• 2018-09-08

摘要：本文介紹了PLC在燃機循泵控制系統(tǒng)中的應用，通過PLC硬件上優(yōu)化配置及軟件組態(tài)上的合理設置，提高了循泵自動控制系統(tǒng)的可靠性。

1 概述

鎮(zhèn)海9EE燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由兩臺GE公司生產的MS9001E燃氣輪機，兩臺余熱鍋爐和汽機組成的聯(lián)合循環(huán)機組。其汽機凝汽器采用海水冷卻，循環(huán)水泵房共設有兩臺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，按工藝對循環(huán)水泵，循泵出口蝶閥，旋轉濾網和沖洗水泵的中間邏輯進行處理，實現(xiàn)較為簡單的自動控制，故障檢測及聲光報警?？刂品绞綖闉?/span>PLC程控硬手操，無工控機。

由于原設計，設備選型的原因，自投運以來故障較多。隨著設備運行年限的增長，故障趨于頻繁，跳泵故障屢次出現(xiàn)，嚴重影響燃機的正常運行。主要問題如下：

(1)電源設計不可靠，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， 蝶閥不能自保而關閉， 聯(lián)動循泵跳閘；

(3)報警系統(tǒng)不完善，無報警記錄與歷史趨勢，難以故障分析；

(4)設備老化，操作復雜，對設備運行的監(jiān)控及事故的快速反應和處理不利。

這些問題的存在嚴重影響燃機機組的安全正常運行，不利于機組的穩(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)水泵是燃機電廠的主要輔機之一，其正常出力對電站的安全正常運行有重要意義循環(huán)水泵的控制歷來是電站控制中的重要問題。

燃機循泵系統(tǒng)由以下結構組成，如圖1。

圖圖1

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，經過二次濾網再次過濾，送入汽機凝汽器循環(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冷卻，采用閉式循環(huán)，經過冷卻水箱，通過3臺2運1備的冷卻水泵分兩路分別對循泵電機進行冷卻。

可編程控制器（Programmable Logic Controllerr），簡稱為PLC，由于其高可靠性，便捷的通訊接口，簡易方便的安裝設計等特點，廣泛的應用于各種工業(yè)邏輯控制領域。燃機循泵控制系統(tǒng)也采用了以微處理為基礎的可編程控制器和工控機構成監(jiān)控系統(tǒng)?？刂品绞讲捎?/span>CRT操作員站進行監(jiān)視控制，通過CRT畫面和鍵盤對整個工藝系統(tǒng)進行監(jiān)視和控制，實現(xiàn)對循環(huán)水系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集，處理，圖象顯示，報警，制表和自動順序控制，完成相關輔助系統(tǒng)的調節(jié)功能及局部系統(tǒng)的邏輯控制和聯(lián)鎖保護。根據(jù)目前的運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)及被控設備均按有人和無人化值班方式設計和配置，并預留遠程通訊接口以備今后與其他控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊和遠方監(jiān)控。

考慮到循泵系統(tǒng)對機組的重要性，PLC采用雙機熱冗余主機進行控制。經過多方調研，對各種雙機熱冗余的PLC進行性能價格比較后，采用美國GE FANUC系列90－30系列的PLC為雙冗余控制設備。其具有以下優(yōu)點：

(1)提供最先進的編程特性，易于組態(tài)便于安裝。

(2)CPU具有強大的功能，如內裝PID，結構化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊能完成復雜的操作。

(3)高性價比的雙機冗余性能。

上位機界面軟件采用IFIX3.5。系統(tǒng)共配置兩臺上位機監(jiān)控系統(tǒng)，一臺操作員站兼工程師站和一臺操作員站進行控制程序編程，界面軟件組態(tài)和生產過程的監(jiān)控管理，包括：顯示工藝流程，控制各設備的自動化運行，顯示歷史趨勢曲線，進行報警管理等。

整個控制系統(tǒng)組成如圖2

圖2 循泵控制系統(tǒng)

