PLC與變頻器在熱電廠(chǎng)循環(huán)水系統中的應用

MechMechanicalk Electrical Engineeringine Vol.22 No.2 2005機電工程2005年 第22卷第2期PLC與變頻器在熱電廠(chǎng)循環(huán)水系統中的應用伍冬初,應群民(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院,浙江杭州310027)摘要:介紹了一種基于 PLC與變頻調速的控制系統在水系統自動(dòng)化改造中的應用。包括系統組成、主要功能、下位PLC軟硬件設計、變頻器控制設計、上位監控設計以及變頻器、PLC、上位機三者之間的網(wǎng)絡(luò )通信功能設計。關(guān)鍵詞:PLC;變頻器;控制系統;網(wǎng)絡(luò )通信;組態(tài)軟件中圖分類(lèi)號:TP391.8;TM628文獻標識碼:A文章編號:1001 - 4512005)02 - 0060- 04The Application of PLC & Inverter in Use of the Cycling WaterAutomation Renovation System in the Heat and Power PlantWU Dong-chu, YING Qun-min( The Clle of Eletrial Engineeing, Zhejang University ，Hangzhou 310027, China)Abstract: He article mainly introduces the application based on the PLC and Frequency conversion timing control system inuse of the cyeling water autonatin renovation sytem in the heat and power plant. The structure, the main function, the soft de-sign and hardware design of PLC, the design of frequency conversion timing contol, the design of superisory control and data ac-quisition ware presented. The Network communications between Transducer, PLC and IPC also touched upon in this paper.Key words: PLC; inverter; control system; network communications; configuration software1引言熱電廠(chǎng)外循環(huán)水冷卻系統是為熱電廠(chǎng)發(fā)電機組的內部循環(huán)純凈水提供冷卻,對保證發(fā)電機組正常、可靠的運行,具有非常重要的作用。某熱電廠(chǎng)水泵房現有8臺循環(huán)水泵向廠(chǎng)內提供t外冷卻水。根據生產(chǎn)的需要以及水泵出水口壓力的大小,決定循環(huán)水泵運行及臺數。所有水泵啟動(dòng)前必須先對水泵的進(jìn)水管抽真空,有2臺真空泵用來(lái)完成此項工作。循環(huán)水及其真空子系統組成,如圖1所示。進(jìn)行自動(dòng)化改造前,水泵的投運包括真空泵的開(kāi)停及相應真空閥的開(kāi)閉操作,均由人工在現場(chǎng)進(jìn)圖1循環(huán)水及真空子 系統組成圖行;一旦發(fā)生緊急情況如運行中的水泵突然故障跳閘,人工響應往往不夠迅速,未能及時(shí)投入連鎖備用針對這些情況，應用一種PLC控制、變頻調速水泵,從而影響工廠(chǎng)的生產(chǎn);而且改造前水泵電機一與現中國煤化工改造方案，實(shí)現了直運行在工頻下,能耗大,工頻啟動(dòng)對泵本身造成很水泵YHCNMHG的變化變速運行,大的沖擊,將加速泵系統各個(gè)部件的老化。自動(dòng)調節水流量和壓力,既滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要,又達到收稿日期:2004- 05-27修訂日期:2004-06-11作者簡(jiǎn)介:伍冬初(1977- ).男,湖南永州人,浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院碩士研究生,研究方向:工業(yè)控制方向。機電工程2005年 第22卷第2期Mchanical & Fletrial Engnering Maguine Vol.22 No.2 2005節能降耗延長(cháng)設備使用壽命和提高整個(gè)系統控制(LCU),其中#1就地控制單元(LCUI)控制#1~ #6 .