云南大唐紅河電廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)
點擊次數(shù)：2999 更新時間：2011-08-04
（作者：北京華創(chuàng)遠(yuǎn)大系統(tǒng)技術(shù)有限公司張亮）
一、摘要
以云南大唐紅河電廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)為例，論述施耐德電氣QuantumPLC在火電廠輔機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。對Quantum系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了說明，闡述電廠輔控網(wǎng)模式在經(jīng)濟(jì)、管理上的合理性和技術(shù)上的可行性，并且根據(jù)江邊取水系統(tǒng)重點介紹QuantumPLC的具體應(yīng)用。
二、概述
隨著工業(yè)自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的進(jìn)一步深入改革，電廠對輔控網(wǎng)系統(tǒng)自動化程度的不斷提高。在火力發(fā)電廠的輔機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計中，一般是根據(jù)輔控設(shè)備的功能，按“水”、“灰”、“煤”三個系統(tǒng)設(shè)立了獨立的集中監(jiān)控網(wǎng)。但為了保證設(shè)備的運(yùn)行、提高勞動生產(chǎn)率、提高運(yùn)行人員整體素質(zhì)，滿足減員增效的要求，取消一般的“水”、“灰”、“煤”三個獨立的監(jiān)控網(wǎng)，只構(gòu)建一個電廠集中輔控網(wǎng)的新思路，并把輔控網(wǎng)數(shù)據(jù)并入SIS系統(tǒng)中。
三、工程描述
大唐紅河電廠輔控網(wǎng)包括江邊取水、生水石灰預(yù)處理、次氯酸鈉、鍋爐補(bǔ)給水、工業(yè)廢水、凝結(jié)水精處理、爐內(nèi)加藥、含煤廢水、輸煤、燃油泵房、制氫、氣力除灰、電除塵一共十三個子系統(tǒng)，全部使用QuantumPLC系統(tǒng)。輔控網(wǎng)對PLC有較高要求，主要有以下幾個特點：
1、由于電廠控制水平要求高，所以根據(jù)工藝段的重要級別，大部分子系統(tǒng)選用QuantumPLC雙機(jī)熱備系統(tǒng)；
2、在滿足工藝、控制要求的前提下，提高性能價格比，對點數(shù)不太多的子系統(tǒng)選用了CPU11303雙機(jī)熱備系統(tǒng);
3、為保證電源的可靠性，子系統(tǒng)選用了冗余電源；
4、對I/O模塊的選型，設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化；
在開遠(yuǎn)大唐紅河電廠輔控網(wǎng)中，我們充分利用了QuantumPLC強(qiáng)大的功能，很好解決了控制系統(tǒng)中存在的問題和難點。在通訊上，我們使用工業(yè)以太網(wǎng)，用TCP/IP協(xié)議加光纖遠(yuǎn)距離傳輸，構(gòu)建百/千兆網(wǎng)絡(luò)。NOE通訊模塊至交換機(jī)采用雙絞線，廠區(qū)內(nèi)各系統(tǒng)到輔控網(wǎng)基本上沒超過2公里，所以用多模光纖；江邊取水系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，所以用單模光纖，網(wǎng)絡(luò)速度好，信息傳輸方法機(jī)制合理，所以實時性相當(dāng)強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如（圖一）所示：
圖一
四、PLC介紹