PLC1和和PLC2分別為兩個GE FANUC 90－30系列PLC，通過Genius總線控制器利用Genius總線網連接，以實現(xiàn)雙機熱冗余?？紤]到系統(tǒng)成本，在遠程I/Oversamax通用擴展式I/O結構，利用Genius網絡接口單元，掛到整個Genius總線網中，為遠程控制提供靈活的I/O結構。由于90－30系列PLC支持以太網通訊，在系統(tǒng)中增加一個8口以太網HUB,PLC和上位機分別將以太網線接入入HUB，實現(xiàn)上位機與現(xiàn)場的高速通訊。

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

在改造中，通過以下幾點實現(xiàn)了系統(tǒng)的PLC控制。

3.1 雙機熱冗余的實現(xiàn)

GE FANUC系列90－30系列的PLC實現(xiàn)雙機熱冗余由GE Fanuc系列90-30PLCmax_on構成的，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網絡總線與其備用控制器和I/O系統(tǒng)的通訊實現(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行。系統(tǒng)同時具有參數(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)進行組態(tài)，例如：網絡結構，同步參數(shù)以及模擬量輸入轉換等。完成雙機配置后,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PLC都置于運行模式,這樣其冗余特性就揮發(fā)生作用，其主從切換的標志位在PLC的存儲器中可以看到。

a. %M1017 CPUA標志位；

b. %M1018 CPUB標志位；

c. %M1019 CPU處于運行模式標志位；

d. %M1020 CPU為主機標志位；

e. %M1021 所有數(shù)據(jù)同步標志位。

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,主控制器參與設備的控制,從控制器同樣進行數(shù)據(jù)的采集,運算,并監(jiān)視主控制器的運行狀況,如有異常,立刻平穩(wěn)的切換為主控制器。

3.2 PLC遠程I/O結構的實現(xiàn)

鎮(zhèn)海燃機循泵系統(tǒng)的就地信號的采集和設備的控制采用高通訊速率的versamax遠程I/O結構。VersaMax是唯一具有“三合一"功能的系列產品，它既可以作為單獨的PLC控制機，具有可接受的價格和優(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備。具有以下特點：

(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、擴展不需要任何工具；

(4)模塊化結構，構成系統(tǒng)可大可?。?/span>

(5)安裝費用低，減少工程成本。

基于上面的特點，系統(tǒng)中采取帶有genius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，與就地設備相連。

根據(jù)現(xiàn)場的實際運行情況，整個PLC系統(tǒng)設置了4個遠程I/O機架。

＃1遠程I/O站主要用于采集＃1循泵系統(tǒng)的各設備的反饋信號，輸出＃1循泵系統(tǒng)各設備的啟停指令。

＃2遠程I/O站主要用于采集＃2循泵系統(tǒng)的各設備的反饋信號，輸出＃2循泵系統(tǒng)各設備的啟停指令。

＃3，＃4遠程I/O站主要用于采集公用系統(tǒng)包括循泵液壓油泵，二次濾網前后壓力，二次濾網進出口電動門，排水泵，軸流風機，冷卻水泵等設備的反饋信號，輸出各設備的啟停指令。

3.3 上位機畫面與操作的實現(xiàn)

在系統(tǒng)中，采用了以PLC為控制設備，工控機作為上位機，通過以太網連接的結構形式。這種結構充分發(fā)揮了PLC和計算機的優(yōu)點。PLC可靠性高，抗干擾能力強，對設備的控制有其獨立完成。計算機完成圖形、實時數(shù)據(jù)的顯示，故障報警等功能。

系統(tǒng)中采用ifix軟件作為上位機的監(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驅動程序，可方便的與PLC連接，在工業(yè)控制領域有著廣泛的應用。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建立通訊關系通過軟件接口I/O驅動程序與PLC直接建立通訊來讀取數(shù)據(jù)，并形成實時數(shù)據(jù)庫。HMI圖形系統(tǒng)顯示實時數(shù)據(jù)和報警信息，記錄歷史數(shù)據(jù)，打印報表，修改設定參數(shù)以及實現(xiàn)軟手動控制等。

