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Q u a n t u m P L C和 C o n c e p t 软件在汽轮风机控制系统中的应用 Qu a n t u m P L C和 C o n c e p t 软件在汽轮风机 “ 控制系统中的应用 李付 民 邯钢集团自动化部工程中心 河北邯郸 0 5 6 0 1 5 摘要 本文结合 1 撑汽轮风机工程项 目，从生产工艺、系统组成、解决方案和应用总结等方面详细阐述了施耐德公司 Q u a n t u m P L C和 C o n c e p t 编程软件在汽轮风机控制系统中的应用。 关键词 C o n c e p t 编程软件； 汽轮风机；自动控制 中图分类号 T P 2 9 文献标识码 B 文章编号 1 8 1 7 一 o 6 3 3 2 0 o 8 1 2 0 0 5 9 0 2 Ap p l i c a t i o n o f Qu a n t u m P LC and Co n c e p t S o f t wa r e i n t h e Co n t r o l S y s t e m o f Tu r b i n e B l o we r L I Fu mi n A u t o m a t i o n D e p a r t m e n t ， H a n d a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o ． ， L t d ． ， H a n d a n 0 5 6 0 1 5 ， H e b e i ， C h i n a A b s t r a c t T h i s p a p e r d e s c r i b e s i n d e t m l t h e a p p l i c a t i o n o f Q u a n t u m P L C and C o n c e p t p r o g r a mmi n g s o ft w a r e o f S c h n e i d e r C o rn p a n y i n n o 1 s t e a m t u r b i n e b l o w e r p mj e c t f r o m t h e a s p e c t s o f p r o d u c t i o n t e c h n o l o g y ， s y s t e m c o mp o s i t i o n ， s o l u t io n s and s u mma r y o f a p pl i c a t i o n ． Ke y wo r d s C o n c e p t P rog r a mmi n g S o f twa r e ； S t e a m T u r b i n e B l o w e r ； Au t o ma t i c C o n t r o l 1概述 邯钢热力厂 1 梏汽轮风机经全面大修后于近 日正式投入生 产。锅炉产生的饱和蒸汽推动汽轮风机做功， 为热风炉提供一定 风压和一定风量的冷风，热风炉将冷风转化为 I O 0 0 C 以上的热 风送往高炉， 供高炉冶炼。汽轮风机改造完成后， 供风能力大大 提高， 为高炉稳产高产提供了重要保障。此次汽轮风机大修 ， 自 动化控制系统实施了升级换代 P L C硬件设备选用了 S c h n e i d e r 公司的 Q u a n t u m 系列产品 ， 下位编程软件选用 了 C o n c e p t V 2 ． 6 。 2 C o n c e p t 编程简介 C o n c e p t 是法国施耐德公司著名的 P L C编程软件。它采用 Wi n d o w s 操作系统，完全依照 Wi n d o w s 环境的操作习惯设计 ， 采 用项目 p r o j e c t 观念 ， 以可视化方法将程序的开发内容以阶层化 的方式加以呈现。在程序编辑方面， 提供联机 o n l i n e 的程序编 辑功能、 多窗口的阶梯程序画面、 弹性阶梯程序编辑功能、 程序 单 元输 入功能 、 独立助忆码程序显示窗 口和程序语法检查功 能。 在程序测试方面， 提供多页状态测试页窗口。 使工程师可自行确 定各页欲显示的组件 、 缓存器资料， 并可个别选择资料显示的格 式、 状态。 测试页的设定会存于项目档内。 