QuantumPLC模塊采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，經(jīng)過嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，所以具有很高的可靠性。QuantumPLC還帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。而且可以在Concept中編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)，使整個系統(tǒng)有*的可靠性。所有模塊都可以帶電拔插，無需停止系統(tǒng)，減少工作量，維護(hù)方便。LED狀態(tài)指示器，直觀地顯示CPU及其I/O模板通道狀態(tài)，為快速檢修故障提供了極大方便。
QuantumPLC的配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)，江邊取水、凝結(jié)水精處理等重要系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備、冗余電源、冗余遠(yuǎn)程I/O、再加上雙以太網(wǎng)，確保系統(tǒng)安全連續(xù)運(yùn)行。尤其是先進(jìn)的雙機(jī)熱備系統(tǒng)，組態(tài)簡單，操作方便。通過兩套配置*相同的模塊，形成主備的形式。在正常狀態(tài)下，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)處理程序運(yùn)行，進(jìn)行I/O通訊，通過熱備模塊更新備用機(jī)CPU的狀態(tài)及數(shù)據(jù)，備用機(jī)則監(jiān)視主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障時，備用機(jī)馬上進(jìn)行切換，變成主機(jī)接替故障機(jī)的處理工作，而且切換時間短，不會超過PLC的一個掃描周期，所以不會影響邏輯運(yùn)行。
五、工程實例
1、工藝描述
云南大唐紅河電廠水源地江邊取水系統(tǒng)處于離主廠房17公里外的南盤江畔，一共分囤船取水、沉沙池、澄清池和二級泵房四個子站。江邊取水系統(tǒng)由囤船三臺取水泵將南盤江水抽到沉沙池進(jìn)行泥沙沉淀，再自流到澄清池，加如凝聚劑助凝劑進(jìn)一步沉淀雜質(zhì)，再由生壓泵打到山頂水池蓄水，自流到電廠作為電廠補(bǔ)給水源。流程如（圖二）所示
圖二
2、控制方式
江邊取水系統(tǒng)操作運(yùn)行分別設(shè)有“遠(yuǎn)程自動”、“遠(yuǎn)程手動”、“就地手動”三種工作模式。“遠(yuǎn)程自動”模式為正常的主要運(yùn)行方式，根據(jù)系統(tǒng)滿足自動順序運(yùn)行的條件，在操作員站上操作完成整個工藝流程。在程序編寫中注意自動順序執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障或運(yùn)行人員中斷信號，都能使正在運(yùn)行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，使程序中斷的故障或運(yùn)行人員的指令都將在畫面實時顯示。“遠(yuǎn)程手動”模式為運(yùn)行人員在畫面上點操一個被控對象。在遠(yuǎn)方手動模式下，系統(tǒng)提供了豐富幫助操作指導(dǎo)和反饋信息，指引操作人員的操作，以防止誤操作。“就地手動”模式是運(yùn)行人員通過就地控制箱操作被控對象，就地操作與遠(yuǎn)方程控操作之間有相互連鎖。
3、系統(tǒng)配置
控制系統(tǒng)采用耐德電氣QuantumPLC系列，整個系統(tǒng)開關(guān)量輸出192點、開關(guān)量輸入252點、模擬量輸出8點、模擬量輸入93點。設(shè)計時在需要的點數(shù)上還留有15%的余量。本系統(tǒng)模塊數(shù)量如下（表一）
系統(tǒng)配置采用140CPU43412控制器，雙機(jī)熱備、冗余電源、冗余I/O通信、雙以太網(wǎng)，各子站通過同軸電纜通信。開關(guān)量控制信號用24V直流電源，開關(guān)量反饋用48V直流電源（防止壓降），模擬量用都24V直流電源，4～20mA信號，分辨率采用4095。系統(tǒng)電源UPS為3KVA，實際整套系統(tǒng)只用到30%的容量。
系統(tǒng)配置圖如（圖三）所示
