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摘要：本文介紹了PLC在燃機循泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過PLC硬件上優(yōu)化配置及軟件組態(tài)上的合理設(shè)置，提高了循泵自動控制系統(tǒng)的可靠性。
　　
　　關(guān)鍵詞：PLC；循泵；控制
　　
　　1 概述
　　
　　鎮(zhèn)海9E燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組由兩臺GE公司生產(chǎn)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(shè)有兩臺1000kw循環(huán)水泵，供汽輪機凝汽器循環(huán)冷卻用水。由于循泵房距離主廠房較遠，原有控制系統(tǒng)為杭州源正電子技術(shù)有限公司的YZCK－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(zhuǎn)濾網(wǎng)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。控制方式為PLC程控硬手操，無工控機。
　　
　　由于原設(shè)計，設(shè)備選型的原因，自投運以來故障較多。隨著設(shè)備運行年限的增長，故障趨于頻繁，跳泵故障屢次出現(xiàn)，嚴(yán)重影響燃機的正常運行。主要問題如下：
　　
　　(1)電源設(shè)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(guān)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(shè)備老化，操作復(fù)雜，對設(shè)備運行的監(jiān)控及事故的快速反應(yīng)和處理不利。
　　
　　這些問題的存在嚴(yán)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(jié)構(gòu)組成，如圖1。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　圖1 燃機循環(huán)系統(tǒng)
　　
　　
　　
　　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(jīng)過二次濾網(wǎng)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(jīng)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 Controller），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(shè)計等特點，廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)邏輯控制領(lǐng)域。燃機循泵控制系統(tǒng)也采用了以微處理為基礎(chǔ)的可編程控制器和工控機構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)。控制方式采用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(guān)輔助系統(tǒng)的調(diào)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(shè)備均按有人和無人化值班方式設(shè)計和配置，并預(yù)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(jīng)過多方調(diào)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(shè)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(nèi)裝PID，結(jié)構(gòu)化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊能完成復(fù)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(chǎn)過程的監(jiān)控管理，包括：顯示工藝流程，控制各設(shè)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所示。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　圖2 循泵控制系統(tǒng)
　　
　　
　　
　　PLC1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(wǎng)連接，以實現(xiàn)雙機熱冗余。考慮到系統(tǒng)成本，在遠程I/O中，選用了versamax通用擴展式I/O結(jié)構(gòu)，利用Genius網(wǎng)絡(luò)接口單元，掛到整個Genius總線網(wǎng)中，為遠程控制提供靈活的I/O結(jié)構(gòu)。由于90－30系列PLC支持以太網(wǎng)通訊，在系統(tǒng)中增加一個8口以太網(wǎng)HUB,PLC和上位機分別將以太網(wǎng)線接入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90-30PLC硬件與熱備軟件max_on構(gòu)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同步參數(shù)以及模擬量輸入轉(zhuǎn)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,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(biāo)志位在PLC的存儲器中可以看到。
　　
　　a. %M1017 CPUA標(biāo)志位；
　　
　　b. %M1018 CPUB標(biāo)志位；
　　
　　c. %M1019 CPU處于運行模式標(biāo)志位；
　　
　　d. %M1020 CPU為主機標(biāo)志位；
　　
　　e. %M1021 所有數(shù)據(jù)同步標(biāo)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(shè)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(jié)構(gòu)的實現(xiàn)
　　
　　鎮(zhèn)海燃機循泵系統(tǒng)的就地信號的采集和設(shè)備的控制采用高通訊速率的versamax遠程I/O結(jié)構(gòu)。VersaMax是唯一具有“三合一功能的系列產(chǎn)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(shè)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(jié)構(gòu)，構(gòu)成系統(tǒng)可大可小；
　　
　　(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g(shù)enius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(shè)備相連。
　　
　　根據(jù)現(xiàn)場的實際運行情況，整個PLC系統(tǒng)設(shè)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(shè)備的反饋信號，輸出＃1循泵系統(tǒng)各設(shè)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(shè)備的反饋信號，輸出＃2循泵系統(tǒng)各設(shè)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(wǎng)前后壓力，二次濾網(wǎng)進出口電動門，排水泵，軸流風(fēng)機，冷卻水泵等設(shè)備的反饋信號，輸出各設(shè)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(shè)備，工控機作為上位機，通過以太網(wǎng)連接的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)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(shè)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(qū)動程序，可方便的與PLC連接，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(guān)系通過軟件接口I/O驅(qū)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(shè)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(shè)備運行中及新設(shè)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(shè)計“就地/檢修/遠方” 控制轉(zhuǎn)換開關(guān)，及“啟動”，“停止”控制按鈕。在CRT上設(shè)計循泵的“連鎖/解除”，“程控/解除”軟轉(zhuǎn)換開關(guān)，及 “啟動”，“停止”軟控制按鈕。當(dāng)就地動力柜上的“就地/檢修/遠方” 控制轉(zhuǎn)換開關(guān)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(dāng)就地動力柜上的“就地/檢修/遠方” 控制轉(zhuǎn)換開關(guān)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(fēng)機。當(dāng)CRT上的“連鎖/解除” 軟轉(zhuǎn)換開關(guān)置“連鎖”時，兩臺循泵互為聯(lián)鎖，一臺循泵處于備用，當(dāng)另一臺跳閘后，此循泵自動啟動。否則，當(dāng)軟轉(zhuǎn)換開關(guān)置“解除”時，此循泵不自動啟動。當(dāng)CRT上的程控/解除”軟轉(zhuǎn)換開關(guān)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(dāng)軟轉(zhuǎn)換開關(guān)置“解除”時，循泵的啟停與蝶閥的開度無關(guān)。
　　
　　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(guān)的連鎖狀態(tài)。為防止循泵的空轉(zhuǎn)，倒轉(zhuǎn)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(dāng)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(dāng)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(guān)置15％，然后停循泵，同時出口蝶閥繼續(xù)關(guān)閉置關(guān)死。當(dāng)發(fā)生循泵跳泵時，聯(lián)鎖關(guān)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(shè)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(dāng)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(dāng)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(dāng)發(fā)生冷卻水壓力開關(guān)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(jié)論
　　
　　在完成循泵控制系統(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(shè)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(wǎng)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(yīng)用中得到了良好的效果，其經(jīng)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).