PLC与变频器在热电厂循环水系统中的应用

MechMechanicalk Electrical Engineeringine Vol.22 No.2 2005机电工程2005年 第22卷第2期PLC与变频器在热电厂循环水系统中的应用伍冬初,应群民(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027)摘要:介绍了一种基于 PLC与变频调速的控制系统在水系统自动化改造中的应用。包括系统组成、主要功能、下位PLC软硬件设计、变频器控制设计、上位监控设计以及变频器、PLC、上位机三者之间的网络通信功能设计。关键词:PLC;变频器;控制系统;网络通信;组态软件中图分类号:TP391.8;TM628文献标识码:A文章编号: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引言热电厂外循环水冷却系统是为热电厂发电机组的内部循环纯净水提供冷却,对保证发电机组正常、可靠的运行,具有非常重要的作用。某热电厂水泵房现有8台循环水泵向厂内提供t外冷却水。根据生产的需要以及水泵出水口压力的大小,决定循环水泵运行及台数。所有水泵启动前必须先对水泵的进水管抽真空,有2台真空泵用来完成此项工作。循环水及其真空子系统组成,如图1所示。进行自动化改造前,水泵的投运包括真空泵的开停及相应真空阀的开闭操作,均由人工在现场进图1循环水及真空子 系统组成图行;一旦发生紧急情况如运行中的水泵突然故障跳闸,人工响应往往不够迅速,未能及时投入连锁备用针对这些情况，应用一种PLC控制、变频调速水泵,从而影响工厂的生产;而且改造前水泵电机一与现中国煤化工改造方案，实现了直运行在工频下,能耗大,工频启动对泵本身造成很水泵YHCNMHG的变化变速运行,大的冲击,将加速泵系统各个部件的老化。自动调节水流量和压力,既满足了生产需要,又达到收稿日期:2004- 05-27修订日期:2004-06-11作者简介:伍冬初(1977- ).男,湖南永州人,浙江大学电气工程学院硕士研究生,研究方向:工业控制方向。机电工程2005年 第22卷第2期Mchanical & Fletrial Engnering Maguine Vol.22 No.2 2005节能降耗延长设备使用寿命和提高整个系统控制(LCU),其中#1就地控制单元(LCUI)控制#1~ #6 .水平的目的。系统具有易扩展性和较高的可靠性。循环水泵变频器及相应的出口电动阀.真空子系统;2系统配置原则和系统基 本功能#2就地控制单元(LCU2)控制#7- #8循环水泵变频器及相应的出口阀液压系统,PLC与变频器通改造后,系统通过智能仪表(传感器)组对水泵过现场总线DeviceNet网络来通信。就地控制单元机组的压力、温度、流量、电流、电压、水位等模拟量(LCU)之间以及上位机与就地控制单元采用DH+工以及各电动阀门、液压阀门位置等数字量进行自动业控制网络连接。系统配置如图2所示。检测,并将检测结果传输给下位PLC(即LCU单元)处理,经数据计算以及水站生产系统运行优化处理Rsvlew生控软件现场上位机中控宝中控宣上台机后,送至各执行机构实行相应操作;同时通过LcURslinx遵信软件打印机Rsllnxo单元与现场监控机的通信,完成系统操作、显示各泵变频器及整个冷却水泵站系统的运行状态、异常处现场PLCH1日现场PLCH2理(包括保护、报警等)以及可以打印输出各相关操采焦信号SLC 5AI4开关信作记录、历史记录及效率分析表等。DeviceNet网为了实现热电厂的数据集中管理,通过另-台出1一出园CLC[C变换战在中控室的远程监控机,采用OPC接口技术，使底层现场数据录人电厂MIS 管理系统。系统具体要求循环水菜如下:图2系统配置结构图(1)监测。准确反映系统中主要设备与辅助设备的工作情况，包括各变频器运行/停止信号、变频3.1 PLC 及变频调速系统设计器频率值泵电机电流值、前池水位.循环水泵出口从工艺要求、VO点数、扫描速度、自诊断功能压力真空系统压力、液压系统压力及各阀门位置。等方面考虑,LCU选用性能及可靠性都很高的Rock.(2)指令控制。执行运行人员发出的变频器运well自动化的SLC5/04型PLcC。该处理器拥有足.行/停止给定运行频率、排水泵开停.真空系统启停够多的本地VO处理能力;本系统I/O设计需要开以及液压系统控制指令。