輸煤程控系統(tǒng)PLC控制技術(shù)分析

李繼強(qiáng)

摘要：火力發(fā)電廠的輸煤程控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)，通信網(wǎng)絡(luò)和電子模件，傳感器等機(jī)電設(shè)備等組成，對(duì)電廠運(yùn)煤系統(tǒng)進(jìn)行控制，監(jiān)視的和保護(hù)的系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：輸煤程控系統(tǒng)、PLC控制柜、功能測(cè)試、系統(tǒng)、IO通道、工程師站、監(jiān)視、安全、DCS

內(nèi)容：

1.隨著“一帶一路“的戰(zhàn)略延伸，中國(guó)很多建設(shè)公司走出國(guó)門參與周邊國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。其中包括很多火力發(fā)電廠。這其中包含論文分析的輸煤程控系統(tǒng)。

2.輸煤程控系統(tǒng)PLC控制柜的主要特點(diǎn)為功能分散、操作顯示集中、數(shù)據(jù)共享、以I/O 卡件為信號(hào)傳遞模塊。

3.控制分析

?硬件配置檢查

?PLC 控制柜：涵蓋機(jī)柜尺寸、顏色、外觀、內(nèi)部接線、KKS碼、防護(hù)等級(jí)；(電源電纜線徑不宜低于2.5平方，顏色根據(jù)簽訂的技術(shù)協(xié)議制定，可根據(jù)國(guó)標(biāo)或IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，目前外資電廠普遍依照IEC標(biāo)準(zhǔn)制定。開關(guān)量電纜宜選用阻燃屏蔽控制電纜，模擬量及脈沖量弱電回路宜選用阻燃計(jì)算機(jī)屏蔽電纜，纖芯截面積不小于1平方?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目都會(huì)給每臺(tái)柜子添加KKS編碼用以識(shí)別和管理所有設(shè)備這一項(xiàng)要逐一對(duì)比分析核對(duì)。)

?模件類型及數(shù)量：模件數(shù)量型號(hào)應(yīng)與技術(shù)協(xié)議及圖紙匹配；

?工程師站、操作與監(jiān)視系統(tǒng)：配置檢查（處理器、內(nèi)存、硬盤、操作系統(tǒng)）；外觀設(shè)備檢查；

?總線與電源系統(tǒng)型號(hào)配置檢查

?不同類型的I/O分布測(cè)點(diǎn)至少留有15%-20%的備用量，控制器的處理器應(yīng)有40%的余量，處理器內(nèi)存應(yīng)有50%的余量。電源容量應(yīng)有30%-40%的余量。

?PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)功能測(cè)試

?硬件功能測(cè)試：電源輸入24VDC、模件工作情況正常，無故障、組態(tài)編譯無錯(cuò)誤，組態(tài)下裝時(shí)CPU仍能正常工作，系統(tǒng)不受影響在線下裝、在線插拔模件，系統(tǒng)應(yīng)能正常工作，LCD上顯示卡件故障信號(hào)、復(fù)位或拔出控制器模件，系統(tǒng)應(yīng)自動(dòng)平穩(wěn)的切換到備用控制器工作，模件復(fù)位完成后應(yīng)能自動(dòng)投入到備用狀態(tài)、切斷一路24V電源，系統(tǒng)應(yīng)能正常工作；

?軟件要求分析：PLC 系統(tǒng)組態(tài)是否采用統(tǒng)一方式的組態(tài)，組態(tài)的統(tǒng)一性目的是方便維護(hù)理解。所有的算法及系統(tǒng)的參數(shù)應(yīng)存儲(chǔ)在處理器模件的非易失性存儲(chǔ)器內(nèi)，執(zhí)行時(shí)不必重新裝載；監(jiān)控系統(tǒng)的所有控制、監(jiān)視、報(bào)警和故障判斷等功能，應(yīng)由工控機(jī)主機(jī)提供，而且可在LCD上顯示和監(jiān)視；在上位工控機(jī)上對(duì)系統(tǒng)組態(tài)，應(yīng)用軟件無論是在線或離線的均應(yīng)能進(jìn)行編輯和修改，而且不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；順序邏輯控制應(yīng)采用以邏輯圖和梯形圖的形式進(jìn)行編輯，并能打印邏輯圖；事故報(bào)警功能應(yīng)能使運(yùn)行人員方便地辨別和解決各種問題。