在程序批注方面， 提供 组件、 缓存器、 网络、 程序单元 ， 与程序等不同层次批注功能 ， 提 供报告 r e p o r t 文件列印功能。C o n c e p t 支持符合国际电工委员会 I E E E 1 1 3 l 标准的五种编程语言 F B D F u n c t i o n B l o c k D i a g r a m功 能块 图 、 S F C S e q u e n t i a l F u n c t i o n C h a r t 顺序功能 图 、 L D L a d d a r D i a g r a m梯形图 S t r u c t u r e d T e x t 结构化文本 和 I L 1 n s t r u c t i o n L i s t 指令表 毒其中前三种语言是图形方式 ， 后两种是文本方 式 。C o n c e p t 支持 串行 、 M B、 MB 和 E t h e r N e t 四种通讯方式 。 3控制工艺及要求 汽轮机是一种以蒸汽为动力，并将蒸汽的热能转化为机械 能的旋转机械。来 自锅炉的蒸汽进人汽轮机后 ． 依次经过一系列 环形配置的喷嘴和动叶，将蒸汽的热能转化为汽轮机转子旋转 的机械能。蒸汽在汽轮机中， 以不同方式进行能量转换 ， 便构成 了不同工作原理的汽轮机。汽轮机具有单机功率大、 效率高、 寿 2 0 0 8年 1 2月第 1 2册总第 9 2册 命长等优点。在汽轮机中， 蒸汽的热能转化威旋转的机械能， 一 般可以通过两种不同的作用原理来实现 一种是冲动作用原理， 另外一种是反动作用 原理 。 本汽轮机主要包括 以下系统 压缩机定风压定 风量调节系统 ； 压缩机防喘振控制系统； 压缩机安全运行控制 系统 ； 汽轮机热井液位控制 系统 ； 汽封差压调节系统； 机组轴振动 、 轴位移检测保护系统 ； 机组轴承温度检测保护 系统 ； 机组转速检测控 制系统 ； 汽机排汽温度压力监控 系统 ； 润滑油温度压力监控系统； 动力油压力监控系统 ； 机组逻辑控制系统及紧急停机保护系统。 4 自控系统组成 4 ． 1 硬件组成 序号 设备名称 型号 数量 1 l O槽 底板 l 4 0 X B P 0 l o 【 0 2 2 电源模板 1 4 O C P S 1 1 4 O 0 2 3 C P U模板 l 4 O C P U 5 3 4 l 4 A 1 4 以太网通讯模板 1 4 0 N OE 7 7 l O l l 5 远程通讯模板 1 4 0 C R P 9 3 1 o o l 6 本地通讯模板 l 4 O C R A 9 3 l o 0 l 7 模拟量输入模板 1 4 0 A C 1 0 3 o o 0 5 8 热电阻输入模板 l 4 0 A R 1 0 3 0 1 0 3 9 热电偶输入模板 1 4 0 A T 1 0 3 O 0 o 2 l 0 模 拟量输 出模板 1 4 0 A C 0 0 2 0 o O 2 l 1 数 字量输入模板 1 4 0 D D 1 3 5 3 0 0 l 1 2 数字量输 出模板 1 4 0 D D 03 5 3 0 0 l I 3 分支器 MA 一 0 1 8 5 一 l o 0 2 4 ． 2软件组成 5 9 1 Wi n d o w s 2 0 0 0 S P 4 2 C o n c e p t v 2 ． 6 3 l f i x v 3 ． 5中文版 4 I ／ O D ri v e r 4 ． 3 网络结构 一 、⋯ 一 一 Q u a n t u m P L C和 C o n c e p t 软件在汽轮风机控制系统中的应用 中文版操作系统 P L C逻辑控制程序编辑软件。 上位机组态软件 H i x对各种 P L C的驱动接 口程序 1 E t h e r N e t 网。主要用于 1 4 0 N O E 7 7 1 0 1 模板、 操作站与交 换机三者之间的通讯， 实现控制站与操作站之间的以太网方式 、 T C P ／ I P协议 的通讯 ， 通讯速率为 1 0 0 MB P S 。 2 MB 网。 主要用在主机架与远程机架之间的通讯， 通讯速 率为 1 MB P S 。 MB 网是 MO D B U S P l u s 网络的简称， 是一 种典 型的 令牌总线网。它允许计算机、 P L C和其它数据源以对等方式进行 通信， 设备通过“ 令牌” 的方式实现数据的交换， 严格定义了令牌 的传递方式、 数据校验以及通信接口等方面的参数。MB 传输介 质为双绞线、 同轴电缆或光缆， 最多可支持 3 2个对等节点 ， 通信 距离 为 4 5 7 ． 2 m。 