用PLC控制燃機(jī)循泵系統(tǒng)

• 2018-09-08

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(guò)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(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性。

1 概述

鎮(zhèn)海9EE燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組由兩臺(tái)GE公司生產(chǎn)的MS9001E燃?xì)廨啓C(jī)，兩臺(tái)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(tái)1000kwYZCK－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(duì)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(jiǎn)單的自動(dòng)控制，故障檢測(cè)及聲光報(bào)警。控制方式為為PLC程控硬手操，無(wú)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(lái)故障較多。隨著設(shè)備運(yùn)行年限的增長(zhǎng)，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(wèn)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(dòng)循泵跳閘；

(3)報(bào)警系統(tǒng)不完善，無(wú)報(bào)警記錄與歷史趨勢(shì)，難以故障分析；

(4)設(shè)備老化，操作復(fù)雜，對(duì)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(wèn)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(duì)整個(gè)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(duì)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(lái)是電站控制中的重要問(wèn)題。

燃機(jī)循泵系統(tǒng)由以下結(jié)構(gòu)組成，如圖1。

圖圖1

兩臺(tái)循環(huán)水泵分別抽取通過(guò)欄污柵的海水，并入一根循環(huán)水母管，經(jīng)過(guò)二次濾網(wǎng)再次過(guò)濾，送入汽機(jī)凝汽器循環(huán)水系統(tǒng)。由于循泵出口無(wú)法安裝逆止閥，每臺(tái)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(guò)冷卻水箱，通過(guò)3臺(tái)2運(yùn)1備的冷卻水泵分兩路分別對(duì)循泵電機(jī)進(jìn)行冷卻。

可編程控制器（Programmable Logic Controllerr），簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC，由于其高可靠性，便捷的通訊接口，簡(jiǎn)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(guò)CRT畫(huà)面和鍵盤(pán)對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)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(wú)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(duì)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(guò)多方調(diào)研，對(duì)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(guó)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?xún)r(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(tái)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，一臺(tái)操作員站兼工程師站和一臺(tái)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(guò)程的監(jiān)控管理，包括：顯示工藝流程，控制各設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，顯示歷史趨勢(shì)曲線，進(jìn)行報(bào)警管理等。

整個(gè)控制系統(tǒng)組成如圖2

圖2 循泵控制系統(tǒng)

PLC1和和PLC2分別為兩個(gè)GE FANUC 90－30系列PLC，通過(guò)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?？紤]到系統(tǒng)成本，在遠(yuǎn)程I/Oversamax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(gè)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(gè)8口以太網(wǎng)HUB,PLC和上位機(jī)分別將以太網(wǎng)線接入入HUB，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)的高速通訊。

3 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在改造中，通過(guò)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90-30PLCmax_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(guò)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(tái)，采用對(duì)話框方式對(duì)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中引入其配置文件件,使兩個(gè)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(chǔ)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(guò)對(duì)PLC存儲(chǔ)器位操作來(lái)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(hào)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)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genius總線接口單元的versamax I/O通過(guò)genius現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況，整個(gè)PLC系統(tǒng)設(shè)置了4個(gè)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(hào)，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(hào)，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(dòng)門(mén)，排水泵，軸流風(fēng)機(jī)，冷卻水泵等設(shè)備的反饋信號(hào)，輸出各設(shè)備的啟停指令。

3.3 上位機(jī)畫(huà)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(guò)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(duì)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(dòng)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(guò)與 PLC建立通訊關(guān)系通過(guò)軟件接口I/O驅(qū)動(dòng)程序與PLC直接建立通訊來(lái)讀取數(shù)據(jù)，并形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。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(dòng)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(chǎng)和CRT上的操作

