PLC系統(tǒng)在水源地控制系統(tǒng)的應(yīng)用

張艷軍　鐘寧

【摘 要】控制系統(tǒng)采用工業(yè)可編程序控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）實(shí)現(xiàn)，配置主機(jī)進(jìn)行監(jiān)控和操作，水源地控制系統(tǒng)改造集中監(jiān)控中心設(shè)在廠內(nèi)水源地控制室內(nèi)（位于廠內(nèi)化驗(yàn)樓內(nèi)），以及把信號(hào)傳至中央集控室，每個(gè)升壓泵房及深井泵房值班室處設(shè)有上位機(jī)終端設(shè)備。

【關(guān)鍵詞】PLC；自動(dòng)控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)通訊

為保證大型火電機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。足量的鍋爐給水是必不可少的條件之一。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和較大屏幕彩色顯示器（CRT）組成的人機(jī)界面系統(tǒng)迅速普及。結(jié)合工業(yè)控制軟件的應(yīng)用，使得工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程邏輯控制器（PLC）控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在廠外補(bǔ)給水系統(tǒng)各工藝系統(tǒng)中.不僅能完成操作員站和工程師站功能。還增加了對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集、分析、自動(dòng)生成實(shí)時(shí)及歷史報(bào)表、報(bào)警記錄等功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性、減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及布置

1.1廠外補(bǔ)給水系統(tǒng)特點(diǎn)

廠外補(bǔ)給水系統(tǒng)為長(zhǎng)距離輸送，沿線地形復(fù)雜，高差較大。管線全長(zhǎng)約53公里，深井泵房距廠區(qū)圍墻約53.5公里、一級(jí)補(bǔ)給水泵站距廠區(qū)圍墻約51公里、高位水池距廠區(qū)圍墻約39.1公里、二級(jí)補(bǔ)給水泵站距廠區(qū)圍墻約24.5公里、三級(jí)補(bǔ)給水泵站距廠區(qū)圍墻約14.5公里。管線布置在山川溝內(nèi)，兩側(cè)山高約200-300米，且管線路徑曲折。下設(shè)一級(jí)泵站、高位水池、二級(jí)泵站、三級(jí)泵站?；?chē)間至各級(jí)泵站采用光纜通訊。廠外補(bǔ)給水系統(tǒng)在廠內(nèi)化水樓控制室遠(yuǎn)方集中監(jiān)測(cè)控制，各級(jí)泵站的值班室實(shí)現(xiàn)對(duì)各自泵站的控制（上位機(jī)），（高位水池納入一級(jí)泵站控制，并實(shí)現(xiàn)高位水池的液位與一級(jí)泵站深井泵的連鎖）。上位監(jiān)控系統(tǒng)包括上位監(jiān)控機(jī)三臺(tái)（分別為一、二、三級(jí)泵站以及深井泵站）。監(jiān)控軟件的功能包括：圖形監(jiān)控、動(dòng)態(tài)顯示、歷史數(shù)據(jù)采集、趨勢(shì)圖、歷史數(shù)據(jù)顯示貯存、事故報(bào)警、制表打印、及PLC參數(shù)設(shè)置、控制邏輯修改、系統(tǒng)調(diào)試等。上位監(jiān)控機(jī)與PLC系統(tǒng)的組網(wǎng)采用PLC系統(tǒng)的成熟技術(shù)。各級(jí)分站控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，并由中央集控室統(tǒng)一調(diào)度。各級(jí)泵站控制器采用西門(mén)子S7冗余CPU。

1.2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

統(tǒng)采用分布式集散控制方式的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，管理層建立在以太網(wǎng)絡(luò)上，控制層則采用 ProfibusDP總線技術(shù)，整體的集中控制采用TCP/IP通訊協(xié)議，并允許增減設(shè)備，其靈活的結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)實(shí)施和維護(hù)帶來(lái)最大的便利。管理層網(wǎng)絡(luò)利用現(xiàn)有的光纜通訊上，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP通訊協(xié)議高速通訊，主要設(shè)備包括各級(jí)泵站控制器、管理工作站、網(wǎng)絡(luò)控制等提供高速通訊，系統(tǒng)基于分布式集中控制結(jié)構(gòu)。

