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鄭志強

韶關項目電除塵器為雙通道四電場，共有32個灰斗。每個灰斗下方設置閘板門、三通門、鎖氣器各一個。控制要求為：當灰斗灰位高或上位機要求程序啟動時，啟動鎖氣器→開三通門→開閘板門；當灰斗灰位低或上位機要求程序停止時，關閘板門→關三通門→停止鎖氣器。
(2)  爐底除渣和尾部煙道除灰系統
爐底除渣裝置控制順序為：開渣斗激流噴嘴→開碎渣機→開排渣門→排渣15～30分鐘后關排渣門→關碎渣機→渣斗水位正常后再關激流噴嘴。
尾部煙道除灰系統的每個灰斗設有閘板門和鎖氣器，其控制要求為：當灰斗灰位高或上位機要求程序啟動時，啟動鎖氣器→開閘板門；當灰斗灰位低或上位機要求程序停止時，關閘板門→停止鎖氣器。
(3)  灰渣泵系統
此部分控制比較復雜，因灰渣泵共有5臺，灰渣輸送管卻只有3根，因此需要裝設很多閥門實施管間切換。本設計以灰渣管的運行方式來決定灰渣泵的運行狀態。#1灰渣管上運行#1～3灰渣泵，#2灰渣管上運行#2～4灰渣泵，#3灰渣管上運行#3～5灰渣泵。控制邏輯為：根據選定的灰渣管和灰渣泵，先開泵前的灰渣閥，到位后啟動泵，然后打開泵出口的各個灰渣閥。
(4)  沖洗、沖灰水泵系統
①  軸封水泵，邏輯控制要求為：先開泵入口閥門，接著啟動泵，泵啟動后開泵出口閥門。關的順序與開的順序相反。兩臺泵互為備用，工作泵故障或泵出口母管壓力低時，備用泵及相應閥門自動投入。
②  沖洗水泵，邏輯控制要求與軸封水泵基本相同。
③  沖灰水泵，邏輯控制要求與沖洗水泵相同。
3  控制系統硬件配置說明
本系統按2×300MW機組容量設計，采用冗余配置，系統內任一模塊故障，均不會影響整個系統的工作。自診斷功能可診斷至模塊級，因此系統具有高度的可靠性。控制系統的硬件配置方案見圖1。它由上位機(工業監控計算機)、雙機熱備Q系列PLC和遠程工作站組成。上位機與Q系列PLC組成工業以太網絡，Q系列PLC與遠程工作站的信息通訊是通過CC-Link現場總線進行雙向傳遞。