4、編程軟件
本系統(tǒng)的編程軟件使用施耐德電氣Concept2.6軟件，運(yùn)行在Windows2000系統(tǒng)下。上位監(jiān)控軟件用Wonderware公司Intouch9.5，與Quantum系列PLC的結(jié)合在一起。Concept2.6編程軟件完成對硬件組態(tài)、子站和地址的分配，編寫整個系統(tǒng)程序的控制邏輯。Concept編程軟件采用標(biāo)準(zhǔn)的IEC61131-3編程語言，通俗易懂、直觀簡單，強(qiáng)大的編程環(huán)境基本可以滿足一切工業(yè)邏輯要求。尤其是ConceptDFB塊功能，可以自己編寫一些基本功能塊，比如泵、閥等的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在編程時直接調(diào)用，大大提高工作效率，也使程序看上去簡潔明了。程序中要對閥門監(jiān)視的信號有開到位、關(guān)到位、過扭矩、超時、遠(yuǎn)方/就地切換等，泵有運(yùn)行，故障、遠(yuǎn)方/就地切換等，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確采集和工程量轉(zhuǎn)換。有些調(diào)節(jié)閥需進(jìn)行PID操作，PID操作由程序中的PID功能塊完成，還能完成手動/自動的無擾切換功能。
六、應(yīng)用總結(jié)
施耐德電氣QuantumPLC具有強(qiáng)大處理能力的大型控制系統(tǒng)，可以滿足大部分離散和過程控制的經(jīng)濟(jì)和靈活的硬件控制平臺，*的性價比也是在同等PLC中的。云南大唐紅河電廠輔機(jī)全部采用QuantumPLC，各系統(tǒng)運(yùn)行情況十分理想。其優(yōu)異性能、穩(wěn)定可靠的運(yùn)行電廠輔機(jī)設(shè)備提供了優(yōu)異的技術(shù)保障，也給運(yùn)行、維護(hù)人員提供很大的便利。
七、建議
在滿足工藝、控制要求的前提下，對點數(shù)較少但又是重要崗位的子系統(tǒng)，選用CPU11303系列雙機(jī)熱備控制器，只能采用LL984編程，一是編程麻煩，二是功能較差，三是不利于整個電廠編程的一致性和維護(hù)，能否升級也用IEC編程，這樣小系統(tǒng)也具有很強(qiáng)的競爭力！
八、參考文獻(xiàn)
1、《ModiconTSXQuantum硬件手冊》
2、《Concept2.6用戶手冊》
一、摘要
以云南大唐紅河電廠輔控網(wǎng)系統(tǒng)為例，論述施耐德電氣QuantumPLC在火電廠輔機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。對Quantum系統(tǒng)的硬件、軟件結(jié)構(gòu)、工作原理進(jìn)行了說明，闡述電廠輔控網(wǎng)模式在經(jīng)濟(jì)、管理上的合理性和技術(shù)上的可行性，并且根據(jù)江邊取水系統(tǒng)重點介紹QuantumPLC的具體應(yīng)用。
二、概述
隨著工業(yè)自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的進(jìn)一步深入改革，電廠對輔控網(wǎng)系統(tǒng)自動化程度的不斷提高。在火力發(fā)電廠的輔機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計中，一般是根據(jù)輔控設(shè)備的功能，按“水”、“灰”、“煤”三個系統(tǒng)設(shè)立了獨立的集中監(jiān)控網(wǎng)。但為了保證設(shè)備的運(yùn)行、提高勞動生產(chǎn)率、提高運(yùn)行人員整體素質(zhì)，滿足減員增效的要求，取消一般的“水”、“灰”、“煤”三個獨立的監(jiān)控網(wǎng)，只構(gòu)建一個電廠集中輔控網(wǎng)的新思路，并把輔控網(wǎng)數(shù)據(jù)并入SIS系統(tǒng)中。
三、工程描述