?PLC系統(tǒng)耐壓及抗干擾能力分析：沖擊耐壓符合IEC60255-5：4級(jí)，正負(fù)5Kv。

1Mhz高頻干擾影響應(yīng)符合IEC60255-22-1:3級(jí)，2.5Kv共模，1Kv差模。靜電放電應(yīng)符合IEC60255-22-2：1996，嚴(yán)酷等級(jí)3。電磁輻射應(yīng)符合IEC60255-22-3：1989.10V/m,80-1000MHz.快速瞬間脈沖干擾應(yīng)符合IEC60255-22-4:4級(jí)，正負(fù)2Kv通訊口，電源正負(fù)4Kv?？估擞扛蓴_應(yīng)滿足GB/T15153.1-1998:3級(jí),正負(fù)2Kv。電磁隔離1.5 Kv,以太網(wǎng)口。輸入通道共模干擾抑制比應(yīng)大于120db,輸入通道差模干擾抑制比大于60db。系統(tǒng)可利用率大于99.9%，平均無故障時(shí)間（MTBF）應(yīng)大于50000小時(shí)。

?總線功能檢查與測(cè)試（現(xiàn)場(chǎng)總線適用于距離長(zhǎng)、設(shè)備分散、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境差的環(huán)境，并且降低了工程電纜造價(jià)，簡(jiǎn)化了電纜設(shè)施，而且提高了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化和信息量，縮短了系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)行維護(hù)時(shí)間）

?檢查OSM模件號(hào)、工作狀態(tài)、光纖環(huán)路斷路測(cè)試；

?網(wǎng)絡(luò)正常符合率低于20%，事故符合率低于40%。

?I/O 通道測(cè)試

?測(cè)試前需核對(duì)工藝流程圖、技術(shù)協(xié)議與I/O清冊(cè)是否吻合，需澄清所有異議；

?用信號(hào)發(fā)生器模擬DI信號(hào)，驗(yàn)證輸入是否正確，用軟件模擬強(qiáng)制輸出，用測(cè)量?jī)x器測(cè)量輸出的DO 信號(hào)，AI 信號(hào)采用信號(hào)發(fā)生器輸入對(duì)等的低、中、高數(shù)值的信號(hào)，檢查與工程師站的設(shè)定值是否匹配，AO信號(hào)采用軟件模擬輸出的方式進(jìn)行輸出低、中、高范圍的數(shù)值，在終端用測(cè)量?jī)x器測(cè)定信號(hào)輸出值已驗(yàn)證回路是否暢通,脈沖量信號(hào)需要輸入一定的頻率和一定電壓的脈沖信號(hào)作，轉(zhuǎn)速量信號(hào)需要輸入一定頻率和一定電壓的正弦信號(hào)。

?模擬量輸入的精度應(yīng)滿足如下要求：電流信號(hào)應(yīng)<0.1%，電壓信號(hào)應(yīng)<0.1%，熱電偶應(yīng)<0.2%，熱電阻應(yīng)<0.2%。模擬輸出量精度應(yīng)<=0.25%，開關(guān)輸入輸出量靈活，脈沖輸入量應(yīng)<=0.2%，轉(zhuǎn)速量的精度應(yīng)為正負(fù)1轉(zhuǎn)/分。

?模擬量信號(hào)傳送時(shí)間不大于2S，開關(guān)量信號(hào)傳送時(shí)間不大于1S.

?模擬量的最大輸入阻抗應(yīng)為250歐姆，模擬量輸出4-20mA應(yīng)具有驅(qū)動(dòng)回路阻抗大于600歐姆的負(fù)載能力，開關(guān)量輸入模件應(yīng)具有光電隔離措施強(qiáng)電220VAC及110VDC的能力，開關(guān)量輸出模件應(yīng)采用隔離繼電器后驅(qū)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出點(diǎn)容量不應(yīng)小于220VAC，5A，依照具體項(xiàng)目要求而定.

?交流輸入電源測(cè)試

?兩路220 VAC進(jìn)入一個(gè)電源自動(dòng)切換開關(guān)，任一路電源斷開都能保證PLC柜能，正常工作，且電壓保持恒定，交流電壓的波動(dòng)范圍不大于正負(fù)10%；

?輸煤程控應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的在線式UPS，蓄電池備電時(shí)間不低于0.5H.