圖1  除灰渣控制系統硬件配置圖

3.1  上位機
上位機是人機界面的基本硬件平臺，其性能及品質的好壞直接關系到整個系統的可靠性。本系統上位機冗余配置2臺臺灣研華610型計算機，CPU主頻PII 300，內存128MB，美國3COM公司的10M以太網卡。CRT為PHILIPS的21寸彩色顯示器，同時配置一臺HP4L型激光打印機，實現對整個系統的監控、報警、報表打印和事故分析。
3.2  雙機熱備的Q系列PLC
這是本控制系統的一個重要組成部分，負責沖洗沖灰子系統的邏輯和聯鎖控制、部分模擬量輸入和輸出、通訊總線和CPU的切換等。
(1)  主基板
系統采用的A32RB主基板，是冗余電源雙CPU配置用基板。板上插有下列模塊：
①  電源模塊A61RP，給主基板供電，主基板再為CPU和其它模塊提供5VDC電源。模塊額定電流為8A，輸入電壓為220VAC。
②  CPU模塊Q4ARCPU，內置128KB的RAM存儲器。
③  系統控制模塊AS92R，用于監視：1)CPU的自診斷結果；2)CPU的操作監視器；3)AS92R的自監視器；4)5VDC電源電壓；5)24VDC電源電壓；6)電源模塊故障。當發現其中任何故障時，AS92R提供信號給總線切換模塊，使之實施系統切換，并給出相應的系統報警信號。
④  總線切換模塊A6RAF，負責切換總線。運行狀態下其面板設置一般為：A站為主控站，B站為熱備狀態。
(2)  擴展基板
擴展基板采用A68RB型冗余電源基板，通過AC12B擴展電纜與主基板連接，擴展基板上插有下列模塊：
①  電源模塊A61RP。
②  CC-Link通訊模塊AJ61QBT11。
③  以太網通訊模塊AJ71QE71，支持TCP/IP或UDP/IP協議，可選擇固定的緩沖器、隨機的緩沖器和PLC服務三種通訊方式。傳輸速率為10Mbps，傳送的最遠距離為2500m。
④  模擬量輸入模塊A616AD，可接收-10V～+10V電壓信號或4～20mA電流信號。隔離方式是輸入端子與內部電路之間光電隔離，但通道間不隔離。
⑤  開關量輸入模塊AX41，可接受32個信號。輸入回路與內部電路間采用光電隔離，各輸入回路均有LED顯示燈。
⑥  開關量輸出模塊AY13，可輸出32個信號。同樣采用光電隔離，輸出點容量2A。
⑦  溫度輸入模塊A68RD3，可接三線制Pt100測溫傳感器。溫度輸入范圍為-180℃～+600℃，分辨率0.025℃，輸出可用16位或32位二進制數表示。
3.3  遠程工作站
遠程工作站是在常規的低壓開關柜上增設智能控制裝置，智能控制裝置與開關柜之間的接口設計和制作是本控制系統研制的重點內容之一。
遠程工作站（共12臺）就地安裝在被控對象附近，擔負著各泵、閥門、鎖氣器等的數據采集、順序控制和聯鎖保護等功能。
遠程工作站內的智能控制裝置選用FX2N-128MR，它是超小型、多功能的可編程裝置，其主要功能和性能為：
①  數據采集和處理 輸入64點，接收無源觸點信號，查詢電壓24VDC。輸出64點，外接交流負載，工作電壓220VAC。輸入輸出均有狀態指示燈。
②  順序和邏輯控制 可獨立編程處理各個I/O信號，程序容量8K，可擴展至16K，指令運算速度0.08μs / 基本指令。
③  通訊速率 可選300bps～19600bps。
④  通信協議 可選RS232C/422/485、CC-Link或按IEC61158現場總線標準。本系統采用冗余CC-Link現場總線，通訊模塊為FX2N-32CCL，共2塊，24VDC電源。
⑤  自診斷 CPU或程序出錯時由LED燈顯示，可通過查看特殊數據寄存器來查詢錯誤信息。
3.4  以太網
上位機和Q系列PLC的通信采用10Base5標準以太網絡，總線型拓撲結構。網絡硬件有50Ω粗同軸電纜，外部收發器，以太網卡。網絡有4個站，包括2臺PC，2臺PLC，各站通過IP地址區分。
PC1的IP地址：192.0.1.11；
PC2的IP地址：192.0.1.10；
PLC1的IP地址：192.0.1.1(主PLC)；
PLC2的IP地址：192.0.1.2(備PLC)。
正常情況下，PC1和PC2均可監控雙機熱備的PLC。如PLC1出現故障，由總線切換模塊將PLC2切換為工作主站。
3.5  CC-Link現場總線
CC-Link網絡由主站、從站和通信網線構成。主站是Q4ARCPU，從站包括遠程數字量I/O、遠程模擬量I/O、遠程高速計數器等。主、從站需設置站號、傳輸速率、占用站數等。主站與從站的通信由兩塊主/從通訊模塊完成，主站靠站址辨識從站，即每個從站都有一個不同的站號，主站發送的信息，只有相應站號的從站才能響應。
CC-Link技術規范參見表1。
本系統中，Q系列PLC與遠程工作站GCR(Z)柜間的CC-Link網絡通訊采用冗余技術：① AJ61QBT11通訊模塊，共6塊，每個子系統各有2塊，一工作一備用。正常情況時，通訊模塊1采集現場信號，收發信息，如有故障切換到備用通訊模塊。② FX2N-32CCL通訊模塊的設置與對應的主通訊模塊連接有關。
冗余總線上對應同一遠程工作站，有2塊開關設置相同的通訊模塊FX2N-32CCL，一工作一備用。總線上的通訊模塊站號依次為：01，05，09，13，17。模塊的通信速率，按不同子系統的距離遠近，設置成與對應的主通訊模塊的速率相同。
CC-Link網絡中所有站均要編程初始化，才能使網絡正常工作。

