)絡(luò)總線與其備用控制器和I/O系統(tǒng)的通訊實(shí)現(xiàn)其熱備冗余功能,一旦主PLC控制器或通訊出現(xiàn)故障;所有控制功能將平穩(wěn)地切換至備用控制器以確保工藝裝置正常運(yùn)行。系統(tǒng)同時(shí)具有參數(shù)同步化,I/O總線冗余和系統(tǒng)診斷等功能。軟件上90-30 Max-ON提供方便靈活的組態(tài)方式。組態(tài)軟件基于Windows平臺,采用對話框方式對系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài),例如:網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),同步參數(shù)以及模擬量輸入轉(zhuǎn)換等。完成雙機(jī)配置后,可在系統(tǒng)的程控組態(tài)軟件versapro中引入其配置文件,使兩個PLC都置于運(yùn)行模式,這樣其冗余特性就揮發(fā)生作用,其主從切換的標(biāo)志位在PLC的存儲器中可以看到。 a. %M1017 CPUA標(biāo)志位; b. %M1018 CPUB標(biāo)志位; c. %M1019 CPU處于運(yùn)行模式標(biāo)志位; d. %M1020 CPU為主機(jī)標(biāo)志位; e. %M1021 所有數(shù)據(jù)同步標(biāo)志位。 這樣,可以方便的在程序中通過對PLC存儲器位操作來判斷其冗余工作狀態(tài),從而判斷控制器所處的主從地位,主控制器參與設(shè)備的控制,從控制器同樣進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集,運(yùn)算,并監(jiān)視主控制器的運(yùn)行狀況,如有異常,立刻平穩(wěn)的切換為主控制器。 3.2 PLC遠(yuǎn)程I/O結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn) 鎮(zhèn)海燃機(jī)循泵系統(tǒng)的就地信號的采集和設(shè)備的控制采用高通訊速率的versamax遠(yuǎn)程I/O結(jié)構(gòu)。VersaMax是唯一具有“三合一"功能的系列產(chǎn)品,它既可以作為單獨(dú)的PLC控制機(jī),具有可接受的價(jià)格和優(yōu)越的性能;又可以作為I/O子站,通過現(xiàn)場總線受控于其它主控設(shè)備。具有以下特點(diǎn): (1)I/O模塊和通訊模塊都可帶電插拔; (2)真正的即插即用; (3)模塊安裝、擴(kuò)展不需要任何工具; (4)模塊化結(jié)構(gòu),構(gòu)成系統(tǒng)可大可小; (5)安裝費(fèi)用低,減少工程成本。 基于上面的特點(diǎn),系統(tǒng)中采取帶有g(shù)enius總線接口單元的versamax I/O通過genius現(xiàn)場總線受控于上層的PLC。每塊總線接口單元都可下掛8塊I/O模塊,與就地設(shè)備相連。 根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際運(yùn)行情況,整個PLC系統(tǒng)設(shè)置了4個遠(yuǎn)程I/O機(jī)架。 #1遠(yuǎn)程I/O站主要用于采集#1循泵系統(tǒng)的各設(shè)備的反饋信號,輸出#1循泵系統(tǒng)各設(shè)備的啟停指令。 #2遠(yuǎn)程I/O站主要用于采集#2循泵系統(tǒng)的各設(shè)備的反饋信號,輸出#2循泵系統(tǒng)各設(shè)備的啟停指令。 #3,#4遠(yuǎn)程I/O站主要用于采集公用系統(tǒng)包括循泵液壓油泵,二次濾網(wǎng)前后壓力,二次濾網(wǎng)進(jìn)出口電動門,排水泵,軸流風(fēng)機(jī),冷卻水泵等設(shè)備的反饋信號,輸出各設(shè)備的啟停指令。 3.3 上位機(jī)畫面與操作的實(shí)現(xiàn) 在系統(tǒng)中,采用了以PLC為控制設(shè)備,工控機(jī)作為上位機(jī),通過以太網(wǎng)連接的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了PLC和計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。