?工程師站測(cè)試

?工程師站上電，系統(tǒng)登陸檢查(軟件版本號(hào)、組態(tài)圖檢查,軟件版本是否為最新，組態(tài)圖和工藝流程圖做一一對(duì)比，組態(tài)畫面的功能和邏輯與工藝一一核實(shí)）；

?打印機(jī)功能測(cè)試（選擇任意組態(tài)頁(yè)面打印、任意流程畫面打印、任意報(bào)警畫面打印）

?操作與監(jiān)視系統(tǒng)測(cè)試

?檢查L(zhǎng)CD 顯示，鼠標(biāo)響應(yīng)，報(bào)警信息顯示；

?選擇任意流程畫面，激活流程畫面（畫面顯示應(yīng)清晰、整齊、色彩分明，各個(gè)流程圖的名稱與表征一至）；

?觀察相應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)變化；

?對(duì)現(xiàn)有組態(tài)進(jìn)行修改，增量下裝到原主控制器或功能模件中，系統(tǒng)原組態(tài)數(shù)據(jù)應(yīng)自動(dòng)刷新，刷新周期不大于1S，下裝過程中應(yīng)無出錯(cuò)或死機(jī)等現(xiàn)象發(fā)生。

?系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

?對(duì)鼠標(biāo)請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間（測(cè)試鼠標(biāo)發(fā)指令至信號(hào)輸出模件的延時(shí)時(shí)間；任意操作任意設(shè)備的啟動(dòng)和停止按鈕，在線監(jiān)測(cè)組態(tài)頁(yè)面的反應(yīng)時(shí)間間隔；同步觀測(cè)模塊內(nèi)的狀態(tài)燈的變化及對(duì)應(yīng)的繼電器的動(dòng)作。）

?畫面對(duì)反饋信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間（選出任意一個(gè)模擬量測(cè)點(diǎn)，并給出仿真信號(hào)；同步監(jiān)測(cè)畫面內(nèi)的該測(cè)點(diǎn)的反饋?zhàn)兓?；任意選擇一個(gè)開關(guān)量測(cè)點(diǎn)，并給出仿真信號(hào)；同步監(jiān)測(cè)畫面內(nèi)的該測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)反饋?zhàn)兓?。?/p>

?調(diào)用一般畫面響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于1S，動(dòng)態(tài)畫面響應(yīng)時(shí)間不大于2S。

?系統(tǒng)負(fù)荷率測(cè)試

?利用PLC系統(tǒng)自帶程序進(jìn)行CPU符合率測(cè)試，每個(gè)CPU的正常負(fù)荷率宜<30%，事故符合率宜<50%。

?冗余功能測(cè)試

?CPU 應(yīng)用處理器的冗余切換試驗(yàn)：切斷冗余CPU中的一個(gè)CPU，對(duì)信號(hào)的處理和傳輸沒有任何影響，系統(tǒng)運(yùn)行正常，檢查對(duì)應(yīng)的電源故障信息是否出現(xiàn)在組態(tài)屏幕上；

?安全性檢查

?一般項(xiàng)目會(huì)設(shè)置3個(gè)操作權(quán)限的安全級(jí)別登錄：工程師級(jí)，可以完成任何設(shè)備的所有控制和維護(hù)；操作員級(jí)，可以完成任何設(shè)備的所有啟動(dòng)、停止、手動(dòng)選擇等操作，瀏覽報(bào)警、趨勢(shì)；游客級(jí)，無任何設(shè)備操作權(quán)限，可以瀏覽報(bào)警趨勢(shì)。工程師級(jí)別和操作員級(jí)別的權(quán)限可以取消報(bào)警信號(hào)，所有取消報(bào)警的動(dòng)作都會(huì)被記錄。

?輸煤程控系統(tǒng)PLC控制柜與DCS系統(tǒng)通訊測(cè)試

?兩者之間的測(cè)試通過MODBUS TCP/IP 協(xié)議解決，DCS系統(tǒng)作為主控裝置，輸煤程控系統(tǒng)作為輔控裝置，將輸煤程控系統(tǒng)MODBUS 通訊I/O清冊(cè)相關(guān)的輸入輸出量信息組態(tài)到DCS系統(tǒng)中。輸煤程控系統(tǒng)的PLC控制裝置將通訊到DCS主控系統(tǒng)上以核對(duì)組態(tài)信息的正確與否。核對(duì)的信息要求如下：模擬一個(gè)一個(gè)核對(duì)所有模擬量和數(shù)字量信號(hào)，核對(duì)輸煤程控系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)的數(shù)值是否相同。

4.結(jié)束語(yǔ)

隨著中國(guó)基建走出去的項(xiàng)目越來越多，輸煤系統(tǒng)的PLC控制應(yīng)用也越來越廣泛，集成度也越來越高，很多控制系統(tǒng)是由外方業(yè)主直接指定的國(guó)際品牌，應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)也隨之變成國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)國(guó)內(nèi)總包企業(yè)走出去增加了挑戰(zhàn)和難度。目前PLC控制趨勢(shì)和主導(dǎo)產(chǎn)品也日趨成熟，這都給中資企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)走出去提供了不少機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)：

【1】孫茗、黃生睿、張麗華、季麗杰、汪少勇 火力發(fā)電廠運(yùn)煤設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程 2012.03.01