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鄭志強(qiáng)

韶關(guān)項(xiàng)目電除塵器為雙通道四電場(chǎng)，共有32個(gè)灰斗。每個(gè)灰斗下方設(shè)置閘板門(mén)、三通門(mén)、鎖氣器各一個(gè)。控制要求為：當(dāng)灰斗灰位高或上位機(jī)要求程序啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)鎖氣器→開(kāi)三通門(mén)→開(kāi)閘板門(mén)；當(dāng)灰斗灰位低或上位機(jī)要求程序停止時(shí)，關(guān)閘板門(mén)→關(guān)三通門(mén)→停止鎖氣器。
(2)  爐底除渣和尾部煙道除灰系統(tǒng)
爐底除渣裝置控制順序?yàn)椋洪_(kāi)渣斗激流噴嘴→開(kāi)碎渣機(jī)→開(kāi)排渣門(mén)→排渣15～30分鐘后關(guān)排渣門(mén)→關(guān)碎渣機(jī)→渣斗水位正常后再關(guān)激流噴嘴。
尾部煙道除灰系統(tǒng)的每個(gè)灰斗設(shè)有閘板門(mén)和鎖氣器，其控制要求為：當(dāng)灰斗灰位高或上位機(jī)要求程序啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)鎖氣器→開(kāi)閘板門(mén)；當(dāng)灰斗灰位低或上位機(jī)要求程序停止時(shí)，關(guān)閘板門(mén)→停止鎖氣器。
(3)  灰渣泵系統(tǒng)
此部分控制比較復(fù)雜，因灰渣泵共有5臺(tái)，灰渣輸送管卻只有3根，因此需要裝設(shè)很多閥門(mén)實(shí)施管間切換。本設(shè)計(jì)以灰渣管的運(yùn)行方式來(lái)決定灰渣泵的運(yùn)行狀態(tài)。#1灰渣管上運(yùn)行#1～3灰渣泵，#2灰渣管上運(yùn)行#2～4灰渣泵，#3灰渣管上運(yùn)行#3～5灰渣泵。控制邏輯為：根據(jù)選定的灰渣管和灰渣泵，先開(kāi)泵前的灰渣閥，到位后啟動(dòng)泵，然后打開(kāi)泵出口的各個(gè)灰渣閥。
(4)  沖洗、沖灰水泵系統(tǒng)
①  軸封水泵，邏輯控制要求為：先開(kāi)泵入口閥門(mén)，接著啟動(dòng)泵，泵啟動(dòng)后開(kāi)泵出口閥門(mén)。關(guān)的順序與開(kāi)的順序相反。兩臺(tái)泵互為備用，工作泵故障或泵出口母管壓力低時(shí)，備用泵及相應(yīng)閥門(mén)自動(dòng)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(tǒng)硬件配置說(shuō)明
本系統(tǒng)按2×300MW機(jī)組容量設(shè)計(jì)，采用冗余配置，系統(tǒng)內(nèi)任一模塊故障，均不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。自診斷功能可診斷至模塊級(jí)，因此系統(tǒng)具有高度的可靠性。控制系統(tǒng)的硬件配置方案見(jiàn)圖1。它由上位機(jī)(工業(yè)監(jiān)控計(jì)算機(jī))、雙機(jī)熱備Q系列PLC和遠(yuǎn)程工作站組成。上位機(jī)與Q系列PLC組成工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，Q系列PLC與遠(yuǎn)程工作站的信息通訊是通過(guò)CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行雙向傳遞。

圖1  除灰渣控制系統(tǒng)硬件配置圖

3.1  上位機(jī)
上位機(jī)是人機(jī)界面的基本硬件平臺(tái)，其性能及品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)上位機(jī)冗余配置2臺(tái)臺(tái)灣研華610型計(jì)算機(jī)，CPU主頻PII 300，內(nèi)存128MB，美國(guó)3COM公司的10M以太網(wǎng)卡。CRT為PHILIPS的21寸彩色顯示器，同時(shí)配置一臺(tái)HP4L型激光打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控、報(bào)警、報(bào)表打印和事故分析。
3.2  雙機(jī)熱備的Q系列PLC
這是本控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，負(fù)責(zé)沖洗沖灰子系統(tǒng)的邏輯和聯(lián)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(tǒng)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(nèi)置128KB的RAM存儲(chǔ)器。
③  系統(tǒng)控制模塊AS92R，用于監(jiān)視：1)CPU的自診斷結(jié)果；2)CPU的操作監(jiān)視器；3)AS92R的自監(jiān)視器；4)5VDC電源電壓；5)24VDC電源電壓；6)電源模塊故障。當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中任何故障時(shí)，AS92R提供信號(hào)給總線切換模塊，使之實(shí)施系統(tǒng)切換，并給出相應(yīng)的系統(tǒng)報(bào)警信號(hào)。