以循泵為例，在就地動(dòng)力柜上設(shè)計(jì)“就地/檢修/遠(yuǎn)方” 控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，及“啟動(dòng)”，“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(kāi)關(guān)，及 “啟動(dòng)”，“停止”軟控制按鈕。當(dāng)就地動(dòng)力柜上的“就地/檢修/遠(yuǎn)方” 控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打在就地時(shí)，CRT上只監(jiān)視其狀態(tài)，對(duì)其操作無(wú)效，面板上“啟動(dòng)”，“停止” 按鈕用于簡(jiǎn)單的啟動(dòng)，停止循泵，不參加系統(tǒng)連鎖功能。當(dāng)就地動(dòng)力柜上的“就地/檢修/遠(yuǎn)方” 控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打在遠(yuǎn)方時(shí)，面板上的按鈕對(duì)其操作無(wú)效，此時(shí)，CRT上的軟按鈕對(duì)其操作啟動(dòng)，停止循泵，并且根據(jù)要求在停泵時(shí)自動(dòng)投入加熱，在啟泵時(shí)自動(dòng)投入軸流風(fēng)機(jī)。當(dāng)CRT上的“連鎖/解除” 軟轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置“連鎖”時(shí)，兩臺(tái)循泵互為聯(lián)鎖，一臺(tái)循泵處于備用，當(dāng)另一臺(tái)跳閘后，此循泵自動(dòng)啟動(dòng)。否則，當(dāng)軟轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置“解除”時(shí)，此循泵不自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)CRT上的程控/解除”軟轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置于“程控”時(shí)，此循泵與循泵出口蝶閥程控聯(lián)動(dòng)狀態(tài)。否則，當(dāng)軟轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)置“解除”時(shí)，循泵的啟停與蝶閥的開(kāi)度無(wú)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(méi)充水的條件。

啟動(dòng)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(tái)已運(yùn)行，開(kāi)第二臺(tái)泵），先啟動(dòng)出口蝶閥置15％，然后啟動(dòng)循泵，同時(shí)，蝶閥繼續(xù)開(kāi)啟置全開(kāi)。當(dāng)未充水時(shí)（如水管放空后啟泵），先啟動(dòng)出口蝶閥置15％，然后啟動(dòng)循泵，這時(shí)，出口蝶閥在15％處停留20min，使進(jìn)行循環(huán)水管充分充水，再繼續(xù)開(kāi)啟置全開(kāi)。

停止時(shí)，正常順控停泵時(shí)，先使出口蝶閥關(guān)置15％，然后停循泵，同時(shí)出口蝶閥繼續(xù)關(guān)閉置關(guān)死。當(dāng)發(fā)生循泵跳泵時(shí)，聯(lián)鎖關(guān)閉出口蝶閥。

3.4.3 循泵運(yùn)行與冷卻水壓力保護(hù)的控制邏輯改進(jìn)

在系統(tǒng)中，每臺(tái)循泵的冷卻水管路上分別設(shè)置兩個(gè)冷卻水壓力低Ⅱ值和一個(gè)冷卻水壓力低Ⅰ值。冷卻水壓力低Ⅰ值作為啟動(dòng)備用冷卻水泵的條件。冷卻水壓力低Ⅱ值作為啟動(dòng)循泵的閉鎖條件，當(dāng)循泵未運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)冷卻水壓力低Ⅱ值都動(dòng)作，不允許啟泵，當(dāng)循泵運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)冷卻水壓力低Ⅱ值都動(dòng)作后，延時(shí)20s，跳閘循泵。冷卻水壓力低Ⅱ值的閉鎖條件可CRT上選擇是否投入，當(dāng)發(fā)生冷卻水壓力開(kāi)關(guān)故障時(shí)可屏蔽，便于檢修工作。

程序框圖如圖3。

圖3 控制邏輯的改進(jìn)

4 結(jié)論

在完成循泵控制系統(tǒng)統(tǒng)PLC改造后，增強(qiáng)了循環(huán)水系統(tǒng)的抗干擾能力，優(yōu)化了邏輯組態(tài)，在運(yùn)行中減少了人力操作，增強(qiáng)了報(bào)警功能和故障記錄分析，減少了缺陷故障率，大大提高了循泵的運(yùn)行可靠性使之不再成為燃機(jī)安全運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)，完成了設(shè)備改造的目的。

基于PLC的循泵控制系統(tǒng)，充分利用了PLC組網(wǎng)方便，抗干擾能力強(qiáng)，適用于邏輯順序控制方面的特點(diǎn)，有效的完成了循環(huán)水系統(tǒng)的自動(dòng)控制。并且為循泵無(wú)人化值班提供了條件，在鎮(zhèn)海燃機(jī)運(yùn)行的實(shí)際應(yīng)用中得到了良好的效果，其經(jīng)驗(yàn)可以用于今后其他循泵控制系統(tǒng)參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

楊海濱(1978-)，男，浙江寧波人。助理工程師，維護(hù)部從事熱工自動(dòng)化工作。