各級(jí)泵站的控制采用相對(duì)獨(dú)立的控制器，各級(jí)泵站的控制室對(duì)各自的泵站進(jìn)行獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)本地的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視與控制。廠區(qū)化水控制室采用集中監(jiān)控，如各級(jí)泵站需要廠區(qū)集控室進(jìn)行統(tǒng)一控制，把控制權(quán)交予化水車(chē)間集中控制，控制權(quán)按鈕設(shè)于各級(jí)泵站與中央集控室上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面上。便于在緊急情況下實(shí)現(xiàn)廠區(qū)對(duì)水源地的統(tǒng)一控制。

一級(jí)泵站的控制包括對(duì)深井泵站的控制、一級(jí)泵站的控制、高位水池的控制。由于高位水池位于一級(jí)泵站處8.5KM，且高位水池不具備放置上位機(jī)的條件，故高位水池納入一級(jí)泵站控制，通過(guò)ProfilbusDP協(xié)議使高位水池作為一級(jí)泵站的一個(gè)分站實(shí)現(xiàn)一級(jí)泵站與高位水池液位的連鎖控制。通訊傳輸介質(zhì)為光纜傳輸。

二、三級(jí)泵站的控制相對(duì)于一級(jí)泵站相對(duì)獨(dú)立，設(shè)置各自的獨(dú)立控制器，控制層采用ProfilbusDP協(xié)議，上層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議，與化水控制室相聯(lián)。二、三級(jí)泵站控制室各放置一臺(tái)上位機(jī)對(duì)各自泵站的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，不能對(duì)其它泵站進(jìn)行監(jiān)控。

水源地集中控制上位機(jī)置于化水車(chē)間，對(duì)水源地的各級(jí)泵站及高位水池進(jìn)行集中監(jiān)控，上位機(jī)組態(tài)畫(huà)面設(shè)置操作權(quán)限，便于對(duì)各級(jí)泵站的操作員進(jìn)行管理與控制。水源地各級(jí)泵站的數(shù)據(jù)經(jīng)化水車(chē)間交換機(jī)送入全廠輔控網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。

2.PLC系統(tǒng)的應(yīng)用及功能

PLC選用西門(mén)子最新型且同一系列設(shè)備模塊，以減少備件和維護(hù)量；所有模塊可以帶電插拔， 包括CPU，電源模塊，通訊模塊，I/O模塊，支持不停機(jī)維修；輸出模塊要求帶預(yù)設(shè)置故障處理功能。處理器模件及所有I/O模件應(yīng)帶有LED自診斷顯示。

處理器模件若使用隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），則應(yīng)配置電池作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的后備電源，電池的更換不應(yīng)影響模件的工作。

每個(gè)數(shù)字量的I/O通道板都應(yīng)有單獨(dú)的熔斷器或其它保護(hù)措施。

I/O類(lèi)型：

（1）模擬量的輸入：4-20mA，最大輸入阻抗為250Ω。

（2）模擬量的輸出：4-20mA具有驅(qū)動(dòng)回路阻抗大于600Ω負(fù)載能力。

（3）數(shù)字量輸入：模件具有電隔離措施。

（4）數(shù)字量的輸出：數(shù)字量輸出模件應(yīng)采用光電隔離輸出，隔離電壓≥250V，能直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或任何中間繼電器，在后一種情況下，投標(biāo)方應(yīng)提供中間繼電器電路、繼電器柜及可靠的工作電。

2.1 CRT控制畫(huà)面

主畫(huà)面顯示整個(gè)水源地系統(tǒng)（包括各個(gè)閥門(mén)）運(yùn)行狀態(tài)。

各個(gè)分畫(huà)面主色調(diào)為彩色模擬圖，以利于運(yùn)行人員長(zhǎng)期監(jiān)視而防止眼睛疲勞。閥門(mén)及設(shè)備的運(yùn)行仍然為紅、綠色醒目顯示。在各個(gè)分畫(huà)面上點(diǎn)擊閥門(mén)符號(hào)，可彈出閥門(mén)手動(dòng)操作按扭，并且還有運(yùn)行、停止指示燈及控制按扭。模擬操作臺(tái)畫(huà)面為彈出式，操作完后只要點(diǎn)擊確認(rèn).即可自動(dòng)隱藏。另外，在畫(huà)面底部設(shè)有各畫(huà)面切換按扭，在當(dāng)前顯示的任何畫(huà)面中?？煞奖阊杆俚厍兄亮硪划?huà)面。