④  總線切換模塊A6RAF，負(fù)責(zé)切換總線。運(yùn)行狀態(tài)下其面板設(shè)置一般為：A站為主控站，B站為熱備狀態(tài)。
(2)  擴(kuò)展基板
擴(kuò)展基板采用A68RB型冗余電源基板，通過(guò)AC12B擴(kuò)展電纜與主基板連接，擴(kuò)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(wǎng)通訊模塊AJ71QE71，支持TCP/IP或UDP/IP協(xié)議，可選擇固定的緩沖器、隨機(jī)的緩沖器和PLC服務(wù)三種通訊方式。傳輸速率為10Mbps，傳送的最遠(yuǎn)距離為2500m。
④  模擬量輸入模塊A616AD，可接收-10V～+10V電壓信號(hào)或4～20mA電流信號(hào)。隔離方式是輸入端子與內(nèi)部電路之間光電隔離，但通道間不隔離。
⑤  開(kāi)關(guān)量輸入模塊AX41，可接受32個(gè)信號(hào)。輸入回路與內(nèi)部電路間采用光電隔離，各輸入回路均有LED顯示燈。
⑥  開(kāi)關(guān)量輸出模塊AY13，可輸出32個(gè)信號(hào)。同樣采用光電隔離，輸出點(diǎn)容量2A。
⑦  溫度輸入模塊A68RD3，可接三線制Pt100測(cè)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(jìn)制數(shù)表示。
3.3  遠(yuǎn)程工作站
遠(yuǎn)程工作站是在常規(guī)的低壓開(kāi)關(guān)柜上增設(shè)智能控制裝置，智能控制裝置與開(kāi)關(guān)柜之間的接口設(shè)計(jì)和制作是本控制系統(tǒng)研制的重點(diǎn)內(nèi)容之一。
遠(yuǎn)程工作站（共12臺(tái)）就地安裝在被控對(duì)象附近，擔(dān)負(fù)著各泵、閥門(mén)、鎖氣器等的數(shù)據(jù)采集、順序控制和聯(lián)鎖保護(hù)等功能。
遠(yuǎn)程工作站內(nèi)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(shù)據(jù)采集和處理 輸入64點(diǎn)，接收無(wú)源觸點(diǎn)信號(hào)，查詢電壓24VDC。輸出64點(diǎn)，外接交流負(fù)載，工作電壓220VAC。輸入輸出均有狀態(tài)指示燈。
②  順序和邏輯控制 可獨(dú)立編程處理各個(gè)I/O信號(hào)，程序容量8K，可擴(kuò)展至16K，指令運(yùn)算速度0.08μs / 基本指令。
③  通訊速率 可選300bps～19600bps。
④  通信協(xié)議 可選RS232C/422/485、CC-Link或按IEC61158現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。本系統(tǒng)采用冗余CC-Link現(xiàn)場(chǎng)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(cuò)時(shí)由LED燈顯示，可通過(guò)查看特殊數(shù)據(jù)寄存器來(lái)查詢錯(cuò)誤信息。
3.4  以太網(wǎng)
上位機(jī)和Q系列PLC的通信采用10Base5標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)絡(luò)，總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)硬件有50Ω粗同軸電纜，外部收發(fā)器，以太網(wǎng)卡。網(wǎng)絡(luò)有4個(gè)站，包括2臺(tái)PC，2臺(tái)PLC，各站通過(guò)IP地址區(qū)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(jiān)控雙機(jī)熱備的PLC。如PLC1出現(xiàn)故障，由總線切換模塊將PLC2切換為工作主站。
3.5  CC-Link現(xiàn)場(chǎng)總線
CC-Link網(wǎng)絡(luò)由主站、從站和通信網(wǎng)線構(gòu)成。主站是Q4ARCPU，從站包括遠(yuǎn)程數(shù)字量I/O、遠(yuǎn)程模擬量I/O、遠(yuǎn)程高速計(jì)數(shù)器等。主、從站需設(shè)置站號(hào)、傳輸速率、占用站數(shù)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(shí)從站，即每個(gè)從站都有一個(gè)不同的站號(hào)，主站發(fā)送的信息，只有相應(yīng)站號(hào)的從站才能響應(yīng)。
CC-Link技術(shù)規(guī)范參見(jiàn)表1。
本系統(tǒng)中，Q系列PLC與遠(yuǎn)程工作站GCR(Z)柜間的CC-Link網(wǎng)絡(luò)通訊采用冗余技術(shù)：① AJ61QBT11通訊模塊，共6塊，每個(gè)子系統(tǒng)各有2塊，一工作一備用。正常情況時(shí)，通訊模塊1采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，收發(fā)信息，如有故障切換到備用通訊模塊。② FX2N-32CCL通訊模塊的設(shè)置與對(duì)應(yīng)的主通訊模塊連接有關(guān)。