大唐紅河電廠輔控網(wǎng)包括江邊取水、生水石灰預(yù)處理、次氯酸鈉、鍋爐補(bǔ)給水、工業(yè)廢水、凝結(jié)水精處理、爐內(nèi)加藥、含煤廢水、輸煤、燃油泵房、制氫、氣力除灰、電除塵一共十三個子系統(tǒng)，全部使用QuantumPLC系統(tǒng)。輔控網(wǎng)對PLC有較高要求，主要有以下幾個特點：
1、由于電廠控制水平要求高，所以根據(jù)工藝段的重要級別，大部分子系統(tǒng)選用QuantumPLC雙機(jī)熱備系統(tǒng)；
2、在滿足工藝、控制要求的前提下，提高性能價格比，對點數(shù)不太多的子系統(tǒng)選用了CPU11303雙機(jī)熱備系統(tǒng);
3、為保證電源的可靠性，子系統(tǒng)選用了冗余電源；
4、對I/O模塊的選型，設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化；
在開遠(yuǎn)大唐紅河電廠輔控網(wǎng)中，我們充分利用了QuantumPLC強(qiáng)大的功能，很好解決了控制系統(tǒng)中存在的問題和難點。在通訊上，我們使用工業(yè)以太網(wǎng)，用TCP/IP協(xié)議加光纖遠(yuǎn)距離傳輸，構(gòu)建百/千兆網(wǎng)絡(luò)。NOE通訊模塊至交換機(jī)采用雙絞線，廠區(qū)內(nèi)各系統(tǒng)到輔控網(wǎng)基本上沒超過2公里，所以用多模光纖；江邊取水系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)，所以用單模光纖，網(wǎng)絡(luò)速度好，信息傳輸方法機(jī)制合理，所以實時性相當(dāng)強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如（圖一）所示：
圖一
四、PLC介紹
QuantumPLC模塊采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，經(jīng)過嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，所以具有很高的可靠性。QuantumPLC還帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。而且可以在Concept中編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)，使整個系統(tǒng)有*的可靠性。所有模塊都可以帶電拔插，無需停止系統(tǒng)，減少工作量，維護(hù)方便。LED狀態(tài)指示器，直觀地顯示CPU及其I/O模板通道狀態(tài)，為快速檢修故障提供了極大方便。
QuantumPLC的配套齊全、功能完善、適用性強(qiáng)，江邊取水、凝結(jié)水精處理等重要系統(tǒng)采用雙機(jī)熱備、冗余電源、冗余遠(yuǎn)程I/O、再加上雙以太網(wǎng)，確保系統(tǒng)安全連續(xù)運(yùn)行。尤其是先進(jìn)的雙機(jī)熱備系統(tǒng)，組態(tài)簡單，操作方便。通過兩套配置*相同的模塊，形成主備的形式。在正常狀態(tài)下，主機(jī)CPU負(fù)責(zé)處理程序運(yùn)行，進(jìn)行I/O通訊，通過熱備模塊更新備用機(jī)CPU的狀態(tài)及數(shù)據(jù)，備用機(jī)則監(jiān)視主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)發(fā)生故障時，備用機(jī)馬上進(jìn)行切換，變成主機(jī)接替故障機(jī)的處理工作，而且切換時間短，不會超過PLC的一個掃描周期，所以不會影響邏輯運(yùn)行。
五、工程實例
1、工藝描述
云南大唐紅河電廠水源地江邊取水系統(tǒng)處于離主廠房17公里外的南盤江畔，一共分囤船取水、沉沙池、澄清池和二級泵房四個子站。江邊取水系統(tǒng)由囤船三臺取水泵將南盤江水抽到沉沙池進(jìn)行泥沙沉淀，再自流到澄清池，加如凝聚劑助凝劑進(jìn)一步沉淀雜質(zhì)，再由生壓泵打到山頂水池蓄水，自流到電廠作為電廠補(bǔ)給水源。流程如（圖二）所示
圖二
2、控制方式