水平的目的。系統具有易擴展性和較高的可靠性。循環(huán)水泵變頻器及相應的出口電動(dòng)閥.真空子系統;2系統配置原則和系統基 本功能#2就地控制單元(LCU2)控制#7- #8循環(huán)水泵變頻器及相應的出口閥液壓系統,PLC與變頻器通改造后,系統通過(guò)智能儀表(傳感器)組對水泵過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)DeviceNet網(wǎng)絡(luò )來(lái)通信。就地控制單元機組的壓力、溫度、流量、電流、電壓、水位等模擬量(LCU)之間以及上位機與就地控制單元采用DH+工以及各電動(dòng)閥門(mén)、液壓閥門(mén)位置等數字量進(jìn)行自動(dòng)業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )連接。系統配置如圖2所示。檢測,并將檢測結果傳輸給下位PLC(即LCU單元)處理,經(jīng)數據計算以及水站生產(chǎn)系統運行優(yōu)化處理Rsvlew生控軟件現場(chǎng)上位機中控寶中控宣上臺機后,送至各執行機構實(shí)行相應操作;同時(shí)通過(guò)LcURslinx遵信軟件打印機Rsllnxo單元與現場(chǎng)監控機的通信,完成系統操作、顯示各泵變頻器及整個(gè)冷卻水泵站系統的運行狀態(tài)、異常處現場(chǎng)PLCH1日現場(chǎng)PLCH2理(包括保護、報警等)以及可以打印輸出各相關(guān)操采焦信號SLC 5AI4開(kāi)關(guān)信作記錄、歷史記錄及效率分析表等。DeviceNet網(wǎng)為了實(shí)現熱電廠(chǎng)的數據集中管理,通過(guò)另-臺出1一出園CLC[C變換戰在中控室的遠程監控機,采用OPC接口技術(shù)，使底層現場(chǎng)數據錄人電廠(chǎng)MIS 管理系統。系統具體要求循環(huán)水菜如下:圖2系統配置結構圖(1)監測。準確反映系統中主要設備與輔助設備的工作情況，包括各變頻器運行/停止信號、變頻3.1 PLC 及變頻調速系統設計器頻率值泵電機電流值、前池水位.循環(huán)水泵出口從工藝要求、VO點(diǎn)數、掃描速度、自診斷功能壓力真空系統壓力、液壓系統壓力及各閥門(mén)位置。等方面考慮,LCU選用性能及可靠性都很高的Rock.(2)指令控制。執行運行人員發(fā)出的變頻器運well自動(dòng)化的SLC5/04型PLcC。該處理器擁有足.行/停止給定運行頻率、排水泵開(kāi)停.真空系統啟停夠多的本地VO處理能力;本系統I/O設計需要開(kāi)以及液壓系統控制指令。關(guān)量輸入點(diǎn)46點(diǎn),開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)84點(diǎn),模擬量輸入(3)自動(dòng)控制。自動(dòng)完成水泵變頻啟動(dòng)的所有點(diǎn)30點(diǎn),共計160點(diǎn)。模擬量輸人模塊采用4塊模相關(guān)過(guò)程;壓力傳感器將泵出口壓力信號送至PLC,擬量輸人模塊1746N18,開(kāi)關(guān)量輸人模塊采用4塊開(kāi)作為泵出口壓力單閉環(huán)控制的反饋值(給定值根據關(guān)量輸人模塊 1746M16,開(kāi)關(guān)量輸出模塊采用6塊實(shí)際工況設定),通過(guò)PIC對泵出口壓力信號變換開(kāi)關(guān)量輸出模塊1746 OW16;這些模塊提供輸入濾和處理,為變頻器提供頻率給定,實(shí)現頻率的自動(dòng)調波光電隔離以及內置式浪涌保護,抗干擾強,可靠整,達到水壓恒定;如果變頻率- - 直調高到工頻還達性高。處理器內置DH*通信口,在57. 6Kbiv/s下，不到要求的壓力,則投入連鎖備用循環(huán)水泵;自動(dòng)關(guān)DH* 網(wǎng)2)的最大通信距離為300m,其信息吞吐能閉因故障跳閘水泵的變頻器,同時(shí)關(guān)閉相關(guān)的出口力完全能滿(mǎn)足位于控制中心的上位機對就地控制單電動(dòng)閥或液壓閥，備用循環(huán)水泵自動(dòng)投人運行。元進(jìn)行通信的需要。(4)報警。前池低水位報警出水母管低壓力由于系統循環(huán)水泵主電壓是6000V中壓,從可報警、運行中的變頻器因故障退出運行報警,出現后靠性、 控制性能等方面考慮,變頻調速裝置選用AB兩種報警,系統自動(dòng)投入連鎖備用循環(huán)水泵。公司的1557系列中壓變頻器, 1557中壓變頻器采用(5)數據記錄。定時(shí)記錄運行數據、即時(shí)記錄CSI- PWM技術(shù)和直接矢量控制,為交流電機提供故障數據以及運行人員操作數據。