MechMechanicalk Electrical Engineeringine Vol.22 No.2 2005機(jī)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(yīng)用伍冬初,應(yīng)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(diào)速的控制系統(tǒng)在水系統(tǒng)自動化改造中的應(yīng)用。包括系統(tǒng)組成、主要功能、下位PLC軟硬件設(shè)計、變頻器控制設(shè)計、上位監(jiān)控設(shè)計以及變頻器、PLC、上位機(jī)三者之間的網(wǎng)絡(luò)通信功能設(shè)計。關(guān)鍵詞:PLC;變頻器;控制系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)通信;組態(tài)軟件中圖分類號:TP391.8;TM628文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)組的內(nèi)部循環(huán)純凈水提供冷卻,對保證發(fā)電機(jī)組正常、可靠的運(yùn)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(nèi)提供t外冷卻水。根據(jù)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(yùn)行及臺數(shù)。所有水泵啟動前必須先對水泵的進(jìn)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(jìn)行自動化改造前,水泵的投運(yùn)包括真空泵的開停及相應(yīng)真空閥的開閉操作,均由人工在現(xiàn)場進(jìn)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(yùn)行中的水泵突然故障跳閘,人工響應(yīng)往往不夠迅速,未能及時投入連鎖備用針對這些情況，應(yīng)用一種PLC控制、變頻調(diào)速水泵,從而影響工廠的生產(chǎn);而且改造前水泵電機(jī)一與現(xiàn)中國煤化工改造方案，實現(xiàn)了直運(yùn)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(yùn)行,大的沖擊,將加速泵系統(tǒng)各個部件的老化。自動調(diào)節(jié)水流量和壓力,既滿足了生產(chǎn)需要,又達(dá)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(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(jī)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(shè)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(kuò)展性和較高的可靠性。循環(huán)水泵變頻器及相應(yīng)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(yīng)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(wǎng)絡(luò)來通信。就地控制單元機(jī)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(jī)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(jìn)行自動業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)連接。系統(tǒng)配置如圖2所示。檢測,并將檢測結(jié)果傳輸給下位PLC(即LCU單元)處理,經(jīng)數(shù)據(jù)計算以及水站生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化處理Rsvlew生控軟件現(xiàn)場上位機(jī)中控寶中控宣上臺機(jī)后,送至各執(zhí)行機(jī)構(gòu)實行相應(yīng)操作;同時通過LcURslinx遵信軟件打印機(jī)Rsllnxo單元與現(xiàn)場監(jiān)控機(jī)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(yùn)行狀態(tài)、異常處現(xiàn)場PLCH1日現(xiàn)場PLCH2理(包括保護(hù)、報警等)以及可以打印輸出各相關(guān)操采焦信號SLC 5AI4開關(guān)信作記錄、歷史記錄及效率分析表等。DeviceNet網(wǎng)為了實現(xiàn)熱電廠的數(shù)據(jù)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(yuǎn)程監(jiān)控機(jī),采用OPC接口技術(shù)，使底層現(xiàn)場數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)圖(1)監(jiān)測。準(zhǔn)確反映系統(tǒng)中主要設(shè)備與輔助設(shè)備的工作情況，包括各變頻器運(yùn)行/停止信號、變頻3.1 PLC 及變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計器頻率值泵電機(jī)電流值、前池水位.循環(huán)水泵出口從工藝要求、VO點(diǎn)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(yùn)行人員發(fā)出的變頻器運(yùn)well自動化的SLC5/04型PLcC。該處理器擁有足.行/停止給定運(yùn)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(shè)計需要開以及液壓系統(tǒng)控制指令。關(guān)量輸入點(diǎn)46點(diǎn),開關(guān)量輸出點(diǎn)84點(diǎn),模擬量輸入(3)自動控制。自動完成水泵變頻啟動的所有點(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(guān)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(jù)關(guān)量輸人模塊 1746M16,開關(guān)量輸出模塊采用6塊實際工況設(shè)定),通過PIC對泵出口壓力信號變換開關(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,實現(xiàn)頻率的自動調(diào)波光電隔離以及內(nèi)置式浪涌保護(hù),抗干擾強(qiáng),可靠整,達(dá)到水壓恒定;如果變頻率- - 直調(diào)高到工頻還達(dá)性高。處理器內(nèi)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(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,同時關(guān)閉相關(guān)的出口力完全能滿足位于控制中心的上位機(jī)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(yùn)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(tǒng)循環(huán)水泵主電壓是6000V中壓,從可報警、運(yùn)行中的變頻器因故障退出運(yùn)行報警,出現(xiàn)后靠性、 控制性能等方面考慮,變頻調(diào)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(jù)記錄。定時記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)、即時記錄CSI- PWM技術(shù)和直接矢量控制,為交流電機(jī)提供故障數(shù)據(jù)以及運(yùn)行人員操作數(shù)據(jù)。