关量输入点46点,开关量输出点84点,模拟量输入(3)自动控制。自动完成水泵变频启动的所有点30点,共计160点。模拟量输人模块采用4块模相关过程;压力传感器将泵出口压力信号送至PLC,拟量输人模块1746N18,开关量输人模块采用4块开作为泵出口压力单闭环控制的反馈值(给定值根据关量输人模块 1746M16,开关量输出模块采用6块实际工况设定),通过PIC对泵出口压力信号变换开关量输出模块1746 OW16;这些模块提供输入滤和处理,为变频器提供频率给定,实现频率的自动调波光电隔离以及内置式浪涌保护,抗干扰强,可靠整,达到水压恒定;如果变频率- - 直调高到工频还达性高。处理器内置DH*通信口,在57. 6Kbiv/s下，不到要求的压力,则投入连锁备用循环水泵;自动关DH* 网2)的最大通信距离为300m,其信息吞吐能闭因故障跳闸水泵的变频器,同时关闭相关的出口力完全能满足位于控制中心的上位机对就地控制单电动阀或液压阀，备用循环水泵自动投人运行。元进行通信的需要。(4)报警。前池低水位报警出水母管低压力由于系统循环水泵主电压是6000V中压,从可报警、运行中的变频器因故障退出运行报警,出现后靠性、 控制性能等方面考虑,变频调速装置选用AB两种报警,系统自动投入连锁备用循环水泵。公司的1557系列中压变频器, 1557中压变频器采用(5)数据记录。定时记录运行数据、即时记录CSI- PWM技术和直接矢量控制,为交流电机提供故障数据以及运行人员操作数据。近似中国煤化工钓通信是通过De-3控制系统硬件设计CHCN MH循环水泵的变频调速控制,DeviceNet传输速率为125 - 500Kbit/s, 传输根据控制需要,系统配置为分层分布式二级监距离最大为500m, 最大节点数63个,变频器通过控系统结构。2台以PIC为核心的就地控制单元DericeNet通信模块1203 - GK5连接到DeviceNet上,，8.Mechanical & letrical Engineering Magazine Vo1.22 No.2 2005机电工程2005年 第22卷第2期SLC通过扫描模块1747 - SDN去获取DeviceNet 网的运行速度以及连锁备用循环水泵投人。.上设备信息及控制网上设备,如泵电机启停、调速、泵出口压力信号输入投入切换故障诊断、保护等。本调速装置具有自动和手动、就地和远程调速控制功能,故障时可以切换数据采样到现场手动控制。3.2 上位机监控系统组成数字滤波上位机采用2台研祥工控微机,微机包括连接DH+工业控制网的PCI接口PKTX卡,完成就地控泵出口压力PID控制制单元(LCU)与上位机的通信。1台位于泵房值班室,供泵房运行值班人员监控使用,同时配有打印机控制量输出给变频器随时打印输出相关的操作记录、历史记录数据;另一<改变参数设定值台位于工厂热电机组控制中心,除了在泵房无人值班时作为监控计算机外,还作为循环水泵控制系统与工厂MIS网的通信机。这种通信是通过0PC接改变参数调节设定值口技术来完成,采用0PC接口技术从下层网络节点获取数据,这使自动化系统、现场设备与工厂办公管图3 变频调速程序理应用程序之间数据交换得以简洁化、标准化。故障检测程序控制系统软件设计前池水位低?4.1 PLC 变频调速程序设计Y可编程序控制器控制程序用梯型图逻辑完成,产生报警信息|程序包括初始化程序、故障检测报警程序、真空系统工作程序、循环水泵启动程序、泵变频调速及设备切N变频器停泵》>换投入程序,以及就地控制单元间通信程序。通过PLC的PID功能块完成泵出口压力的单闭环控制，指令停泵关闭出水阀，变频同时建立变量表,用于PID的参数整定和修改,变频器故障报警调速控制流程图如图3所示。在软件设计中利用<出口压力低》>PLC定时中断功能完成数据采样、数字滤波、PID运下<连锁备用设定>算及控制输出。N< 传感器故障》>系统故障检测、报警及处理程序框图,如图4投入连锁备用泵|所示。4.2.上位机监控软件设计 及网络组态产生报警信息上位机采用Windows NT( tm)操作系统,用罗克(返回韦尔自动化的RSView32(tm)软件开发监控程序和图4 LCU 故障检测程序人机操作界面。操作人员可在控制室向下位机发出各种控制命令，同时程序完成从LCU实时采集、处这些开关及联锁按钮的开关状态值送人就地控理模拟量、开关量、报警数据和操作数据;定时记录制单元piC外理后.PIC向执行机构发出相应操作历史数据;实时记录事故、故障信息及开关变化信指令中国煤化工启停命令,启停相息;对运行人员所作的操作进行记录。