3.4 邏輯完善

在原有的設備運行中及新設備投運后系統(tǒng)邏輯需要完善的主要有以下幾點：

3.4.1 現(xiàn)場和CRT上的操作

以循泵為例，在就地動力柜上設計“就地/檢修/遠方” 控制轉換開關，及“啟動”，“停止”控制按鈕。在CRT上設計循泵的“連鎖/解除”，“程控/解除”軟轉換開關，及 “啟動”，“停止”軟控制按鈕。當就地動力柜上的“就地/檢修/遠方” 控制轉換開關打在就地時，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。當就地動力柜上的“就地/檢修/遠方” 控制轉換開關打在遠方時，面板上的按鈕對其操作無效，此時，CRT上的軟按鈕對其操作啟動，停止循泵，并且根據(jù)要求在停泵時自動投入加熱，在啟泵時自動投入軸流風機。當CRT上的“連鎖/解除” 軟轉換開關置“連鎖”時，兩臺循泵互為聯(lián)鎖，一臺循泵處于備用，當另一臺跳閘后，此循泵自動啟動。否則，當軟轉換開關置“解除”時，此循泵不自動啟動。當CRT上的程控/解除”軟轉換開關置于“程控”時，此循泵與循泵出口蝶閥程控聯(lián)動狀態(tài)。否則，當軟轉換開關置“解除”時，循泵的啟停與蝶閥的開度無關。

3.4.2 循泵與出口蝶閥的控制邏輯改進

循泵與出口蝶閥處于相關的連鎖狀態(tài)。為防止循泵的空轉，倒轉引起泵的損壞，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，根據(jù)運行狀況選擇循環(huán)水管是否充水，當完全充水時（如一臺已運行，開第二臺泵），先啟動出口蝶閥置15％，然后啟動循泵，同時，蝶閥繼續(xù)開啟置全開。當未充水時（如水管放空后啟泵），先啟動出口蝶閥置15％，然后啟動循泵，這時，出口蝶閥在15％處停留20min，使進行循環(huán)水管充分充水，再繼續(xù)開啟置全開。

停止時，正常順控停泵時，先使出口蝶閥關置15％，然后停循泵，同時出口蝶閥繼續(xù)關閉置關死。當發(fā)生循泵跳泵時，聯(lián)鎖關閉出口蝶閥。

3.4.3 循泵運行與冷卻水壓力保護的控制邏輯改進

在系統(tǒng)中，每臺循泵的冷卻水管路上分別設置兩個冷卻水壓力低Ⅱ值和一個冷卻水壓力低Ⅰ值。冷卻水壓力低Ⅰ值作為啟動備用冷卻水泵的條件。冷卻水壓力低Ⅱ值作為啟動循泵的閉鎖條件，當循泵未運行時，兩個冷卻水壓力低Ⅱ值都動作，不允許啟泵，當循泵運行時，兩個冷卻水壓力低Ⅱ值都動作后，延時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，當發(fā)生冷卻水壓力開關故障時可屏蔽，便于檢修工作。

程序框圖如圖3。

圖3 控制邏輯的改進

4 結論

在完成循泵控制系統(tǒng)統(tǒng)PLC改造后，增強了循環(huán)水系統(tǒng)的抗干擾能力，優(yōu)化了邏輯組態(tài)，在運行中減少了人力操作，增強了報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行可靠性使之不再成為燃機安全運行的薄弱環(huán)節(jié)，完成了設備改造的目的。

基于PLC的循泵控制系統(tǒng)，充分利用了PLC組網方便，抗干擾能力強，適用于邏輯順序控制方面的特點，有效的完成了循環(huán)水系統(tǒng)的自動控制。并且為循泵無人化值班提供了條件，在鎮(zhèn)海燃機運行的實際應用中得到了良好的效果，其經驗可以用于今后其他循泵控制系統(tǒng)參考。

參考文獻

：

［1］宋伯生.PLC編程理論·算法及技巧.北京：機械工業(yè)出版社.

［2］90－30/20可編程控制器參考手冊.

［3］胡博勇.實現(xiàn)循泵無人值班運行的改造.浙江電力，2004(5).

作者簡介：

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