近似中國煤化工釣通信是通過(guò)De-3控制系統硬件設計CHCN MH循環(huán)水泵的變頻調速控制,DeviceNet傳輸速率為125 - 500Kbit/s, 傳輸根據控制需要,系統配置為分層分布式二級監距離最大為500m, 最大節點(diǎn)數63個(gè),變頻器通過(guò)控系統結構。2臺以PIC為核心的就地控制單元DericeNet通信模塊1203 - GK5連接到DeviceNet上,，8.Mechanical & letrical Engineering Magazine Vo1.22 No.2 2005機電工程2005年 第22卷第2期SLC通過(guò)掃描模塊1747 - SDN去獲取DeviceNet 網(wǎng)的運行速度以及連鎖備用循環(huán)水泵投人。.上設備信息及控制網(wǎng)上設備,如泵電機啟停、調速、泵出口壓力信號輸入投入切換故障診斷、保護等。本調速裝置具有自動(dòng)和手動(dòng)、就地和遠程調速控制功能,故障時(shí)可以切換數據采樣到現場(chǎng)手動(dòng)控制。3.2 上位機監控系統組成數字濾波上位機采用2臺研祥工控微機,微機包括連接DH+工業(yè)控制網(wǎng)的PCI接口PKTX卡,完成就地控泵出口壓力PID控制制單元(LCU)與上位機的通信。1臺位于泵房值班室,供泵房運行值班人員監控使用,同時(shí)配有打印機控制量輸出給變頻器隨時(shí)打印輸出相關(guān)的操作記錄、歷史記錄數據;另一<改變參數設定值臺位于工廠(chǎng)熱電機組控制中心,除了在泵房無(wú)人值班時(shí)作為監控計算機外,還作為循環(huán)水泵控制系統與工廠(chǎng)MIS網(wǎng)的通信機。這種通信是通過(guò)0PC接改變參數調節設定值口技術(shù)來(lái)完成,采用0PC接口技術(shù)從下層網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)獲取數據,這使自動(dòng)化系統、現場(chǎng)設備與工廠(chǎng)辦公管圖3 變頻調速程序理應用程序之間數據交換得以簡(jiǎn)潔化、標準化。故障檢測程序控制系統軟件設計前池水位低?4.1 PLC 變頻調速程序設計Y可編程序控制器控制程序用梯型圖邏輯完成,產(chǎn)生報警信息|程序包括初始化程序、故障檢測報警程序、真空系統工作程序、循環(huán)水泵啟動(dòng)程序、泵變頻調速及設備切N變頻器停泵》>換投入程序,以及就地控制單元間通信程序。通過(guò)PLC的PID功能塊完成泵出口壓力的單閉環(huán)控制，指令停泵關(guān)閉出水閥，變頻同時(shí)建立變量表,用于PID的參數整定和修改,變頻器故障報警調速控制流程圖如圖3所示。在軟件設計中利用<出口壓力低》>PLC定時(shí)中斷功能完成數據采樣、數字濾波、PID運下<連鎖備用設定>算及控制輸出。N< 傳感器故障》>系統故障檢測、報警及處理程序框圖,如圖4投入連鎖備用泵|所示。4.2.上位機監控軟件設計 及網(wǎng)絡(luò )組態(tài)產(chǎn)生報警信息上位機采用Windows NT( tm)操作系統,用羅克(返回韋爾自動(dòng)化的RSView32(tm)軟件開(kāi)發(fā)監控程序和圖4 LCU 故障檢測程序人機操作界面。操作人員可在控制室向下位機發(fā)出各種控制命令，同時(shí)程序完成從LCU實(shí)時(shí)采集、處這些開(kāi)關(guān)及聯(lián)鎖按鈕的開(kāi)關(guān)狀態(tài)值送人就地控理模擬量、開(kāi)關(guān)量、報警數據和操作數據;定時(shí)記錄制單元piC外理后.PIC向執行機構發(fā)出相應操作歷史數據;實(shí)時(shí)記錄事故、故障信息及開(kāi)關(guān)變化信指令中國煤化工啟停命令,啟停相息;對運行人員所作的操作進(jìn)行記錄。數據以標準應的|YHCNMHG系統運行圖(如圖的dBaseIV格式形成磁盤(pán)文件。運行人員可在圖51所示);實(shí)時(shí)運行參數;機組順序控制(變頻器啟所示的控制面板.上對循環(huán)水泵以及輔助設備進(jìn)行運停、真空泵投切、閥門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)等)過(guò)程模擬圖等。行方式的設定，根據出水口的壓力大小，自動(dòng)控制泵報警顯示:越限內容及越限值顯示,輔以聲、光報警。機電工程2005年第22卷 第2期Mechanical & Eletrical Engineering Magaine Vol.22 No.2 20059●另外,根據運行需要,在上位機還設置了一套針對真空子系統和液壓子系統的“軟手操”功能,即在圖1所示的圖形界面上,直接以鼠標對相應的真空泵、真空電磁閥、液壓電磁閥、液壓泵進(jìn)行操作。這西西四堂一功能的設計,使得在設備維修完成后的調試工作0口四國國中變得非常方便。