基于PLC控制的火电厂化学水处理系统除盐水泵变频自动控制的实现.pdf

自动化与仪器仪表 2 0 1 3 年第 期 总第 1 6 9 期 基 于P L C控制的 火电厂化学水处理 系统除盐水泵变频 自动控制的实现 李伟 华能新疆阜康热电有限责任公司 新疆阜康 ，8 3 1 5 0 0 摘要介绍了华能新疆阜康热电有限责任公司2 x 1 3 5 M W 机组火电厂化学水处理系统除盐水泵变频自动控制系统 自 动化控制功能的实现。该系统设计综合了计算机、自 动化和网络技术，信息层采用工业以太网，控制层采用MO D B U S 现场 总线通讯协议，实现了基于上位机、P L C、工业以太网和变频器的自动化监控和管理功能。 关键词P L C ；上位机；工业以太网；变频器 A b s t r a c t T h i s a r t i c l e d e s c r i b e s t h e i mp l e me n t a t i o n o f Hu a n e n g Xi n j i a n g F u k a n g T h e r ma l P o we r C o mp a n y L i mi t e d 2 X1 3 5 MW u n i t t h e rm a l p o we r p l a n t c h e mi c a l wa t e r t r e a t me n t s y s t e m t h e d e s a l i n a t i o n p u mp fre q u e n c y a u t o ma t i c c o n t r o l s y s t e m a u t o m a t i o n a n d c o n t r o l f u n c t i o n s ． Th e s y s t e m i s d e s i g n e d i n t e g r a t e d c o mp u t e r , a u t o ma t i o n a n d n e t wo r k t e c h n o l o g y ,i n f o r m a t i o n l a y e r u s i n g i n - d u s t r i a l Et h e me t c o n t r o l l a y e r u s i n g MODBUS fi e l d b U S c o mmu n i c a t i o n p r o t o c o l ， b a s e d o n the h o s t c o mp u t e r , P L C， I n d u s t r i a l E t h e r - n e t a n d i n v e ge r a u t o ma t e d mo n i t o r i n g a n d ma n a g e me n t c a p a b i l i t i e s ． Ke y wo r d s P L C； Up p e r Co mp u t e r ； I n d u s t r i a l E t h e r n e t ； T h e i n v e rt e r 中图分类号T P 2 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 3 0 5 0 1 4 7 0 3 0 引 言 华能新疆阜康热电有限责任公司2 x 1 3 5 MW机组 1 号机于 2 0 1 0年 1 0月底投产发电，2号机组于2 0 1 1 年2月底投产发电。 化学水 处理系统 同时为两 台机 组提 供足够 的给水 。该水处理程 控系统采用可编程序控制器 P L C H UB H MI 人机界面 控制方式，高可靠性的工业可编程序控制器 P L c 作为该系统 的基本控制 级，实现对水处理工 艺设备及工艺过程 的程控 、远 控及就地手动操作相结合的控制 。在操作站上可以实现 自动、 成组等控制方式。模拟量和开关量的信号采集亦在 P L C中完 成 。根据工 艺和 设备的需要 ，还可 以完 成闭环控制 的功 能，监 控级与基本控制级以通讯网络连接 。P L C接受监控级上位机的 操作指令，完成设备的控制和联锁保护，同时将现场采集到的 信号经处理后传送给上位机。该控制和监视系统的监控级和基 本控制级的硬件和软件功能相对独立。当监控操作站或通讯故 障时，基本控制级 P L C 仍能保持基本的控制功能。系统的网 络通讯采用快速 以太 网结构 ，通讯速率 为每 秒 1 0 0 Mb ，通讯协 议采用 T C P ／ I P协议，各系统接入水网系统的方式采用冗余通 讯方式 ，P L C与远程 1 0的通讯介质全部采用光纤 。 