PLC可靠性高,抗干擾能力強(qiáng),對設(shè)備的控制有其獨(dú)立完成。計(jì)算機(jī)完成圖形、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示,故障報(bào)警等功能。 系統(tǒng)中采用ifix軟件作為上位機(jī)的監(jiān)控軟件。Ifix作為一種多方面的監(jiān)控軟件,提供了與多種PLC通訊的I/O驅(qū)動程序,可方便的與PLC連接,在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。監(jiān)控系統(tǒng)包括SCADA系統(tǒng)和 HMI圖形系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)通過與 PLC建立通訊關(guān)系通過軟件接口I/O驅(qū)動程序與PLC直接建立通訊來讀取數(shù)據(jù),并形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。HMI圖形系統(tǒng)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息,記錄歷史數(shù)據(jù),打印報(bào)表,修改設(shè)定參數(shù)以及實(shí)現(xiàn)軟手動控制等。 3.4 邏輯完善 在原有的設(shè)備運(yùn)行中及新設(shè)備投運(yùn)后系統(tǒng)邏輯需要完善的主要有以下幾點(diǎn): 3.4.1 現(xiàn)場和CRT上的操作 以循泵為例,在就地動力柜上設(shè)計(jì)“就地/檢修/遠(yuǎn)方” 控制轉(zhuǎn)換開關(guān),及“啟動”,“停止”控制按鈕。在CRT上設(shè)計(jì)循泵的“連鎖/解除”,“程控/解除”軟轉(zhuǎn)換開關(guān),及 “啟動”,“停止”軟控制按鈕。當(dāng)就地動力柜上的“就地/檢修/遠(yuǎn)方” 控制轉(zhuǎn)換開關(guān)打在就地時(shí),CRT上只監(jiān)視其狀態(tài),對其操作無效,面板上“啟動”,“停止” 按鈕用于簡單的啟動,停止循泵,不參加系統(tǒng)連鎖功能。當(dāng)就地動力柜上的“就地/檢修/遠(yuǎn)方” 控制轉(zhuǎn)換開關(guān)打在遠(yuǎn)方時(shí),面板上的按鈕對其操作無效,此時(shí),CRT上的軟按鈕對其操作啟動,停止循泵,并且根據(jù)要求在停泵時(shí)自動投入加熱,在啟泵時(shí)自動投入軸流風(fēng)機(jī)。當(dāng)CRT上的“連鎖/解除” 軟轉(zhuǎn)換開關(guān)置“連鎖”時(shí),兩臺循泵互為聯(lián)鎖,一臺循泵處于備用,當(dāng)另一臺跳閘后,此循泵自動啟動。否則,當(dāng)軟轉(zhuǎn)換開關(guān)置“解除”時(shí),此循泵不自動啟動。當(dāng)CRT上的程控/解除”軟轉(zhuǎn)換開關(guān)置于“程控”時(shí),此循泵與循泵出口蝶閥程控聯(lián)動狀態(tài)。否則,當(dāng)軟轉(zhuǎn)換開關(guān)置“解除”時(shí),循泵的啟停與蝶閥的開度無關(guān)。 3.4.2 循泵與出口蝶閥的控制邏輯改進(jìn) 循泵與出口蝶閥處于相關(guān)的連鎖狀態(tài)。為防止循泵的空轉(zhuǎn),倒轉(zhuǎn)引起泵的損壞,循泵的啟停由出口蝶閥決定,并且考慮到系統(tǒng)有沒充水的條件。 啟動時(shí),根據(jù)運(yùn)行狀況選擇循環(huán)水管是否充水,當(dāng)完全充水時(shí)(如一臺已運(yùn)行,開第二臺泵),先啟動出口蝶閥置15%,然后啟動循泵,同時(shí),蝶閥繼續(xù)開啟置全開。當(dāng)未充水時(shí)(如水管放空
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