1、1PLC 在火电厂水力除灰除渣控制系统中的应用【摘要】本文作者围绕着 PLC 在火电厂水力除灰除渣控制系统中问题，首先介绍了系统硬件配置，分析了其主要控制功能，最后就软件的设计方法进行了探讨。 【关键词】PLC；火电厂；水力除灰除渣控制系统 中图分类号： TM6 文献标识码： A 文章编号： 引言 随着计算机技术和通讯技术的发展,大型火电厂辅助设备控制系统的自动化水平也有了很大提高。目前普遍采用二级结构的控制和监视,即上位工控机加下位 PLC 控制器的结构方式,同时大大增强了通讯功能,使得多个 PLC 站和监控站通过通讯网络连接在一起,并可与主厂房的 DCS 系统进行通讯。采用这种新的设计思想
2、来提高辅助设备的自动化水平,改变原来对其不够重视的状况已显得非常重要。某电厂 2300 MW 机组水力除灰除渣控制系统中,将西门子公司 S7-400 系列的 PLC 作为基本控制级,监控站采用 INTEL 工业控制计算机,通过 PROFIBUS 的通讯方式将监控站和PLC 连接起来,在设计和应用上都做了一些有意义的改进和探索。 1 系统硬件配置 水力除灰除渣控制系统为二级结构的控制和监视系统。监控级是以INTEL 工控机和 HMC20 监控软件包为核心的监控站(MOS),可为运行人员提供监视、控制工艺过程和设备的手段,为生产管理提供报告和报表,以及2为控制工程师和热工人员提供编程、维护等功能。
3、高可靠性的工业 PLC作为该系统的基本控制级,实现对水力除灰除渣设备及工艺过程的程控、远控及就地手操相结合的控制,包括自动、成组、单步、跳步、中断等方式。模拟量和开关量的信号采集功能亦在 PLC 中完成。监控级与基本控制级以通讯方式联接。 1.1 基本控制级(PLC) 基本控制级采用了西门子公司的 SIMATIC S7-400 系列的 PLC,该系列PLC 为西门子公司近几年推出的新产品,具有较高的性能价格比。该 PLC具有如下特点: (1)可用 PROFIBUS 现场总线将西门子公司的 S5、S7 系列的 PLC 有机地结合起来,为全厂辅助设备控制系统联网提供了必要的条件。 (2)系统配置灵
4、活,易于扩展。 (3)可用于分散控制场合,对于辅助设备相对比较分散的控制尤为适合。 (4)硬件均为模块化结构,可靠性高,适应各种类型环境的能力强。 (5)人机界面有很大的提高,丰富的人机界面可以提高监控与管理水平。 1.2 监控操作站(MOS) MOS 以 INTEL 工控机为核心,配置 51 cm 彩色显示器、操作键盘、鼠标等作为执行监视、操作功能的人机接口,同时也作为 PLC 编程、应用软件开发和组态的工程师站,一台喷墨打印机作为运行参数、报告和报表、组态图、梯形图的打印设备,控制室不再设常规控制仪表盘。 3MOS 软件系统由计算机系统软件、应用支持软件和应用软件 3 部分构成。计算机系统
5、软件是英文版 WINDOWS2003、中文平台为中文之星 2.0+;应用支持软件是西门子公司推出的 WinCC 监控系统,整个系统全部采用窗口平台,使操作简单易行;应用软件是 HMC20 监控软件,全部由国家电力公司热工研究院开发完成。 1.3 电源系统 水力除灰除渣控制系统采用交流 220 V10%、50Hz1 Hz 的 2 路单相电源,并配置相应的冗余电源切换装置和回路保护装置。这 2 路电源中的 1 路来自不间断电源(UPS),另 1 路来自厂用保安段电源。在各种类型电源装置中,由于数字量输入模件由控制系统提供对现场输入接点的“查询”电压(48VDC),而现场情况比较复杂,受外界影响比较