1 化学除盐水处理 系统的工艺控制及要 求 华能新疆阜康热电有限责任公司2 x l 3 5 MW机组预处理水 源采用红星水库水，预处理为机械搅拌加速澄清池、重力式无 阀滤罐，澄清池系统主要作用是在澄清池进水管道内加入絮凝 剂、助凝剂，进行混凝、沉淀，将生水澄清，有效的除去水库 水中部分的悬浮物、胶体硅、有机物，降低 S DI 值，澄清池出 水浊度 小于 1 0 mg ／ L 。澄清池 出水进 入化 学用 水过滤 装置 重 收稿 日期 2 0 1 3 - 0 6 0 5 作者简介李伟 1 9 7 5 一 ，男，主要从事热控研究X - 作。 力式无 阀滤罐 进 行再次过滤处理， 处理 出水 至 5 0 0 m 化学蓄 水 池， 由化学水升压泵经生水加热器至化学室外 5 0 0 m 生水箱 。 补给水处理方式为机械过滤，一级除盐加混床，水处理系 统采用母管支管制，其工艺流程如下生水箱一生水泵一机械 过滤器一逆流再生 阳离 子交 换器一树脂捕捉器一除碳器一 中间 水箱一中问水泵一逆流再生双室阴离子交换器一树脂捕捉器一 混合离子交换器一树脂捕捉器一除盐水箱一除盐水泵一主厂 房。如图 1 所示 。 图 1 2 除盐水泵 P L C控制 系统的基本构成 本系统是 由可编程序控制器 P L C和操作员工作站组 成 。采用 主、备冗 余控制器 和 5 个远 程 I ／ 0站相 结合方式 。可 编程序控制器的I ／ O模件可带电插拔。I ／ O机架上配置了输入模 件， 具有对数字量输入信号、4 - 2 0 m A信号、热电阻信号及热 电 偶信号的采集功能。I ／ 0机架上还配置了输出模件，满足现场 设备的控制需要。P L C采集远传仪表提供的信号，用于过程控 制，同时将数据传送至监控操作站，形成丰富的监视画面。 P L C的处理器进 行逻辑控制 运算 ，通 过DO及 中问继 电器控制 MC C的启／ 停回路 以及 电磁 阀。 1 47 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于P L C控制的火电厂化学水处理系统除盐水泵变频 自动控制的实现 李 伟 本系 统选 用施耐德 MO DI C O N的 Q u a n t u m系列 P L C，主控 制器为 1 4 0 C P U 6 7 1 6 0 ， 采用双机热备冗余方式，并采用双冗余 光 缆来提高系 统通讯 的可靠 性 。热备系 统的切换方式有 三种 钥匙开关手动切换、通过人机界面或编程器切换、自动切换。 Q u a n t u m1 4 0 系列P L C具有模块化、可扩展性、兼容性高、易 于升级 、开放 性好等体 系结构 ，包括 电源模 块、C P U、I ／ 0 模块 、通 讯接 口模块 、热备模块和底板等 。 3 除盐水泵控制系统存在的问题 华能新疆阜康热电有限责任公司化学除盐水系统主要由3 台除盐水泵和两个除盐水箱组成，在3 台除盐水泵中有两台是 设计为变频控制，另一台是工频控制。由于原设计中1 、2号 除盐水泵为变频控制，并非变频 自动控制系统，所以运行人员 需要 就地进行 手动 变频操 作，无 法做 到远方 实时监控 ，更无 法 实现根据除盐水母管压力 自动调节 1 、2号除盐水泵的转速， 所 以到 目前为止 3台除盐水泵都 是工频运行 ，既不方便运行 人 员进 行监控 也不利 于电厂节 能降耗。在 “ 十二五”节能减排 的 重要任务下， 电厂节能也被作为一个重要的课题摆在 了我们面 前 ，对 1 、2号除盐水泵 进行变频 自动控 制系统进 行改造及 重 新设计迫在眉睫 。 4 除盐水泵控制 系统 的改进及程序设计 4 ． 1 上位机监控 系统画面设计 监控 级是 以工控微机和监控软件为核心的监控操作站 ，为 运行人员提供了监视、控制工艺过程和设备的手段，为生产管 理提供报告和报表，还为控制工程师和维护人员提供编程、维 护等功能。上位机主要完成该系统所包含车间的设备操作及系 统运行参数的显示、计算、报警、打印、报表、历史记录。上 位机监控系统承担着对各系统工况的监视及控制，对P L C进行 系统配置 、组态 、调试及程序动态显示 。硬件配置采用研华工 控 机 、Hi r s c h ma n交 换 机 、S a ms u n g 显 示 器 ，操 作 系 统采 用 W i n d o ws x p。 监 控软 件 采用 I n T o u c h l 0 ． 0 ，I n T o u c h是美 国Wo n d w a r e公 司开 发的世界上第 一个集成 的基 于组件 的人机 接 口界面 MMI 系统，它具有世界上领先的HMI 人机接口界面和 面 向对象 的图形 开发环境 ，便于 高效 、快捷地 配置用户 的应 用 程序，主要特点是 系 统 的 开 放 性 。 