一个 MB 网可以分成一个或多个段 ， 段与段 之间 用中继器连接， 一个 MB 网最多可支持 3个中继器， 使网络最大 可扩展到 6 4 个节点 ， 距离达到 1 8 2 8 m。 5解决方案 5 ． 1在 E x c e l 中输入 C o n c e p t 变量编辑表后再导入 Co n c e p t 的 功能实现 具体 步骤 如下 “ c o n c e p t ” “ fi l e ” _ “ e x p o r t ” “ V a r i a b l e s t e x t d e l i mi t e d ”，选 中 U s e r d e fi n e d“ ； ” 并输入导 出文件名如 t u r b i n e 1 ． t x t 。 打 开“ E x c e l ” 一 “ fi l e ” 一 “ 打开” 一选择文件类型为 文本文件 ， 并选择 t u r b i n e l _ I x t， 在随后 的界 面中 分别选中“ 分隔符号” 和“ 分号” ， 然后在 E x c e l 电 子表格中输入 C o n c e p t 变量 ， 再存盘为 t d r b i n e 1 ． t x t 。 “ c o n c e p t ” 一 十 “ fi l e ” _ _ “ i m p o ” 将 t u r b i n e 1 ． t x t 导人。 5 _2 关于 C o n c e p t 数据类型编辑 器 中的数据 类 型 问题 C o n c e p t 数据类 型 编辑 器导 出 的数据 类 型 与放置的路径有关。如果定义的数据类型为全 局导 出数据类型 ， 必须放 置在 C o n c e p t ／ D F B目录 下， 全局导出数据类型可用于 C o n c e p t 任何项 目 或任何 D F B中。这样生成任何新 的项 目， 在 C o n c e p t 中 的 V a r i a b l e E d i t o r 下 D a t a T y p e一 栏 下就能看到这个数据类型。如果定义的数据类 型为局部导出数据类型，则只能放置于相应项 目的目录下的 D F B子 目录下 。局部导出数据类 型仅能被此项目或其所在的 D F B使用。如生成 一 个新 的项 目，在 C o n c e p t 中的 V a r i a b l e E d i t o r 下 D a t a T y p e一栏 下将看 不到 这个局 部导 出数 据类型。 5 ． 3 在 C o n c e p t 2 ．5中配置 1 4 0 N OE 7 7 1 x 1的方 法 在C o n c e p t 2 ． 5 的 硬 件 配 置中 没 有 1 4 0 N O E 7 7 1 x l ， 若 想 在 C o n c e p t 2 ． 5 中 配 置 1 4 0 N O E 7 7 l x 1 ， 必须先在 C o n c e p t 2 ． 5 S R 2数据库 中增 加 对新 的 1 4 0 N O E 7 7 1 0 1和 1 4 0 N O E 7 7 1 1 1 模板的支持， 方法如下先从 e n t e r p ri s e上下载 NOESu pp o rt _E N ． z i p 文件， 在计算机硬盘中创建 一 个备份文件夹， 将 C o n c e p t目录下的 C o n fi g ． d Ⅱ ， A i c o n f i g ． d Ⅱ和 Mo d c o n E e x e以及 c o n c e p t ＼ d a t 目录下 的 s y s i n f d b ． s 0 ． ． 3 1 文件拷 贝到 备 份文件夹 。“ 开始 ” _ “ 程序 ” ． “ C o n c e p t 2 ．5 ” _ “ Mo d C o n n e c t T 0 o l ” “ fi l e ”_ “ O p e n i n s t a l l i o n fi l e ” 选择 N O E 7 7 1 x 1 ． m d c 文件一点击“ o k ” 。 在“ S e l e c t Mo d u l e s ” 界面中点击“ A d d A l l ” ， 然后 点击“ C l o s e ” 。在“ C o n c e p t Mo d u l e i n s t a l l a t i o n ” 界面中点击“ fi l e ” ， 然后点击 “ S a v e c h a n g e s ” f 执行此步骤后， 模板将加人数据库 。 