冗余總線上對(duì)應(yīng)同一遠(yuǎn)程工作站，有2塊開(kāi)關(guān)設(shè)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(hào)依次為：01，05，09，13，17。模塊的通信速率，按不同子系統(tǒng)的距離遠(yuǎn)近，設(shè)置成與對(duì)應(yīng)的主通訊模塊的速率相同。
CC-Link網(wǎng)絡(luò)中所有站均要編程初始化，才能使網(wǎng)絡(luò)正常工作。

表1 

4  軟件開(kāi)發(fā)
4.1  PLC軟件編制
本系統(tǒng)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(gè)排列，生成文本程序文件，因其編制方法落后，本項(xiàng)目沒(méi)有用來(lái)直接編程，只是在程序檢查時(shí)偶爾用之。梯形圖編程是當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛的PLC編程方法，其最大的特點(diǎn)是類(lèi)似工業(yè)控制電氣圖的繼電器邏輯，容易被習(xí)慣于看電氣圖的工程技術(shù)人員看懂，本系統(tǒng)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(guò)程分成多個(gè)步序和傳送，一步序代表一個(gè)具體操作或功能子程序，一個(gè)傳送代表從一個(gè)執(zhí)行步序過(guò)渡到另一個(gè)執(zhí)行步序的傳送條件，此種編程方式比較適應(yīng)于查找故障點(diǎn)。
本系統(tǒng)編程的基本流程是：根據(jù)已經(jīng)確定的工藝系統(tǒng)控制要求→畫(huà)出流程圖→標(biāo)注各信息流之間的關(guān)系→安排輸入、輸出的配置→對(duì)輸入、輸出進(jìn)行地址編號(hào)→畫(huà)出信號(hào)端子和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)聯(lián)絡(luò)圖表。控制程序的設(shè)計(jì)采用的是所謂的邏輯設(shè)計(jì)法，即根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中各檢測(cè)元件(如行程開(kāi)關(guān)，力矩開(kāi)關(guān)等)狀態(tài)的不同組合和變化，確定所應(yīng)滿足的中間環(huán)節(jié)，再按各執(zhí)行元件的工作要求，用觸點(diǎn)的串并聯(lián)組合在電路上實(shí)現(xiàn)邏輯表達(dá)式，最終形成程序文件。
4.2  上位軟件編制
本系統(tǒng)2臺(tái)上位監(jiān)控機(jī)的監(jiān)控軟件選用了當(dāng)今市場(chǎng)上較為流行的美國(guó)Intellution公司的iFIX，它與PLC的數(shù)據(jù)交換如下述：
4.2.1  數(shù)據(jù)流向及過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)
iFIX實(shí)施監(jiān)控所需的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息取自于下層的PLC，PLC可供iFIX讀取的數(shù)據(jù)源包含數(shù)據(jù)塊變量、I/O地址、對(duì)象屬性、歷史數(shù)據(jù)、畫(huà)面屬性、VBA事件、全局變量和表達(dá)式。iFIX數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)源的連接是通過(guò)I/O Driver來(lái)實(shí)現(xiàn)的(I/O Driver不從屬于iFIX，需要另外安裝)，iFIX讀取內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳送到應(yīng)用程序的過(guò)程，則由驅(qū)動(dòng)器映象表(DIT)和掃描、報(bào)警、控制程序(SAC)完成，無(wú)需操作干預(yù)。數(shù)據(jù)流向?yàn)椋?BR>Process→PLC→I/O Driver→DIT→SAC→PDB→View
iFIX的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)由塊和鏈組成。塊是由iFIX提供的執(zhí)行一定功能的指令集合，鏈?zhǔn)沁B接各個(gè)功能塊的邏輯關(guān)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(gè)控制或監(jiān)視回路。塊分兩類(lèi)：① 基本塊 (Primary blocks) 邏輯塊鏈的起點(diǎn)，一般用于處理數(shù)據(jù)庫(kù)的輸入或輸出，如AI、AO、DI、DO等塊；② 二級(jí)塊 (Secondary block) 從前繼塊獲取數(shù)據(jù)并執(zhí)行某種類(lèi)型動(dòng)作或計(jì)算，如計(jì)算塊CA。
