PLC在电厂水汽品质监控系统中的应用

编程逻辑控制器（PLC）于60年代末期在美国首先出现, 是70年代发展起来的新一代工业控制装置, 是自动控制、计算机和通信技术相结合的产物,是一种专门用于工业生产过程控制的现场设备。
由于可编程逻辑控制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、可靠性高、应用范围广和价格低廉等特点, 使其在中小型工业设备自动控制方面得以广泛应用。火力发电厂辅助系统, 如除灰系统、补给水处理系统、凝结水精处理系统、废水处理系统、输煤系统等, 普遍应用了PLC 控制技术。

本文主要介绍为贾汪发电厂4×135MW 机组水汽品质实时监控系统开发的基于PLC 的控制系统。该系统具有控制功能强、编程简单、实现工艺联锁方便、维护方便, 可在线修改逻辑等特点。PLC 不仅能完成复杂的继电器控制逻辑, 而且也能实现模拟量的控制, 甚至智能控制, 并能实现远程通讯、联网及上位机监控等。

1．工艺要求

贾汪发电厂水汽品质实时监控系统主要包括水汽监测系统与自动加药控制系统。

水汽监测系统主要采集取样架仪表变送过来的模拟量信号和开关量信号, 进行必要的处理、显示、保存。对发电厂4台机组各个管道内的水或蒸汽的温度、电导率、pH值、溶氧量、含氧量、含钠量等进行实时监控, 以便随时了解水汽的品质。

自动加药控制系统主要包括加氨、加联氨、加磷酸盐等。它由相关数据采集反馈仪表、变频器、加药泵等设备组成, 泵的启ö停及频率直接由仪表反馈信号值决定。它的功能是对水与蒸汽的加药处理过程进行自动控制和调节, 使处理后水汽的品质指标达到要求的范围。

2．控制系统

水汽品质实时监控系统与水汽取样架相配套。

系统采集取样架仪表变送过来的模拟量信号和开关量信号, 进行必要的处理后显示并保存; 系统同时具有对加药系统进行实时监控的功能。本系统I/O 点数量分别为: DI点120 个、DO点60个、AI点124个、AO点32个。

系统实现了以下功能:显示功能: 通过操作员站CRT 画面对整个工艺系统进行监视, 控制室不设常规控制仪表盘。

CRT屏幕能显示工艺流程和测量参数, 以及控制对象的状态。

控制功能: 在控制室能对现场设备进行远程控制, 且可由PLC逻辑实现处理过程的自动控制。

报警功能: 当设备运行状态变化或者现场参数超过给定范围时, 要求按照等级显示报警, 重要设备和参数有语音报警功能。

打印功能: 可以实现报表、报警信息和某重要参数的历史数据打印功能。

（1）硬件配置

水汽品质实时监控系统由两台工控机、一个电源柜、两个程控柜及传感器和二次回路组成。程控柜内有双机热备双网冗余的PLC 可编程控制器一套,程控对象为水汽品质实时监控系统中的所有设备。

上位机主要作为监控画面与逻辑组态使用, 使用了西门子IL40 型工控机。上位机运行Windows2000 操作系统下的PLC应用软件, 提供图形、列表、操作等功能, 并可通过打印机输出历史数据。下位机选用Schneider 电气公司Modicon TSXQuantum PLC 系列, 作为逻辑编程、信号处理、时序控制、PID 控制、数学运算、过程控制之用。
本控制方案采用标准的二级网络结构, 上层为通用型、开放式的以太网（Etheret） , 构成管理级网络; 下层使用可靠性好、使用简便的ModBus Plus（MB+）协议, 构成控制网络。

本PLC系统是双机热备结构。根据主机投入的先后, 先投入的一台处于主控地位, 另一台处于备用状态。这两台主机通过装在这两个机架中的热备模块不断地交换信息, 使处于备用状态的主机得到与主控状态下的主机一样的信息。一旦主控的主机发生故障而退出控制时, 后备主机能无扰动地接过全部控制, 使控制不致中断, 有效地提高了系统的可靠性。

I/O 模块用于与现场设备的连接, 本系统使用了4只DI （开关量输入）模块、2只DO （开关量输出）模块、8只AI（模拟量输入）模块和2只AO （模拟量输出）模块。DI 模块用来接收现场的压力开关、液位开关和状态开关等开关量输入信号。PLC 提供对现场输入干接点的“查询”电压为48V; 开关量输出模块对外输出DC 24V 电压, 通过中间继电器驱动现场的电动机和电动阀门; 模拟量输入模块用以接收现场的液位计、电导仪表等反馈的4～20 mA电流信号, 并将其转换为相应的实际参数; 模拟量输出模块对外提供4～20 mA 电流, 供变频器或者调节阀门等设备使用。

（2）软件配置

在本系统中组态编程软件为施耐德自动化专用的Concept软件, 而监控软件则采用了Inlution公司的IFIX 软件。

1）Concept软件特点

Concept 是基于Windows 环境的先进的编程工具。Concept 为控制系统编程提供了包括FBD、LD、SFC、IL、ST、LL 984 等多种编程语言的单一开发环境, 通过使用标准化的编辑器, 用户可以创建将控制, 通讯和诊断逻辑集成在一起的应用。

Concept 软件具有以下功能:a.程序开发以zui简单的方式产生的程序。梯形图逻辑和参数号注解的编程可以更清楚地理解程序。以符号编程可使编程人员能比记数码更为直观地记住特殊含义的报文。

下拉式菜单, 快速键及上下文帮助, 可减少击键次数且可提供命令和指令的详细说明。

顺序功能图编程（SFC）, 以过程自身的排列说明一个顺序的过程, 以更好地组织编程。

梯形图逻辑宏功能, 它可简化编程, 对于重复的程序内容可只写入一次但可经常使用。

输入和输出注释的ASCII文件, 它允许使用字处理器, 这样具有更好的编辑能力。

b.在线检查和调试Concept 这一特点使检查及调试过程简化。观察I/O 模块以确定正在运行的I/O是否良好。

使用SFC 可确定现在正解算的逻辑, 观察屏幕就可发现在过程中有问题的点, 监视梯形图逻辑程序中的参数值, 能够观察相关的参数而确保指定的操作。

c.对系统进行优化Quantum 主机的扫描速度可高达0.1m s/k , 在逻辑复杂, 网络数较多以及有多个远程的时候,Concept可以利用系统结构的解读逻辑与对I/O 站服务的并行处理手段来优化系统的吞吐量, 即用段调度来修改逻辑的解读顺序, 以提高关键I/O 的吞吐量, 改进系统的性能和改善通讯端口的服务。

2）Concept 软件应用

在贾汪发电厂水汽品质实时监控系统中, 应用了CONCEPT 编程软件, 使得系统工艺要求易于实现。