6、大。在实际运行中发现,因种种原因该电源系统较易损坏,故特别将 48VDC 电源装置设计为双路冗余电源,电源本身具有自动切换和保护功能,大大提高了系统的安全可靠性。 1.4I/O 信号设计原则 (1)模拟量输入均为 4 mA20 mA 标准信号,所有就地信号至控制柜的电缆均采用屏蔽电缆连接,采集后的信号进行浮点计算和工程量转换,以保证信号的可靠性。 (2)数字量输入信号由系统提供 48VDC“查询”电压。对于阀门反馈信号,由于就地接点容易引进强电干扰,造成模件或电源故障,为了保证系统可靠运行,所有的阀门反馈信号均增加继电器隔离。 (3)数字量输出信号提供中间继电器隔离输出,可直接驱动各种设备4或
7、 6 kV 电机。 1.5 检测元件的选择 (1)水力除灰除渣系统中的液位信号采用加拿大妙声力公司的MiniRanger+智能型超声波液位计,它适用于恶劣工业环境,安装和维护简便,可输出 4 mA20 mA 模拟量信号和开关量联锁信号,在操作画面上均有醒目的棒状和数字显示,使得运行人员能够较好地控制液位。 (2)压力变送器采用罗斯蒙特公司 3051 型智能变送器,对于灰渣管道上采用防堵型的变送器,具有较高的准确性。 (3)灰斗料位测量采用国产的核料位计,使用效果不太好,应寻找更好的替代产品。 2 主要控制功能 机组水力除灰除渣系统组成一个控制单元作为电厂的主除灰除渣系统,另外为了灰的综合利用,
8、还设计了 1 套气力干灰系统。2 台炉的电除尘灰经各灰斗下电动锁气器、电动 3 通、箱式冲灰器后进到灰渣沟,由灰渣沟自流进入灰渣池。锅炉炉渣经刮板捞渣机刮出,由碎渣机破碎后落入渣沟,与灰浆一起自流入灰渣池。空气预热器和省煤器的灰也同电除尘灰一样经各灰斗下电动锁气器、电动 3 通、箱式冲灰器后自流进入灰渣池。进入灰渣池的灰渣浆用 5 台灰渣泵输送至灰场,而除灰除渣系统中的供水由 3 台冲灰水泵提供。 除灰除渣工艺流程如图 1 所示。根据工艺流程,将系统分为 7 个子系统,即供水、灰渣收集和排放、1 号炉除灰、2 号炉除灰、1 号炉除渣、2号炉除渣、干渣综合利用子系统。这样可使工艺流程画面和控制软
9、件组5态功能清晰,便于编程和调试。 图 1 水力除灰除渣工艺流程 3 软件设计方法 西门子公司提供的软件工具是 STEP7 编程软件。STEP7 是 SIMATIC S7 系列编程语言,它包含了 IEC-1131 标准中 8 种编程语言中的 6 种(STL、LAD、FBD、CFC、SFC 和 SCL)。由于水力除灰除渣控制系统主要是开关量控制,因此还是采用梯形逻辑图编程方法。在编程设计中采用模块化和结构化设计,将各个执行机构按泵、电动门、电磁阀设计成为 3 种类型的功能块,每个执行机构都是一个功能块。各子功能组的程启和程停以及模拟量信号和开关量信号的处理也分别设计成功能块,然后采用 OB1 块
10、将各功能块串联起来。这样的程序设计功能清晰,便于编程和修改,易于调试和错误的查找。对个别功能块修改时,不会影响其它功能块。同时也便于灵活地扩展和增加功能块。 结束语 控制系统除采用目前大多数系统采用的集中控制方式外,也可采用分散控制方式。即采用中小型模块式 PLC 组成分散控制站,每一分散控制站对除灰除渣的局部子系统进行控制,用上位计算机对这些分散控制站进行数据通信和集中管理,并对系统设备进行监视和操作。在实际应用中,应根据用户的不同要求及具体的工程性质,在 PLC 的选型上采用灵活方法,6以满足不同工程的应用需要。 参考文献 1林建明?火力发电厂除灰M?北京:水利电力出版社,1989? 2齐从谦,王士兰?PLC 技术及应用M?北京:机械工业出版社,2000