数据以标准应的|YHCNMHG系统运行图(如图的dBaseIV格式形成磁盘文件。运行人员可在图51所示);实时运行参数;机组顺序控制(变频器启所示的控制面板.上对循环水泵以及辅助设备进行运停、真空泵投切、阀门开关状态等)过程模拟图等。行方式的设定，根据出水口的压力大小，自动控制泵报警显示:越限内容及越限值显示,辅以声、光报警。机电工程2005年第22卷 第2期Mechanical & Eletrical Engineering Magaine Vol.22 No.2 20059●另外,根据运行需要,在上位机还设置了一套针对真空子系统和液压子系统的“软手操”功能,即在图1所示的图形界面上,直接以鼠标对相应的真空泵、真空电磁阀、液压电磁阀、液压泵进行操作。这西西四堂一功能的设计,使得在设备维修完成后的调试工作0口四国国中变得非常方便。15结论采用PLC系统对循环水控制设备进行自动化图5操作面板改造后,提高了系统对突发事件的响应能力,增加了在上位机上使用RSLogix500对SLC进行编程,系统的可靠性和安全性;特别是采用变频调速控制RSNetwork for DeviceNet对扫描器和变频器进行组态循环水泵,各变频器通过DeviceNet现场总线与PLC及网路管理,就可将DeviceNet.上独立的SLC、变频通信完成现场水泵控制数据的上传与下载,不仅使器构成一个网络化的控制系统,实现对变频器的运安装时一次布线电缆大大减少,而且使系统可靠性行状态、运行参数进行监测、控制和优化。在上位机大大提高,维护工作量大大减少,并且大幅度降低了运行RSNetwork for DeviceNe 之前，必须要用RSLinx耗电量,延长了泵设备的使用寿命,减少冷却用水通信软件完成从DH+网到DeviceNet 网相互通信的量,取得了良好的效益。通过上位机人机界面程序连接组态工作。配置好网络后,可以通过DH+网直对设备进行设置和操作,有效地减轻了运行人员的接访问DeviceNet网络上的设备,如图6所示。劳动强度。另外,从中心控制室微机通过系统的DH+网络可直接对现场PLC进行远程控制,减少了Alen Bradley 1747 SDNPT Diver Configu stion调度环节,为循环水控制系统的无人值班提供了条Seihet spass toughpottotee coigtett Pat3件。从循环水系统自动化改造完成投人运行的情况Thme seted PA Hrpoptpatpyeopop be crbgredd Uete Bow beobgty!来看,系统设计合理,运行稳定可靠。口Atore参考文献:甲香ABE1TH-Ehemet1] 浙江大学罗克韦尔自动化技术中心组.可编程序控制器系统[ M].杭州:浙江大学出版社,000.0[2]邱公伟.可编程控制器网络通讯及应用[M].北京:清Plase cortig/e the Conmuicshon imeou and selecthe 174-5DN SsotLocalion华大学出版社,2001.174-5DNSo Sa2D[3]阳宪惠.工业 数据通信与控制网络[M].北京:清华大Diver Rerthaon 20CKCorcel_Help学出版社,2003.[4]微型计算机杂志社. PLC应用200例(工控.仪表.自动图6网路驱动配置图化)[J].微型计算机,2003合订本.2005年我国环保机械总产值将达到500亿元目前,世界环保产业年产值高达6000亿美元,被誉为发展潜力巨大的“朝阳产业”。专家预测,2005年我国环保机械制造业总产值将达到500~600亿元，年增长为12%~ 16%。据介绍,近3年市场看好的环保机械产品主要有:电除尘器、袋式除尘器、火电厂烟气脱硫设备、新型工业锅炉、城市污水处理及垃圾处理设备等，这些产品若进口需300亿元,采用国产设备仅需178亿元，国中国煤化工专家认为,经过10多年的发展,我国环保机械行业的产MHCNMH善,国产环保设备已趋于成熟。其中,电除尘和布袋除尘技术居世界先进水平之列;污水处理工艺设备和配套设备已能生产,有些技术设备已打入国际市场。噪声与振动控制技术中,有些超过国外先进水平,如微孔消声技术已领先国际