例如：在灰渣泵房控制中，#1泵處于運(yùn)行狀態(tài)，#2泵被選為備用泵，當(dāng)#1泵跳閘，#2泵自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，其控制策略需要設(shè)置以下邏輯塊鏈：
#1泵跳閘信號(hào)處理塊DI→跳閘/自起動(dòng)控制計(jì)算塊CA→輸出#2泵啟動(dòng)信號(hào)處理塊DO
4.2.2   報(bào)警處理
iFIX提供了一套功能完善的報(bào)警生成程序，它可通過(guò)設(shè)定報(bào)警區(qū)及報(bào)警區(qū)路徑，將某一參數(shù)值超過(guò)預(yù)先設(shè)定值的基本塊的報(bào)警狀態(tài)傳送至相應(yīng)的報(bào)警匯總表或報(bào)警顯示窗口。
在本項(xiàng)目的報(bào)警包括壓力、溫度、物位、電流、設(shè)備故障等。
4.2.3   數(shù)據(jù)安全設(shè)置
為了保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)不受未授權(quán)的寫(xiě)操作，iFIX提供了安全保護(hù)區(qū)，它可以將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的數(shù)據(jù)塊按安全級(jí)別分類(lèi)存儲(chǔ)。不同操作權(quán)限的人員只能對(duì)相應(yīng)級(jí)別數(shù)據(jù)區(qū)寫(xiě)操作。本系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)置三個(gè)權(quán)限：① 操作員：只能在WorkSpace運(yùn)行狀態(tài)下操作；② 工程師：能進(jìn)入WorkSpace組態(tài)模式編輯文件；③ 系統(tǒng)管理員：享受本系統(tǒng)的最高權(quán)限。
對(duì)數(shù)據(jù)安全的設(shè)置稱(chēng)為安全組態(tài)，這些工作在安全組態(tài)程序中進(jìn)行，包括：① 允許/禁止安全系統(tǒng)；② 生成和編輯用戶及組帳號(hào)；③ 建立啟動(dòng)時(shí)的自動(dòng)登錄；④ 定義用戶使用程序功能的權(quán)限；⑤ 定義用戶名和口令；⑥ 定義安全區(qū)名。
5  調(diào)試
所有的PLC控制程序和上位機(jī)操作畫(huà)面編制完成后，系統(tǒng)曾在制造廠進(jìn)行模擬調(diào)試，方法是用小型開(kāi)關(guān)模擬遠(yuǎn)程工作站的輸入，將遠(yuǎn)程工作站的輸出接至顯示燈泡，短接所需輸入(即開(kāi)關(guān)合上)，觀察程序的輸出是否響應(yīng)(即是燈泡亮否)以判斷程序的正確性。調(diào)試時(shí)對(duì)所有被控對(duì)象的單操和程序控制分別進(jìn)行試驗(yàn)。
裝置在韶關(guān)電廠安裝完成后又進(jìn)行一次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，期間曾根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件的變化作過(guò)程序修改。
6  投運(yùn)
經(jīng)過(guò)近一年的設(shè)計(jì)、組態(tài)、編程和調(diào)試，系統(tǒng)于2000年7月裝配完畢，同月交付韶關(guān)電廠工地施工，2000年9月，由廣東省電力設(shè)計(jì)研究院、廣東省試驗(yàn)研究所、廣東省工程監(jiān)理公司、汕特儀表成套廠及韶關(guān)電廠等單位組成驗(yàn)收小組，對(duì)本控制系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)收，隨后投入運(yùn)行。從移交生產(chǎn)至今，控制系統(tǒng)運(yùn)行正常，使用起來(lái)方便、可靠，維護(hù)工作極為簡(jiǎn)單，降低了運(yùn)行和維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。這套控制系統(tǒng)投運(yùn)至今已穩(wěn)定運(yùn)行一年多，電廠反映有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：
  通過(guò)CRT畫(huà)面直接控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，操作方便且直觀。
  一些主要設(shè)備的正常啟停與事故切換可由程序自動(dòng)控制，無(wú)須人工逐步操作，體現(xiàn)高度自動(dòng)化。
  灰斗排灰由智能遠(yuǎn)程工作站根據(jù)灰斗灰位自成閉環(huán)控制，令控制周期縮短，減輕操作員負(fù)擔(dān)。
  監(jiān)控系統(tǒng)具備過(guò)程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新和存儲(chǔ)，查看、打印運(yùn)行報(bào)表方便及時(shí)。
  采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)節(jié)省了大量控制電纜，也令系統(tǒng)的安裝、檢修和維護(hù)更加方便。