PLC系统在水源地控制系统的应用

2013-04-12张艳军钟宁

科技致富向导 2013年4期

张艳军　钟宁

【摘要】控制系统采用工业可编程序控制器（简称PLC）实现，配置主机进行监控和操作，水源地控制系统改造集中监控中心设在厂内水源地控制室内（位于厂内化验楼内），以及把信号传至中央集控室，每个升压泵房及深井泵房值班室处设有上位机终端设备。

【关键词】PLC；自动控制系统；网络通讯

为保证大型火电机组的安全、经济运行。足量的锅炉给水是必不可少的条件之一。工业控制计算机和较大屏幕彩色显示器（CRT）组成的人机界面系统迅速普及。结合工业控制软件的应用，使得工业控制计算机、可编程逻辑控制器（PLC）控制技术、网络技术在厂外补给水系统各工艺系统中.不仅能完成操作员站和工程师站功能。还增加了对运行数据的采集、分析、自动生成实时及历史报表、报警记录等功能，增强了系统的可靠性、减轻了运行人员的劳动强度。

1.控制系统的设计及布置

1.1厂外补给水系统特点

厂外补给水系统为长距离输送，沿线地形复杂，高差较大。管线全长约53公里，深井泵房距厂区围墙约53.5公里、一级补给水泵站距厂区围墙约51公里、高位水池距厂区围墙约39.1公里、二级补给水泵站距厂区围墙约24.5公里、三级补给水泵站距厂区围墙约14.5公里。管线布置在山川沟内，两侧山高约200-300米，且管线路径曲折。下设一级泵站、高位水池、二级泵站、三级泵站。化水车间至各级泵站采用光缆通讯。厂外补给水系统在厂内化水楼控制室远方集中监测控制，各级泵站的值班室实现对各自泵站的控制（上位机），（高位水池纳入一级泵站控制，并实现高位水池的液位与一级泵站深井泵的连锁）。上位监控系统包括上位监控机三台（分别为一、二、三级泵站以及深井泵站）。监控软件的功能包括：图形监控、动态显示、历史数据采集、趋势图、历史数据显示贮存、事故报警、制表打印、及PLC参数设置、控制逻辑修改、系统调试等。上位监控机与PLC系统的组网采用PLC系统的成熟技术。各级分站控制系统相对独立，并由中央集控室统一调度。各级泵站控制器采用西门子S7冗余CPU。

1.2系统网络结构

统采用分布式集散控制方式的两层网络结构，管理层建立在以太网络上，控制层则采用 ProfibusDP总线技术，整体的集中控制采用TCP/IP通讯协议，并允许增减设备，其灵活的结构为系统实施和维护带来最大的便利。管理层网络利用现有的光缆通讯上，通过标准TCP/IP通讯协议高速通讯，主要设备包括各级泵站控制器、管理工作站、网络控制等提供高速通讯，系统基于分布式集中控制结构。

各级泵站的控制采用相对独立的控制器，各级泵站的控制室对各自的泵站进行独立控制，实现对本地的设备进行监视与控制。厂区化水控制室采用集中监控，如各级泵站需要厂区集控室进行统一控制，把控制权交予化水车间集中控制，控制权按钮设于各级泵站与中央集控室上位机组态画面上。便于在紧急情况下实现厂区对水源地的统一控制。

一级泵站的控制包括对深井泵站的控制、一级泵站的控制、高位水池的控制。由于高位水池位于一级泵站处8.5KM，且高位水池不具备放置上位机的条件，故高位水池纳入一级泵站控制，通过ProfilbusDP协议使高位水池作为一级泵站的一个分站实现一级泵站与高位水池液位的连锁控制。通讯传输介质为光缆传输。

二、三级泵站的控制相对于一级泵站相对独立，设置各自的独立控制器，控制层采用ProfilbusDP协议，上层网络采用TCP/IP协议，与化水控制室相联。二、三级泵站控制室各放置一台上位机对各自泵站的设备进行监控，不能对其它泵站进行监控。

水源地集中控制上位机置于化水车间，对水源地的各级泵站及高位水池进行集中监控，上位机组态画面设置操作权限，便于对各级泵站的操作员进行管理与控制。水源地各级泵站的数据经化水车间交换机送入全厂辅控网络服务器。

2.PLC系统的应用及功能

PLC选用西门子最新型且同一系列设备模块，以减少备件和维护量；所有模块可以带电插拔，包括CPU，电源模块，通讯模块，I/O模块，支持不停机维修；输出模块要求带预设置故障处理功能。处理器模件及所有I/O模件应带有LED自诊断显示。

处理器模件若使用随机存储器（RAM），则应配置电池作为数据存储的后备电源，电池的更换不应影响模件的工作。

每个数字量的I/O通道板都应有单独的熔断器或其它保护措施。

I/O类型：

（1）模拟量的输入：4-20mA，最大输入阻抗为250Ω。

（2）模拟量的输出：4-20mA具有驱动回路阻抗大于600Ω负载能力。

（3）数字量输入：模件具有电隔离措施。

（4）数字量的输出：数字量输出模件应采用光电隔离输出，隔离电压≥250V，能直接驱动电动机或任何中间继电器，在后一种情况下，投标方应提供中间继电器电路、继电器柜及可靠的工作电。

2.1 CRT控制画面

主画面显示整个水源地系统（包括各个阀门）运行状态。

各个分画面主色调为彩色模拟图，以利于运行人员长期监视而防止眼睛疲劳。阀门及设备的运行仍然为红、绿色醒目显示。在各个分画面上点击阀门符号，可弹出阀门手动操作按扭，并且还有运行、停止指示灯及控制按扭。模拟操作台画面为弹出式，操作完后只要点击确认.即可自动隐藏。另外，在画面底部设有各画面切换按扭，在当前显示的任何画面中。可方便迅速地切至另一画面。

2.2控制功能

补给水泵房联锁控制：

2.2.1补给水泵之间互为联锁备用。

补给水泵与各自出口阀之间的联锁：

（1）补给水泵正常启动：出口液控蝶阀延时15s（时间暂定0-20s该值现场可调）联锁打开（关阀启动），出口阀继续至全开。

（2）运行泵计划停泵：出口液控蝶阀先关闭75°～80°（时间暂定3s，1.5s至15s可调），联锁停泵，出口阀继续关闭到全关（时间暂定100s，15 s至200s可调）。

（3）事故停泵：①运行泵同时全部断电事故，出口液控蝶阀先关闭75°～80°（时间暂定3s，1.5s至15s可调），出口阀继续关闭到全关（时间暂定100s，15s至200s可调）。②一机一泵或二机三泵运行时，运行泵事故停运，泵出口液控蝶阀立即自动联锁关闭，备用泵自动按上述1）条联锁要求开启泵、阀。

（4）出口阀自带就地控制柜。

（5）补给水泵及出口阀电源应按有关规范设计，出口门的控制电磁阀经常不带电，操作时带电，水泵事故或电源失电时不应影响出口门的操作。

2.2.2第一台小补给水泵为手动启动。

2.2.3补给水泵与后级泵站蓄水池水位联锁：当蓄水池水位低于设计水位值a（该值现场可调）时，启动另一台小补给水泵；当蓄水池低于水位值b（该值现场可调）时，继续启动一台大补给水泵。反之，当蓄水池高于设计水位值b（该值现场可调）时，停止一台大补给水泵；当蓄水池超过水位a值时，停止小补给水泵；依此类推。

2.2.4补给水泵与本级泵站蓄水池水位联锁：当蓄水池水位为低低水位值报警时，联锁停止补给水泵。