I n T o u c h的基 本 通 讯 格 式 包 括 “ 快 速 DD E”和 S u i t e L i n k 。I n T o u c h有 6 0 0种通 讯 协 议转 换 软件 I ／ O S e r v e r ，可 以与 不 同的设 备通讯 ，特 别在 与 P L C通讯 方 面 。包括 S i me n s 、Mo d i c o n 、AB B 、G E等 。 网络功 能 。I n T o u c h通过 DD E和 扩展 的 N e t D DE ，可与 本 机和其他计算机中的应用程序实时交换数据，通过OD B C可访 问各种类型的数据库。通过标准的A c t i v e X技术，可使用户为 自己的应 用程序 开发各种 网络多媒体功能 。 易用性 。I n T o u c h的编程面 向非计算机专业 的工程人员， 可缩 短开发周期，方便用户修改和开放上位软件 。通过组态可 满足用户在操作、显示、记录上的各种特殊要求。多种绘图工 具和丰富的图形库可以做出非常易于操作和漂亮的画面。它在 报警和历史趋势方面 的功能极大 的方便 了对系统的监护 。 1 4 8 数据库功能。I n T o u c h 除了自身带有数据库以外，还支持 S Q L语言，可以方便的与其他数据库连接。 在除盐水主系统画面的 1 、2 号除盐水泵的图标上方增加 手动与 自动按钮 ， 以实现对 1 、2号除盐水 泵的 自动 与手动控 制；另外增加两幅窗口图，分别为 1 、2号除盐水泵变频控制 窗口图，在窗口图中可以实现对 1 、2 号除盐水泵变频器的启 停和手动频率给定 以及 自动状态下除盐水母管压力设定值的给 定，见图 2 和 图3 。 图2 图3 4 ． 2 下位机P L C 的应 用程序设计 P L C系统编程采用Un i t y P r o 编程软件，U n i ty P r o是作 为 Wi n d o ws 的应 用程 序 而被 设计 的 。U n i t y P r o可 以在 Wi n d o ws 2 0 0 0 、Wi n d o ws XP 、Wi n d o ws N T中进 行操 作 。采 用U n i ty P r o 开发的所有系统配置程序，尤其是程序创建，都 可在不依赖于 要编程的 P L C硬 件的情况下设 计的 。U n i t y P r o 具有图形界面，整个程序被分成与逻辑结构相对应的若干区 段 。Un i t y P r o 配置 工具允 许对象被 轻易地 以图形 形式选 定、 放置 、复制或移动 。作 为一种 自动控制项 目的解 决方 案，Un i ty P r o提供 了与 I E C1 1 3 1 - 3 标准 兼 容 的多种 编程 语 言 F B D 功能块 图 、L D 梯 形 图 、S F C 顺序 功能 图 、指 令表 I L 和结构化文本S T 。I E C编程语言 F B D、L D、S F C、S T以及 I L 的基本单元是功能和功能块，它们的组合构成逻辑单元 。 U n i ty P r o 包含各种带有预 定义 基本功能／ 功 能块 E F B的块 库，为了轻松的使用E F B，功能块将根据各 自的使用范围而被 分配 到不同的库中，U n i t y P r o 还可 以依据用 户 自己的现场 设 备情 况 自行 添加 适合 自己的 自定义 功能块 ，方便 了用 户的创 新。在本系统中所使用的程序语言主要为功能块语言 F B D 和 L D 梯形 图 。 4 ． 2 ． 1 标准功能块的设计 为 了使主程序 的设计简洁 明了，清晰 易懂 ，方便调试 ，为 此需要设计 分别完成 不 同功能的标准 功能块， 在本 次改造 中新 设计了以下四种适用于本现场的标准功能块，分别为报警功 能块 、模 拟量显示块、马达控制功 能块 、个性化 P I D控 制功能 块、其程序结构见图4 、图5 、图6 。 报警功能块的功能是对模拟量显示块的输出信号进行高低 限判断后输出高低报警开关量信号，此开关量信号既可作为报 警信号，也可作为连锁启停设备的条件判断信号。 模拟量显示块的功能是对现场传感器来的输入信号进行量 程转换，使输出信号与工业现场参数的量程及单位一致，方便 在上位机 画面进行显示 ，并且具备小信号切除功能 。 马达控制功能块的功能是对转机类设备进行可靠地启停控 制。包含了自动连锁控制、手动启停控制、长短脉冲分别输 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m