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摘要：本文介紹了PLC在燃機循泵控制系統中的應用，通過PLC硬件上優化配置及軟件組態上的合理設置，提高了循泵自動控制系統的可靠性。
　　
　　關鍵詞：PLC；循泵；控制
　　
　　1 概述
　　
　　鎮海9E燃氣蒸汽聯合循環機組由兩臺GE公司生產的MS9001E燃氣輪機，兩臺余熱鍋爐和汽機組成的聯合循環機組。其汽機凝汽器采用海水冷卻，循環水泵房共設有兩臺1000kw循環水泵，供汽輪機凝汽器循環冷卻用水。由于循泵房距離主廠房較遠，原有控制系統為杭州源正電子技術有限公司的YZCK－11型循環水泵控制系統，該系統主要以microPLC控制器為核心，按工藝對循環水泵，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，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， 聯動循泵跳閘；
　　
　　(3)報警系統不完善，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，不利于機組的穩發滿發，有必要對整個控制系統加以改造。
　　
　　2 系統組成
　　
　　循環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水泵的控制歷來是電站控制中的重要問題。
　　
　　燃機循泵系統由以下結構組成，如圖1。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　圖1 燃機循環系統
　　
　　
　　
　　兩臺循環水泵分別抽取通過欄污柵的海水，并入一根循環水母管，經過二次濾網再次過濾，送入汽機凝汽器循環水系統。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，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 Controller），簡稱為PLC，由于其高可靠性，便捷的通訊接口，簡易方便的安裝設計等特點，廣泛的應用于各種工業邏輯控制領域。燃機循泵控制系統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控系統。控制方式采用CRT操作員站進行監視控制，通過CRT畫面和鍵盤對整個工藝系統進行監視和控制，實現對循環水系統的數據采集，處理，圖象顯示，報警，制表和自動順序控制，完成相關輔助系統的調節功能及局部系統的邏輯控制和聯鎖保護。根據目前的運行管理情況及考慮今后的管理發展方象，程序控制系統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實現數據通訊和遠方監控。
　　
　　考慮到循泵系統對機組的重要性，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。其具有以下優點：
　　
　　(1)提供最先進的編程特性，易于組態便于安裝。
　　
　　(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。系統共配置兩臺上位機監控系統，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，界面軟件組態和生產過程的監控管理，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。
　　
　　整個控制系統組成如圖2所示。
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　
　　圖2 循泵控制系統
　　
　　
　　
　　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總線網連接，以實現雙機熱冗余。考慮到系統成本，在遠程I/O中，選用了versamax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HUB，實現上位機與現場的高速通訊。
　　
　　3 系統的實現
　　
　　在改造中，通過以下幾點實現了系統的PLC控制。
　　
　　3.1 雙機熱冗余的實現
　　
　　GE FANUC系列90－30系列的PLC實現雙機熱冗余由GE Fanuc系列90-30PLC硬件與熱備軟件max_on構成的，90-30 Max-ON系統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系統的通訊實現其熱備冗余功能，一旦主PLC控制器或通訊出現故障；所有控制功能將平穩地切換至備用控制器以確保工藝裝置正常運行。系統同時具有參數同步化，I/O總線冗余和系統診斷等功能。軟件上90-30 Max-ON提供方便靈活的組態方式。組態軟件基于Windows平臺，采用對話框方式對系統進行組態，例如：網絡結構，同步參數以及模擬量輸入轉換等。完成雙機配置后,可在系統的程控組態軟件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 所有數據同步標志位。
　　
　　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,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據的采集,運算,并監視主控制器的運行狀況,如有異常,立刻平穩的切換為主控制器。
　　
　　3.2 PLC遠程I/O結構的實現
　　
　　鎮海燃機循泵系統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越的性能；又可以作為I/O子站，通過現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，系統中采取帶有genius總線接口單元的versamax I/O通過genius現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。
　　
　　根據現場的實際運行情況，整個PLC系統設置了4個遠程I/O機架。
　　
　　＃1遠程I/O站主要用于采集＃1循泵系統的各設備的反饋信號，輸出＃1循泵系統各設備的啟停指令。
　　
　　＃2遠程I/O站主要用于采集＃2循泵系統的各設備的反饋信號，輸出＃2循泵系統各設備的啟停指令。
　　
　　＃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
　　
　　在系統中，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。這種結構充分發揮了PLC和計算機的優點。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、實時數據的顯示，故障報警等功能。
　　
　　系統中采用ifix軟件作為上位機的監控軟件。Ifix作為一種多方面的監控軟件，提供了與多種PLC通訊的I/O驅動程序，可方便的與PLC連接，在工業控制領域有著廣泛的應用。監控系統包括SCADA系統和 HMI圖形系統。SCADA系統通過與 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據，并形成實時數據庫。HMI圖形系統顯示實時數據和報警信息，記錄歷史數據，打印報表，修改設定參數以及實現軟手動控制等。
　　
　　3.4 邏輯完善
　　
　　在原有的設備運行中及新設備投運后系統邏輯需要完善的主要有以下幾點：
　　
　　3.4.1 現場和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上只監視其狀態，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動狀態。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。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，并且考慮到系統有沒充水的條件。
　　
　　啟動時，根據運行狀況選擇循環水管是否充水，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，使進行循環水管充分充水，再繼續開啟置全開。
　　
　　停止時，正常順控停泵時，先使出口蝶閥關置15％，然后停循泵，同時出口蝶閥繼續關閉置關死。當發生循泵跳泵時，聯鎖關閉出口蝶閥。
　　
　　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PLC改造后，增強了循環水系統的抗干擾能力，優化了邏輯組態，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節，完成了設備改造的目的。
　　
　　基于PLC的循泵控制系統，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，有效的完成了循環水系統的自動控制。并且為循泵無人化值班提供了條件，在鎮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：機械工業出版社.
　　
　　［2］90－30/20可編程控制器參考手冊.
　　
　　［3］胡博勇.實現循泵無人值班運行的改造.浙江電力，2004(5).