退 出 M o d c o n f ． e x e 后 即可在 C o n c e p t 2 ． 5中配置 1 4 0 N O E 7 7 1 x l 。 5 ． 4 用 C o n c e p t 2 ． 6打开在老版本环境下编辑生成的程序 C o n c e p t 2 ． 6可以直接打开 C o n c e p t 2 ． 5 组态编辑生成的工程 项目。 但 C o n c e p t 2 ． 5以前的老版本 包括 VI ． x o r V 2 ． x 需经转换 后才能在 C o n c e p t 2 ． 6中打开，转化方法为首先使用 C o n c e p t C o n v e rt e r u t i l i t y导 出原有工 程 ，产 生～个 ． A S C文件 ，然后 在 C o n c e p t 2 ． 6中直接导入这个． A S C文件即可。 5 ． 5 T o t a l i z e r 功能的使用 用 C o n c e p t 的 T o t a l i z e r 功能作流量积算时， 有时会出现流量 累计值与实际值不符的现象，其主要原因是 T o t a l i z e r 功能模块 中的C u t o ff参数设置不当。C u t o ff参数应设置为～个10的实型 值， 如果该参数设置 0 ， 将在“ o n l i n e e v e n t ”生成故障记录， 同时 S T A T U S输出管脚输出故障代码。如果 C u t o ff参数设置过大， 就 会导致低于 C u t o ff参数设置值的流量无法进行累计， 从而导致 累计值与实际不符， 因此需要认真校正 C u t o ff参数设置值。 雹 图 1风机轴系系统 图 2汽机调速系统 下转 6 3页 自 动 化 信 息 A U T O M A T I O N I N F O R M A T IO N 调整器中， 另一个在现场 Me g a b l o c k端子块箱内。重要现场总线 设 备设置原则如下 I 级控制阀 一个总线网段上只允许连接一个 I 级控制阀， 该网段只连接与该控制阀直接相关的测量仪表。 Ⅱ级控制阀 一个总线网段上允许连接一个 Ⅱ级控制阀， 该 网段还可连接一个Ⅲ级控制阀。不允许连接其它 I 级或Ⅱ级控 制阀。 Ⅲ级控制阀 一个总线网段上允许连接二个Ⅲ级控制阀， 或 者一个Ⅲ级控制阀和一个 Ⅱ级控制阀。不允许连接 I 级控制阀。 H1 总线供电时， 供电电压取决于总线电缆长度及电阻。网段上 两线制总线 供电设备 ， 应确保有足够电压可驱动它 ， 每个设 备至 少需要 9 V。 计算一条总线上的压降 电源电压为 2 4 V D C， 3 5 0 m A， 最低 设备电压为 9 V D C，每台设备功耗为 2 4 m A，电缆最大压降为 1 5 V D C， 通讯 A型电缆的电阻率为 2 2 D ,／ k r n x 2 4 4 D ．／ k m。计算确 定在离电源 1 ． 9 k in处接 7台设备的网段是否可行。压降 电流负 载 回路电阻。 计算通过前 1 ．9 k in的 7台设备的电流所导致的压降 2 4 mA 8 4 4 1 ／ ／ k m 1 ． 9 k m 1 4 ． 0 4 4 V D C 1 5 V D C 根据以上计算可得 ，对于基本的无本质安全要求和通讯速 度考虑的 F F网络 ， 如题所得 ， 在 1 ． 9 k m距离内 ， 最 多只能接 7台 现场设备 ． 对于本质安全 F I S C O认证的网段，主干线和分支电缆的长 度之 和不得超过 1 0 0 0米 ， 同时分支电缆长度不得超过 3 0 米 ， 如 表 2所示。 所 以综合该项 目的现场情况 和本质安全 F I S C O要求及要求 信号传输的速率等情况， 该系统用 6 0条 Hl 总线作为分支， 平均 每条总线挂 6 ． 6台总线仪表是符合压降计算要求的 基金会现场 总线 F F的应用及 网络设计 表 2 F F网段设计长度表 瓢 警 * l ． 娜 l|I l c 譬 0 篷 赫 爨 篓 黔 囊 羽 舄 嘲 I簟 RE ． 1 2 0 - 35 7 0 2 5 50 i 4 3 0 3 0 RE - 2 2 0 7 5 2 0 0 7 5 30 {4 0 0 3 0 RE ． 3 3 5 3 3U 8 3 U 4 9 b 0 RE ． 4 2 0 3 5 7 0 2 5 5 50 4 3 0 3 0 RE ． 5 2 0 7 5 2 0 0 7 3 0 4 0 0 3 0 R 6 t 5 3 5 3 3。 