MechMechanicalk Electrical Engineeringine Vol.22 No.2 2005機電工程2005年 第22卷第2期PLC與變頻器在熱電廠循環(huán)水系統(tǒng)中的應用伍冬初,應群民(浙江大學電氣工程學院,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(tǒng)在水系統(tǒng)自動化改造中的應用。包括系統(tǒng)組成、主要功能、下位PLC軟硬件設計、變頻器控制設計、上位監(jiān)控設計以及變頻器、PLC、上位機三者之間的網絡通信功能設計。關鍵詞:PLC;變頻器;控制系統(tǒng);網絡通信;組態(tài)軟件中圖分類號: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引言熱電廠外循環(huán)水冷卻系統(tǒng)是為熱電廠發(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。某熱電廠水泵房現(xiàn)有8臺循環(huán)水泵向廠內提供t外冷卻水。根據生產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(shù)。所有水泵啟動前必須先對水泵的進水管抽真空,有2臺真空泵用來完成此項工作。循環(huán)水及其真空子系統(tǒng)組成,如圖1所示。進行自動化改造前,水泵的投運包括真空泵的開停及相應真空閥的開閉操作,均由人工在現(xiàn)場進圖1循環(huán)水及真空子 系統(tǒng)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,從而影響工廠的生產;而且改造前水泵電機一與現(xiàn)中國煤化工改造方案，實現(xiàn)了直運行在工頻下,能耗大,工頻啟動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(tǒng)各個部件的老化。自動調節(jié)水流量和壓力,既滿足了生產需要,又達到收稿日期:2004- 05-27修訂日期:2004-06-11作者簡介:伍冬初(1977- ).男,湖南永州人,浙江大學電氣工程學院碩士研究生,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(jié)能降耗延長設備使用壽命和提高整個系統(tǒng)控制(LCU),其中#1就地控制單元(LCUI)控制#1~ #6 .水平的目的。系統(tǒng)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閥.真空子系統(tǒng);2系統(tǒng)配置原則和系統(tǒng)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(tǒng),PLC與變頻器通改造后,系統(tǒng)通過智能儀表(傳感器)組對水泵過現(xiàn)場總線DeviceNet網絡來通信。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+工以及各電動閥門、液壓閥門位置等數(shù)字量進行自動業(yè)控制網絡連接。系統(tǒng)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,經數(shù)據計算以及水站生產系統(tǒng)運行優(yōu)化處理Rsvlew生控軟件現(xiàn)場上位機中控寶中控宣上臺機后,送至各執(zhí)行機構實行相應操作;同時通過LcURslinx遵信軟件打印機Rsllnxo單元與現(xiàn)場監(jiān)控機的通信,完成系統(tǒng)操作、顯示各泵變頻器及整個冷卻水泵站系統(tǒng)的運行狀態(tài)、異常處現(xiàn)場PLCH1日現(xiàn)場PLCH2理(包括保護、報警等)以及可以打印輸出各相關操采焦信號SLC 5AI4開關信作記錄、歷史記錄及效率分析表等。DeviceNet網為了實現(xiàn)熱電廠的數(shù)據集中管理,通過另-臺出1一出園CLC[C變換戰(zhàn)在中控室的遠程監(jiān)控機,采用OPC接口技術，使底層現(xiàn)場數(shù)據錄人電廠MIS 管理系統(tǒng)。系統(tǒng)具體要求循環(huán)水菜如下:圖2系統(tǒng)配置結構圖(1)監(jiān)測。準確反映系統(tǒng)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(tǒng)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點數(shù)、掃描速度、自診斷功能壓力真空系統(tǒng)壓力、液壓系統(tǒng)壓力及各閥門位置。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(zhí)行運行人員發(fā)出的變頻器運well自動化的SLC5/04型PLcC。該處理器擁有足.行/停止給定運行頻率、排水泵開停.真空系統(tǒng)啟停夠多的本地VO處理能力;本系統(tǒng)I/O設計需要開以及液壓系統(tǒng)控制指令。關量輸入點46點,開關量輸出點84點,模擬量輸入(3)自動控制。自動完成水泵變頻啟動的所有點30點,共計160點。模擬量輸人模塊采用4塊模相關過程;壓力傳感器將泵出口壓力信號送至PLC,擬量輸人模塊1746N18,開關量輸人模塊采用4塊開作為泵出口壓力單閉環(huán)控制的反饋值(給定值根據關量輸人模塊 1746M16,開關量輸出模塊采用6塊實際工況設定),通過PIC對泵出口壓力信號變換開關量輸出模塊1746 OW16;這些模塊提供輸入濾和處理,為變頻器提供頻率給定,實現(xiàn)頻率的自動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;自動關DH* 網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,同時關閉相關的出口力完全能滿足位于控制中心的上位機對就地控制單電動閥或液壓閥，備用循環(huán)水泵自動投人運行。元進行通信的需要。(4)報警。前池低水位報警出水母管低壓力由于系統(tǒng)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(xiàn)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(tǒng)自動投入連鎖備用循環(huán)水泵。公司的1557系列中壓變頻器, 1557中壓變頻器采用(5)數(shù)據記錄。定時記錄運行數(shù)據、即時記錄CSI- PWM技術和直接矢量控制,為交流電機提供故障數(shù)據以及運行人員操作數(shù)據。近似中國煤化工釣通信是通過De-3控制系統(tǒng)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(tǒng)配置為分層分布式二級監(jiān)距離最大為500m, 最大節(jié)點數(shù)63個,變頻器通過控系統(tǒng)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通過掃描模塊1747 - SDN去獲取DeviceNet 網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和手動、就地和遠程調速控制功能,故障時可以切換數(shù)據采樣到現(xiàn)場手動控制。