2.2控制功能

補(bǔ)給水泵房聯(lián)鎖控制：

2.2.1補(bǔ)給水泵之間互為聯(lián)鎖備用。

補(bǔ)給水泵與各自出口閥之間的聯(lián)鎖：

（1）補(bǔ)給水泵正常啟動(dòng)：出口液控蝶閥延時(shí)15s（時(shí)間暫定0-20s該值現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)）聯(lián)鎖打開(kāi)（關(guān)閥啟動(dòng)），出口閥繼續(xù)至全開(kāi)。

（2）運(yùn)行泵計(jì)劃停泵：出口液控蝶閥先關(guān)閉75°～80°（時(shí)間暫定3s，1.5s至15s可調(diào)），聯(lián)鎖停泵，出口閥繼續(xù)關(guān)閉到全關(guān)（時(shí)間暫定100s，15 s至200s可調(diào)）。

（3）事故停泵：①運(yùn)行泵同時(shí)全部斷電事故，出口液控蝶閥先關(guān)閉75°～80°（時(shí)間暫定3s，1.5s至15s可調(diào)），出口閥繼續(xù)關(guān)閉到全關(guān)（時(shí)間暫定100s，15s至200s可調(diào)）。②一機(jī)一泵或二機(jī)三泵運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行泵事故停運(yùn)，泵出口液控蝶閥立即自動(dòng)聯(lián)鎖關(guān)閉，備用泵自動(dòng)按上述1）條聯(lián)鎖要求開(kāi)啟泵、閥。

（4）出口閥自帶就地控制柜。

（5）補(bǔ)給水泵及出口閥電源應(yīng)按有關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)，出口門(mén)的控制電磁閥經(jīng)常不帶電，操作時(shí)帶電，水泵事故或電源失電時(shí)不應(yīng)影響出口門(mén)的操作。

2.2.2第一臺(tái)小補(bǔ)給水泵為手動(dòng)啟動(dòng)。

2.2.3補(bǔ)給水泵與后級(jí)泵站蓄水池水位聯(lián)鎖：當(dāng)蓄水池水位低于設(shè)計(jì)水位值a（該值現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)）時(shí)，啟動(dòng)另一臺(tái)小補(bǔ)給水泵；當(dāng)蓄水池低于水位值b（該值現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)）時(shí)，繼續(xù)啟動(dòng)一臺(tái)大補(bǔ)給水泵。反之，當(dāng)蓄水池高于設(shè)計(jì)水位值b（該值現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)）時(shí)，停止一臺(tái)大補(bǔ)給水泵；當(dāng)蓄水池超過(guò)水位a值時(shí)，停止小補(bǔ)給水泵；依此類(lèi)推。

2.2.4補(bǔ)給水泵與本級(jí)泵站蓄水池水位聯(lián)鎖：當(dāng)蓄水池水位為低低水位值報(bào)警時(shí)，聯(lián)鎖停止補(bǔ)給水泵。

補(bǔ)給水泵房?jī)?nèi)排水泵與集水池水位聯(lián)鎖。

排水泵與集水坑中的水位聯(lián)鎖，高水位聯(lián)鎖開(kāi)泵，低水位聯(lián)鎖停泵，超高水位備用泵自動(dòng)投入運(yùn)行并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

蓄水池聯(lián)鎖控制要求補(bǔ)給水泵站設(shè)有二座2000m3蓄水池。就地及水控制室遠(yuǎn)方控制、監(jiān)測(cè)要求。

二座蓄水池分別設(shè)溢流水位緊急報(bào)警，高水位、水位值a（該值現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)）、水位值b（該值現(xiàn)場(chǎng)可調(diào)）、低水位、低低水位值報(bào)警，并能連續(xù)顯示其水位值。蓄水池進(jìn)水管上的電動(dòng)閘閥（共4只）的啟、閉控制、開(kāi)啟狀態(tài)顯示，故障報(bào)警。

3.結(jié)束語(yǔ)

PLC配合計(jì)算機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，針對(duì)電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，將通用控制軟件進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用調(diào)試明，使電廠化水處理系統(tǒng)的自動(dòng)化水平大幅提高，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也為鍋爐系統(tǒng)的安全、可靠和長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了有力的保障。

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