15結論采用PLC系統對循環(huán)水控制設備進(jìn)行自動(dòng)化圖5操作面板改造后,提高了系統對突發(fā)事件的響應能力,增加了在上位機上使用RSLogix500對SLC進(jìn)行編程,系統的可靠性和安全性;特別是采用變頻調速控制RSNetwork for DeviceNet對掃描器和變頻器進(jìn)行組態(tài)循環(huán)水泵,各變頻器通過(guò)DeviceNet現場(chǎng)總線(xiàn)與PLC及網(wǎng)路管理,就可將DeviceNet.上獨立的SLC、變頻通信完成現場(chǎng)水泵控制數據的上傳與下載,不僅使器構成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )化的控制系統,實(shí)現對變頻器的運安裝時(shí)一次布線(xiàn)電纜大大減少,而且使系統可靠性行狀態(tài)、運行參數進(jìn)行監測、控制和優(yōu)化。在上位機大大提高,維護工作量大大減少,并且大幅度降低了運行RSNetwork for DeviceNe 之前，必須要用RSLinx耗電量,延長(cháng)了泵設備的使用壽命,減少冷卻用水通信軟件完成從DH+網(wǎng)到DeviceNet 網(wǎng)相互通信的量,取得了良好的效益。通過(guò)上位機人機界面程序連接組態(tài)工作。配置好網(wǎng)絡(luò )后,可以通過(guò)DH+網(wǎng)直對設備進(jìn)行設置和操作,有效地減輕了運行人員的接訪(fǎng)問(wèn)DeviceNet網(wǎng)絡(luò )上的設備,如圖6所示。勞動(dòng)強度。另外,從中心控制室微機通過(guò)系統的DH+網(wǎng)絡(luò )可直接對現場(chǎng)PLC進(jìn)行遠程控制,減少了Alen Bradley 1747 SDNPT Diver Configu stion調度環(huán)節,為循環(huán)水控制系統的無(wú)人值班提供了條Seihet spass toughpottotee coigtett Pat3件。從循環(huán)水系統自動(dòng)化改造完成投人運行的情況Thme seted PA Hrpoptpatpyeopop be crbgredd Uete Bow beobgty!來(lái)看,系統設計合理,運行穩定可靠?？贏(yíng)tore參考文獻:甲香ABE1TH-Ehemet1] 浙江大學(xué)羅克韋爾自動(dòng)化技術(shù)中心組.可編程序控制器系統[ M].杭州:浙江大學(xué)出版社,000.0[2]邱公偉.可編程控制器網(wǎng)絡(luò )通訊及應用[M].北京:清Plase cortig/e the Conmuicshon imeou and selecthe 174-5DN SsotLocalion華大學(xué)出版社,2001.174-5DNSo Sa2D[3]陽(yáng)憲惠.工業(yè) 數據通信與控制網(wǎng)絡(luò )[M].北京:清華大Diver Rerthaon 20CKCorcel_Help學(xué)出版社,2003.[4]微型計算機雜志社. PLC應用200例(工控.儀表.自動(dòng)圖6網(wǎng)路驅動(dòng)配置圖化)[J].微型計算機,2003合訂本.2005年我國環(huán)保機械總產(chǎn)值將達到500億元目前,世界環(huán)保產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值高達6000億美元,被譽(yù)為發(fā)展潛力巨大的“朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”。專(zhuān)家預測,2005年我國環(huán)保機械制造業(yè)總產(chǎn)值將達到500~600億元，年增長(cháng)為12%~ 16%。據介紹,近3年市場(chǎng)看好的環(huán)保機械產(chǎn)品主要有:電除塵器、袋式除塵器、火電廠(chǎng)煙氣脫硫設備、新型工業(yè)鍋爐、城市污水處理及垃圾處理設備等，這些產(chǎn)品若進(jìn)口需300億元,采用國產(chǎn)設備僅需178億元，國中國煤化工專(zhuān)家認為,經(jīng)過(guò)10多年的發(fā)展,我國環(huán)保機械行業(yè)的產(chǎn)MHCNMH善,國產(chǎn)環(huán)保設備已趨于成熟。其中,電除塵和布袋除塵技術(shù)居世界先進(jìn)水平之列;污水處理工藝設備和配套設備已能生產(chǎn),有些技術(shù)設備已打入國際市場(chǎng)。噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)中,有些超過(guò)國外先進(jìn)水平,如微孔消聲技術(shù)已領(lǐng)先國際