3.2 上位機監(jiān)控系統(tǒng)組成數(shù)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(jiān)控使用,同時配有打印機控制量輸出給變頻器隨時打印輸出相關的操作記錄、歷史記錄數(shù)據;另一<改變參數(shù)設定值臺位于工廠熱電機組控制中心,除了在泵房無人值班時作為監(jiān)控計算機外,還作為循環(huán)水泵控制系統(tǒng)與工廠MIS網的通信機。這種通信是通過0PC接改變參數(shù)調節(jié)設定值口技術來完成,采用0PC接口技術從下層網絡節(jié)點獲取數(shù)據,這使自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場設備與工廠辦公管圖3 變頻調速程序理應用程序之間數(shù)據交換得以簡潔化、標準化。故障檢測程序控制系統(tǒng)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(tǒng)工作程序、循環(huán)水泵啟動程序、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，指令停泵關閉出水閥，變頻同時建立變量表,用于PID的參數(shù)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定時中斷功能完成數(shù)據采樣、數(shù)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(tǒng)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(jiān)控軟件設計 及網絡組態(tài)產生報警信息上位機采用Windows NT( tm)操作系統(tǒng),用羅克(返回韋爾自動化的RSView32(tm)軟件開發(fā)監(jiān)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，同時程序完成從LCU實時采集、處這些開關及聯(lián)鎖按鈕的開關狀態(tài)值送人就地控理模擬量、開關量、報警數(shù)據和操作數(shù)據;定時記錄制單元piC外理后.PIC向執(zhí)行機構發(fā)出相應操作歷史數(shù)據;實時記錄事故、故障信息及開關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行記錄。數(shù)據以標準應的|YHCNMHG系統(tǒng)運行圖(如圖的dBaseIV格式形成磁盤文件。運行人員可在圖51所示);實時運行參數(shù);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行運停、真空泵投切、閥門開關狀態(tài)等)過程模擬圖等。行方式的設定，根據出水口的壓力大小，自動控制泵報警顯示: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(tǒng)和液壓子系統(tǒng)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(tǒng)對循環(huán)水控制設備進行自動化圖5操作面板改造后,提高了系統(tǒng)對突發(fā)事件的響應能力,增加了在上位機上使用RSLogix500對SLC進行編程,系統(tǒng)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行組態(tài)循環(huán)水泵,各變頻器通過DeviceNet現(xiàn)場總線與PLC及網路管理,就可將DeviceNet.上獨立的SLC、變頻通信完成現(xiàn)場水泵控制數(shù)據的上傳與下載,不僅使器構成一個網絡化的控制系統(tǒng),實現(xiàn)對變頻器的運安裝時一次布線電纜大大減少,而且使系統(tǒng)可靠性行狀態(tài)、運行參數(shù)進行監(jiān)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,延長了泵設備的使用壽命,減少冷卻用水通信軟件完成從DH+網到DeviceNet 網相互通信的量,取得了良好的效益。通過上位機人機界面程序連接組態(tài)工作。配置好網絡后,可以通過DH+網直對設備進行設置和操作,有效地減輕了運行人員的接訪問DeviceNet網絡上的設備,如圖6所示。勞動強度。另外,從中心控制室微機通過系統(tǒng)的DH+網絡可直接對現(xiàn)場PLC進行遠程控制,減少了Alen Bradley 1747 SDNPT Diver Configu stion調度環(huán)節(jié),為循環(huán)水控制系統(tǒng)的無人值班提供了條Seihet spass toughpottotee coigtett Pat3件。從循環(huán)水系統(tǒng)自動化改造完成投人運行的情況Thme seted PA Hrpoptpatpyeopop be crbgredd Uete Bow beobgty!來看,系統(tǒng)設計合理,運行穩(wěn)定可靠?？贏tore參考文獻:甲香ABE1TH-Ehemet1] 浙江大學羅克韋爾自動化技術中心組.可編程序控制器系統(tǒng)[ M].杭州:浙江大學出版社,000.0[2]邱公偉.可編程控制器網絡通訊及應用[M].北京:清Plase cortig/e the Conmuicshon imeou and selecthe 174-5DN SsotLocalion華大學出版社,2001.174-5DNSo Sa2D[3]陽憲惠.工業(yè) 數(shù)據通信與控制網絡[M].北京:清華大Diver Rerthaon 20CKCorcel_Help學出版社,2003.[4]微型計算機雜志社. PLC應用200例(工控.儀表.自動圖6網路驅動配置圖化)[J].微型計算機,2003合訂本.2005年我國環(huán)保機械總產值將達到500億元目前,世界環(huán)保產業(yè)年產值高達6000億美元,被譽為發(fā)展?jié)摿薮蟮摹俺柈a業(yè)”。專家預測,2005年我國環(huán)保機械制造業(yè)總產值將達到500~600億元，年增長為12%~ 16%。據介紹,近3年市場看好的環(huán)保機械產品主要有:電除塵器、袋式除塵器、火電廠煙氣脫硫設備、新型工業(yè)鍋爐、城市污水處理及垃圾處理設備等，這些產品若進口需300億元,采用國產設備僅需178億元，國中國煤化工專家認為,經過10多年的發(fā)展,我國環(huán)保機械行業(yè)的產MHCNMH善,國產環(huán)保設備已趨于成熟。其中,電除塵和布袋除塵技術居世界先進水平之列;污水處理工藝設備和配套設備已能生產,有些技術設備已打入國際市場。噪聲與振動控制技術中,有些超過國外先進水平,如微孔消聲技術已領先國際