电厂除灰控制系统中PLC的应用
摘要：介绍了基于PLC的电厂除灰集中控制的组成和功能，并从工艺要求、硬件设计、软件编制等几个方面阐述了PLC的优点及应注意的问题。
由于可编程逻辑控制器（PLC）具有体积小、抗干扰能力强、可靠性高、应用范围广和价格低廉等特点，使其在中小型工业设备自动控制方面得以广泛应用。火力发电厂辅助系统，如除灰系统、补给水处理系统、凝结水精处理系统、废水处理系统、输煤系统等，也普遍应用了PLC控制技术。
本文主要介绍为华能井冈山电厂水力除灰系统开发的基于PC和PLC的控制系统。该系统具有编程简单、运行可靠、使用方便、可移植性好等优点。
一、控制系统简介
除灰系统工艺流程如图1所示。系统控制要求应具有系统切换、自动程序控制和成组或单组操作功能，此外，还应具备跳步、中断和闭锁等功能。
（1）控制 各电场灰斗下的电动锁气器、电动三通、电动搅拌器及入口电动门的动作由PLC程序控制；三级灰浆泵转速由PLC实现自动控制，当灰浆池液位低时，闭锁灰浆泵的转速；三级灰浆泵及进出口阀门的运行由PLC按设置条件自动投切；高、低压水泵及其有关阀门的运行由PLC程序控制。
（2）联锁保护 除灰系统的运行泵事故跳闸时，备用泵自动启动，并关闭其出口电动门；当三级泵有一级出现问题时，关闭其它两级泵并事故报警。
二、硬件配置
采用2台工业控制计算机（工控机）进行监控，实现监控系统的双机热备用，每台工控机均可对2台炉的除灰系统进行控制。2台炉分别独立设置PLC，每台炉PLC的CPU模块和通讯模块分别为双机热备用，以保证除灰系统的可靠运行。详细组态见图2。
2.1 网络系统
PLC的CPU与操作员工作站之间采用RSlinx进行通讯，RSlinx是基于美国A-B公司CONTROL-NET通讯协议的通讯软件。操作员工作站与主控室工作站之间通过电厂MIS（管理信息系统）的网通讯，MIS网的通讯协议是TCP/IP协议，符合OSI 7层模型结构，与常用的互联网协议一致。因此，操作员工作站就与互联网有机地联在一起，只要有的管理员权限，就能在互联网的任意位置查看监控画面的信息。
2.2 监控计算机
工控机的CPU与内存的配置应相对偏高，因为操作员工作站不仅要与PLC的CPU进行实时通讯，同时还要与工控室工作站交换数据，如果配置低会经常死机，导致严重后果，因此采用2台研华工控机。
每台工控机的PLC插槽中安装了A-B公司的CONTROLNET网络接口卡KTC（X），用于和PLC的CPU组成CONTROLNET网络，该网络的通讯介质为铜轴电缆。
在编程阶段，有1台工控机上安装A-B公司的编程软件RSLogix5，用以编写梯形图，对PLC进行参数设置，扫描程序I/O，以及上载下传已编好的梯形图程序等。在运行阶段，作为操作员工作站的2台监控计算机上都安装有A-B公司的监控软件RS-View32，它可以显示除灰系统的运行信息，监视、控制除灰系统的运行情况；提供参数越限、设备故障的报警显示和声音提示；显示实时曲线、历史趋势，并有报表打印等功能。任意1台监控计算机都能完成2台炉的监控功能，当其中1台监控计算机出现故障时，另1台机可以不受影响地对2台炉进行操作。
2.3 PLC系统
PLC采用A-B公司的PLC-5系列，从可靠性、特殊控制功能、抗干扰能力、扫描速度、上位机接口以及远程通讯功能、与计算机联网和多种软件功能等方面来看，该控制器均有一定优势。系统主要模块的选型如下。
（1）CPU模块为1785-L80C。CPU模块上有一个钥匙开关，开关有3个模式：RUN（运行）模式、PROG（编程）模式和REM（远程）模式。在运行模式时，不能创建或删除数据文件，输出有效，能强置I/O；在编程模式时，可以创建、修改、删除梯形图文件，但是禁止输出；当钥匙打在远程模式时，可以通过软件进行远程编程、远程测试、远程运行状态的改变。
（2） 电源模块为1771-P6S、1771-P7。前者是220V（AC）、8A电源，安装在本地的PLC柜中；后者是220V（AC）、16A电源，安装在远程I/O柜中。
（3）适配器模块为1785-BCM和1771-ASB。前者是CPU的热备通讯模块；后者是远程I/O适配器模块。
（4）基板模块为1771-A1B（4槽机架）和1771-A4B（16槽机架）。
（5）开关量输入模块为1771-IMD（220V（AC），16点输入）。