8 30 4 9 5 3 0 RE ． 7 2 0 4 0 1 9 0 2 0 叶 3 0 4 8 0 3 0 RE 8 2 0 1 3 0 1 6 0* 50 3 4 0 3 0 RE - 9 1 9 0 i 9 0 3 0 3 25 3 0 R I E-1 0 2 0 * 6 5 4 2 0 3 0 5 3 5 3 0 R 1 E ’ 1 2 0 5 2 0 *1 7 0 5 0 2 6 5 3 0 Rl E．1 2 ’ 5 2 0 ． 7 5 7 5 5 0 2 3 5 3 0 N。 l E F r o m t h e a b o v et a k i n g c o n t i n g e n o ／i nt o a C C O U n t l e t t a k et h e wo r s t c a s e f T r u n k5 50Me r s a ndS p u r 3 0me t e r s } 场总线主要有基金会现场总线 F F H1 ， H S E 和 P r o fi b u s P A。 基金 会现场总线 F F应用 领域 主要是 石化 、 电力 、 冶金等连续生产过 程控制 ， 在公开性 、 公正性 、 互操作性等方面也具有明显特点 。 F F现场总线在 中海油系统内很多项 目得到 了实践 ，并获得 了成功， 比如 南海石油惠州 8 O万吨乙烯项目、 渤海曹妃甸石油 平台及油船、 中海油旅大石油平台， 南海西江 F P S O等项目。F F 现场总线在已经得到认可和广泛应用，实践证明，在项 目的设 计、 安装、 调试阶段， 由于系统采用了现场总线技术， 使得设计、 绘图的工作量简化 ， 布线及调试时间大大缩短， 安装成本得以降 低。不仅如此， 项 目投产后， 在其运行应用过程中， 现场总线技术 所带来的长远利益还将会进一步显现， 如 出色的诊断能力； 检 修、 维护的方 便性； 提高资 产效率、 降低运转成 本等。 圈 参考文献 l l 】缪学勤 ． 现场总线与 I 业 以太网技术最新进展． 上海 工业 自动化仪表 研究所， 2 0 0 4 ． f 2 1李庆丰等． 设备开发中的现场 总线选型． 自动化仪表， 2 0 0 2 ． 【 3 】阳宪惠．工业数据通信 j 控制网． 清华大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． 6 结束语 作 者 简 介 现场总线是拥有网络通信能力的智能化的现场设备 ，现场 王 伟男， 生于 1 9 8 0年， 海洋石油工程股份有限公司建造公司D C S系 总线控制系统应用于过程控制领域，在该领域占主导地位的现 统仪表调试工程师。 上 接 6 0页 图 3润滑油系统 5 ． 6在不同操作站中移动 Co n c e p t V 2 ． 5授权 首先要将授权从操作站移到一张磁盘中，执行开始一程 序- - * C o n c e p t V 2 ． 5 - - A u t h o ri z a t i o n - - - M o v e p r o d u c t a u t h o ‘i z a t i o n t n 2 0 0 8年 1 2 E J 第 1 2册总第 9 2册 a n o t h e r PC Mo v e a u t h o r i z a t i o n f r o m c o mp ut e r t o di s k et t e。 然后再将 授权从磁盘 移到另一台装 有 C o n c e p t V 2 ． 5的操 作站中， 具体方法同上 ， 只是将最后一项改为“Mo v e a u 一 6主要生产监控画面 如图 1 ． 图 2 ， 冈 3 。 7应用总结 在汽轮风机控制系统的改造中 ， 硬件设计 、 软件组态等 一 系列项 目都 南一线维护人员 自主完成。丰富 的现场实践 经验以及 C o n c e p t 良好 的品质 、 易用性 能 ， 使得整个工程 自 始至终进行得比较顺利 在短短三周的时间里， 共完成了控 制系统拆旧建新， 现场设备安装、 配线 、 调试， 投运等工作 经过半年来的运行效果看， 目前， 控制系统设备运行 良好， 控 制 性 能 完 全 满 足 用 户 要 求， 圆 满 实 现 了 改 造目 的 。 团 堡查笪佥 李付 民 男， 出生于 1 9 7 0年 ， 邯钢集团 自动化部 工程 中心高级工程师
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