表1 

4  軟件開發
4.1  PLC軟件編制
本系統PLC控制部分采用三菱公司的GPPW編程軟件，它提供指令表、梯形圖和順序功能圖三種編程方法。
指令表是最原始的編程方式，它是將控制指令按順序逐個排列，生成文本程序文件，因其編制方法落后，本項目沒有用來直接編程，只是在程序檢查時偶爾用之。梯形圖編程是當前工業上應用最為廣泛的PLC編程方法，其最大的特點是類似工業控制電氣圖的繼電器邏輯，容易被習慣于看電氣圖的工程技術人員看懂，本系統的PLC控制編程正是使用這一編程方法。順序功能圖則將控制過程分成多個步序和傳送，一步序代表一個具體操作或功能子程序，一個傳送代表從一個執行步序過渡到另一個執行步序的傳送條件，此種編程方式比較適應于查找故障點。
本系統編程的基本流程是：根據已經確定的工藝系統控制要求→畫出流程圖→標注各信息流之間的關系→安排輸入、輸出的配置→對輸入、輸出進行地址編號→畫出信號端子和現場信號聯絡圖表。控制程序的設計采用的是所謂的邏輯設計法，即根據生產過程中各檢測元件(如行程開關，力矩開關等)狀態的不同組合和變化，確定所應滿足的中間環節，再按各執行元件的工作要求，用觸點的串并聯組合在電路上實現邏輯表達式，最終形成程序文件。
4.2  上位軟件編制
本系統2臺上位監控機的監控軟件選用了當今市場上較為流行的美國Intellution公司的iFIX，它與PLC的數據交換如下述：
4.2.1  數據流向及過程數據庫
iFIX實施監控所需的數據和相關信息取自于下層的PLC，PLC可供iFIX讀取的數據源包含數據塊變量、I/O地址、對象屬性、歷史數據、畫面屬性、VBA事件、全局變量和表達式。iFIX數據庫與數據源的連接是通過I/O Driver來實現的(I/O Driver不從屬于iFIX，需要另外安裝)，iFIX讀取內部數據庫的數據并將數據傳送到應用程序的過程，則由驅動器映象表(DIT)和掃描、報警、控制程序(SAC)完成，無需操作干預。數據流向為：
Process→PLC→I/O Driver→DIT→SAC→PDB→View
iFIX的過程數據庫由塊和鏈組成。塊是由iFIX提供的執行一定功能的指令集合，鏈是連接各個功能塊的邏輯關系，塊與鏈的合理搭配即形成所謂的邏輯塊鏈，一系列邏輯塊鏈連接在一起便生成一個控制或監視回路。塊分兩類：① 基本塊 (Primary blocks) 邏輯塊鏈的起點，一般用于處理數據庫的輸入或輸出，如AI、AO、DI、DO等塊；② 二級塊 (Secondary block) 從前繼塊獲取數據并執行某種類型動作或計算，如計算塊CA。
例如：在灰渣泵房控制中，#1泵處于運行狀態，#2泵被選為備用泵，當#1泵跳閘，#2泵自動啟動時，其控制策略需要設置以下邏輯塊鏈：
#1泵跳閘信號處理塊DI→跳閘/自起動控制計算塊CA→輸出#2泵啟動信號處理塊DO
4.2.2   報警處理
iFIX提供了一套功能完善的報警生成程序，它可通過設定報警區及報警區路徑，將某一參數值超過預先設定值的基本塊的報警狀態傳送至相應的報警匯總表或報警顯示窗口。
在本項目的報警包括壓力、溫度、物位、電流、設備故障等。
4.2.3   數據安全設置
為了保護數據庫不受未授權的寫操作，iFIX提供了安全保護區，它可以將數據庫內的數據塊按安全級別分類存儲。不同操作權限的人員只能對相應級別數據區寫操作。本系統的上位機設置三個權限：① 操作員：只能在WorkSpace運行狀態下操作；② 工程師：能進入WorkSpace組態模式編輯文件；③ 系統管理員：享受本系統的最高權限。
對數據安全的設置稱為安全組態，這些工作在安全組態程序中進行，包括：① 允許/禁止安全系統；② 生成和編輯用戶及組帳號；③ 建立啟動時的自動登錄；④ 定義用戶使用程序功能的權限；⑤ 定義用戶名和口令；⑥ 定義安全區名。
5  調試
所有的PLC控制程序和上位機操作畫面編制完成后，系統曾在制造廠進行模擬調試，方法是用小型開關模擬遠程工作站的輸入，將遠程工作站的輸出接至顯示燈泡，短接所需輸入(即開關合上)，觀察程序的輸出是否響應(即是燈泡亮否)以判斷程序的正確性。調試時對所有被控對象的單操和程序控制分別進行試驗。
裝置在韶關電廠安裝完成后又進行一次現場調試，期間曾根據現場條件的變化作過程序修改。
6  投運
經過近一年的設計、組態、編程和調試，系統于2000年7月裝配完畢，同月交付韶關電廠工地施工，2000年9月，由廣東省電力設計研究院、廣東省試驗研究所、廣東省工程監理公司、汕特儀表成套廠及韶關電廠等單位組成驗收小組，對本控制系統進行了驗收，隨后投入運行。從移交生產至今，控制系統運行正常，使用起來方便、可靠，維護工作極為簡單，降低了運行和維護人員的勞動強度。這套控制系統投運至今已穩定運行一年多，電廠反映有以下幾點優勢：
  通過CRT畫面直接控制現場設備，操作方便且直觀。
  一些主要設備的正常啟停與事故切換可由程序自動控制，無須人工逐步操作，體現高度自動化。
  灰斗排灰由智能遠程工作站根據灰斗灰位自成閉環控制，令控制周期縮短，減輕操作員負擔。
  監控系統具備過程數據的實時更新和存儲，查看、打印運行報表方便及時。
  采用現場總線技術節省了大量控制電纜，也令系統的安裝、檢修和維護更加方便。