（6）开关量输出模块为1771-OW16B（16点继电器输出模块）。
（7）模拟量输入模块为1771-IFE（12位、8路差分/16路单端），插入机架以前需要跳线。
（8）模拟量输出模块为1771-OFE2（12位、4路、电流型），插入机架以前需要跳线。
2.4 电气柜及就地仪表
共有6台电气柜，其中1台电源柜，1台PLC柜，1台三级泵本地控制柜，1台水泵房远程控制柜，2台灰斗远程控制柜（1号、2号机各1台）。为了保证系统的稳定运行，电源柜内配备了2台不间断电源（UPS，山特公司），1台给监控系统供电，1台给就地仪表供是；PLC柜中布置了PLC的CPU模块；三级泵本地控制柜和PLC柜并排放在控制室中，水泵房远程控制柜和灰斗远程控制柜安放在水泵房和灰斗下。
就地仪表包括超声波物位测量仪、温度控制器、压力控制器、弹簧管隔膜压力表和射频导纳料位计。
三、软件设计
软件设计的原则是：全开放，运行时尽量减少人工干预和操作，系统参数和工艺参数在线可调、掉电自保护和上电自恢复等，以便做到运行时不死机，信号采集显示无干扰。
该系统的软件主要包括3部分：通讯软件、上位机监控软件和下位机软件。上、下位机软件分别采用A-B公司的RSView32监控软件和RSLogix5编程软件编写。
3.1 通讯软件
首先要在操作员工作站工控机上安装A-B公司的通讯软件RSLink（基于CONTROLNET协议），这样才能检测到PLC的CPU和其它操作员工作站，然后对工作站进行编号。
3.2 上位机监控软件
3.2.1 RSView32监控软件的主要特性
（1）标签数据库可再利用 使用RSView32可方便地打殡葬标签数据库浏览，并从Allen-Bradley PLC或SIC数据库中选择所需的梯形逻辑标签，而不必导入整个数据库。
（2）图形和动画 RSView32支持许多标准的图形格式，因此可以利用原有的Windows图元文件、AutoCAD图形文件，将它们转到RSView32的显示画面中，而不必重新创建它们。
（3）强大的图形库 RSView32带有成百种图形文件，可以限时到网上更新的图库。
（4）便于扩展和更新 可以方便地对RSView32软件进行点数升级，zui多可到100000个标签。
（5）附加资源工具箱 RSView32还装载有能提供工具的资源工具箱。其中包括工程文档编辑器、工程传送向导、调色板定制工具等。
3.2.2 本控制系统实现的主要功能
（1）实时运行参数监测 各监控系统采集实际运行的工况参数，可以采用图形、报表的形式显示系统的实时工况。
（2）设备故障及模拟量超限报警 当设备故障或模拟量超限时，生产监测及管理网络同步显示故障设备名称，并可实现语音报警和实时打印故障功能。服务器将该故障信息存入故障信息数据库，供以后统计分析。
（3）历史数据查询 以上生产实时监测数据均可存贮于生产实时数据历史数据库中，可实现历史回显、历史趋势分析，并可用直方图、饼图等进行综合分析。
（4）记录功能 可以将操作、报警、数据记录到数据库中，以便以后查询，例如可以查到前一日所有操作员的每一步操作，以操作后各仪表的所有记录值。
（5）分权限使用 根据人员的职能设定不同的使用权限，各司其职。工程师能利用修改权限及时调整程序和参数；操作人员有操作权限，可以操作控制系统；没有权限的人员只能监视不能控制。
3.3 下位机编程软件
利用RSLogix5软件进行应用软件开发的流程如下：
（1）设置PLC的CPU类型 在安装好RSLink通讯软件后，就能检测到PLC的CPU，正确选择其型号后CPU模块上的通讯绿灯就会正常显示。
（2）扫描远程站点 CPU模块与远程站的适配器模块是通过双绞线连接的，启动自动扫描功能就可找到远程站点的适配器模块。
（3）配置远程站上的模块 逐一配置机架上的每一模块，开关量模块不需要特殊配置，但模拟量模块需要一一配置，例如要选择（4～20）mA类型。
（4）编写梯形图 梯形图是整个控制系统运行的核心软件，程序量大，逻辑复杂，需要根据工艺要求编写，以达到联锁、闭锁、软手操、成组、半自动、全自动等要求。
（5）下载程序 程序经过查错后，将其从工控机下载到PLC的CPU内存中。
四、结 论
结能井冈山电厂除灰控制系统于2000年初投运，四年多来，系统运行可靠，功能完善，操作简便，维护量小，得到用户的好评，为PLC控制系统在电厂中的广泛应用积累了经验。