江邊取水系統(tǒng)操作運(yùn)行分別設(shè)有“遠(yuǎn)程自動”、“遠(yuǎn)程手動”、“就地手動”三種工作模式。“遠(yuǎn)程自動”模式為正常的主要運(yùn)行方式，根據(jù)系統(tǒng)滿足自動順序運(yùn)行的條件，在操作員站上操作完成整個工藝流程。在程序編寫中注意自動順序執(zhí)行期間，出現(xiàn)任何故障或運(yùn)行人員中斷信號，都能使正在運(yùn)行的程序中斷并回到安全狀態(tài)，使程序中斷的故障或運(yùn)行人員的指令都將在畫面實時顯示。“遠(yuǎn)程手動”模式為運(yùn)行人員在畫面上點操一個被控對象。在遠(yuǎn)方手動模式下，系統(tǒng)提供了豐富幫助操作指導(dǎo)和反饋信息，指引操作人員的操作，以防止誤操作。“就地手動”模式是運(yùn)行人員通過就地控制箱操作被控對象，就地操作與遠(yuǎn)方程控操作之間有相互連鎖。
3、系統(tǒng)配置
控制系統(tǒng)采用耐德電氣QuantumPLC系列，整個系統(tǒng)開關(guān)量輸出192點、開關(guān)量輸入252點、模擬量輸出8點、模擬量輸入93點。設(shè)計時在需要的點數(shù)上還留有15%的余量。本系統(tǒng)模塊數(shù)量如下（表一）
系統(tǒng)配置采用140CPU43412控制器，雙機(jī)熱備、冗余電源、冗余I/O通信、雙以太網(wǎng)，各子站通過同軸電纜通信。開關(guān)量控制信號用24V直流電源，開關(guān)量反饋用48V直流電源（防止壓降），模擬量用都24V直流電源，4～20mA信號，分辨率采用4095。系統(tǒng)電源UPS為3KVA，實際整套系統(tǒng)只用到30%的容量。
系統(tǒng)配置圖如（圖三）所示
4、編程軟件
本系統(tǒng)的編程軟件使用施耐德電氣Concept2.6軟件，運(yùn)行在Windows2000系統(tǒng)下。上位監(jiān)控軟件用Wonderware公司Intouch9.5，與Quantum系列PLC的結(jié)合在一起。Concept2.6編程軟件完成對硬件組態(tài)、子站和地址的分配，編寫整個系統(tǒng)程序的控制邏輯。Concept編程軟件采用標(biāo)準(zhǔn)的IEC61131-3編程語言，通俗易懂、直觀簡單，強(qiáng)大的編程環(huán)境基本可以滿足一切工業(yè)邏輯要求。尤其是ConceptDFB塊功能，可以自己編寫一些基本功能塊，比如泵、閥等的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，在編程時直接調(diào)用，大大提高工作效率，也使程序看上去簡潔明了。程序中要對閥門監(jiān)視的信號有開到位、關(guān)到位、過扭矩、超時、遠(yuǎn)方/就地切換等，泵有運(yùn)行，故障、遠(yuǎn)方/就地切換等，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確采集和工程量轉(zhuǎn)換。有些調(diào)節(jié)閥需進(jìn)行PID操作，PID操作由程序中的PID功能塊完成，還能完成手動/自動的無擾切換功能。
六、應(yīng)用總結(jié)
施耐德電氣QuantumPLC具有強(qiáng)大處理能力的大型控制系統(tǒng)，可以滿足大部分離散和過程控制的經(jīng)濟(jì)和靈活的硬件控制平臺，*的性價比也是在同等PLC中的。云南大唐紅河電廠輔機(jī)全部采用QuantumPLC，各系統(tǒng)運(yùn)行情況十分理想。其優(yōu)異性能、穩(wěn)定可靠的運(yùn)行電廠輔機(jī)設(shè)備提供了優(yōu)異的技術(shù)保障，也給運(yùn)行、維護(hù)人員提供很大的便利。
七、建議
在滿足工藝、控制要求的前提下，對點數(shù)較少但又是重要崗位的子系統(tǒng)，選用CPU11303系列雙機(jī)熱備控制器，只能采用LL984編程，一是編程麻煩，二是功能較差，三是不利于整個電廠編程的一致性和維護(hù)，能否升級也用IEC編程，這樣小系統(tǒng)也具有很強(qiáng)的競爭力！
八、參考文獻(xiàn)
1、《ModiconTSXQuantum硬件手冊》
2、《Concept2.6用戶手冊》