近似中國煤化工釣通信是通過De-3控制系統(tǒng)硬件設(shè)計CHCN MH循環(huán)水泵的變頻調(diào)速控制,DeviceNet傳輸速率為125 - 500Kbit/s, 傳輸根據(jù)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(diǎn)數(shù)63個,變頻器通過控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。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(jī)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(wǎng)的運(yùn)行速度以及連鎖備用循環(huán)水泵投人。.上設(shè)備信息及控制網(wǎng)上設(shè)備,如泵電機(jī)啟停、調(diào)速、泵出口壓力信號輸入投入切換故障診斷、保護(hù)等。本調(diào)速裝置具有自動和手動、就地和遠(yuǎn)程調(diào)速控制功能,故障時可以切換數(shù)據(jù)采樣到現(xiàn)場手動控制。3.2 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成數(shù)字濾波上位機(jī)采用2臺研祥工控微機(jī),微機(jī)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(jī)的通信。1臺位于泵房值班室,供泵房運(yùn)行值班人員監(jiān)控使用,同時配有打印機(jī)控制量輸出給變頻器隨時打印輸出相關(guān)的操作記錄、歷史記錄數(shù)據(jù);另一<改變參數(shù)設(shè)定值臺位于工廠熱電機(jī)組控制中心,除了在泵房無人值班時作為監(jiān)控計算機(jī)外,還作為循環(huán)水泵控制系統(tǒng)與工廠MIS網(wǎng)的通信機(jī)。這種通信是通過0PC接改變參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)定值口技術(shù)來完成,采用0PC接口技術(shù)從下層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)獲取數(shù)據(jù),這使自動化系統(tǒng)、現(xiàn)場設(shè)備與工廠辦公管圖3 變頻調(diào)速程序理應(yīng)用程序之間數(shù)據(jù)交換得以簡潔化、標(biāo)準(zhǔn)化。故障檢測程序控制系統(tǒng)軟件設(shè)計前池水位低?4.1 PLC 變頻調(diào)速程序設(shè)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(tǒng)工作程序、循環(huán)水泵啟動程序、泵變頻調(diào)速及設(shè)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(guān)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(diào)速控制流程圖如圖3所示。在軟件設(shè)計中利用<出口壓力低》>PLC定時中斷功能完成數(shù)據(jù)采樣、數(shù)字濾波、PID運(yùn)下<連鎖備用設(shè)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(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計 及網(wǎng)絡(luò)組態(tài)產(chǎn)生報警信息上位機(jī)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(jī)操作界面。操作人員可在控制室向下位機(jī)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(guān)及聯(lián)鎖按鈕的開關(guān)狀態(tài)值送人就地控理模擬量、開關(guān)量、報警數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù);定時記錄制單元piC外理后.PIC向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出相應(yīng)操作歷史數(shù)據(jù);實時記錄事故、故障信息及開關(guān)變化信指令中國煤化工啟停命令,啟停相息;對運(yùn)行人員所作的操作進(jìn)行記錄。數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)的|YHCNMHG系統(tǒng)運(yùn)行圖(如圖的dBaseIV格式形成磁盤文件。運(yùn)行人員可在圖51所示);實時運(yùn)行參數(shù);機(jī)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(shè)備進(jìn)行運(yùn)停、真空泵投切、閥門開關(guān)狀態(tài)等)過程模擬圖等。行方式的設(shè)定，根據(jù)出水口的壓力大小，自動控制泵報警顯示:越限內(nèi)容及越限值顯示,輔以聲、光報警。機(jī)電工程2005年第22卷 第2期Mechanical & Eletrical Engineering Magaine Vol.22 No.2 20059●另外,根據(jù)運(yùn)行需要,在上位機(jī)還設(shè)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(biāo)對相應(yīng)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(shè)計,使得在設(shè)備維修完成后的調(diào)試工作0口四國國中變得非常方便。15結(jié)論采用PLC系統(tǒng)對循環(huán)水控制設(shè)備進(jìn)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(yīng)能力,增加了在上位機(jī)上使用RSLogix500對SLC進(jìn)行編程,系統(tǒng)的可靠性和安全性;特別是采用變頻調(diào)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DeviceNet現(xiàn)場總線與PLC及網(wǎng)路管理,就可將DeviceNet.上獨(dú)立的SLC、變頻通信完成現(xiàn)場水泵控制數(shù)據(jù)的上傳與下載,不僅使器構(gòu)成一個網(wǎng)絡(luò)化的控制系統(tǒng),實現(xiàn)對變頻器的運(yùn)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(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測、控制和優(yōu)化。在上位機(jī)大大提高,維護(hù)工作量大大減少,并且大幅度降低了運(yùn)行RSNetwork for DeviceNe 之前，必須要用RSLinx耗電量,延長了泵設(shè)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。通過上位機(jī)人機(jī)界面程序連接組態(tài)工作。配置好網(wǎng)絡(luò)后,可以通過DH+網(wǎng)直對設(shè)備進(jìn)行設(shè)置和操作,有效地減輕了運(yùn)行人員的接訪問DeviceNet網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備,如圖6所示。勞動強(qiáng)度。另外,從中心控制室微機(jī)通過系統(tǒng)的DH+網(wǎng)絡(luò)可直接對現(xiàn)場PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,減少了Alen Bradley 1747 SDNPT Diver Configu stion調(diào)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(yùn)行的情況Thme seted PA Hrpoptpatpyeopop be crbgredd Uete Bow beobgty!來看,系統(tǒng)設(shè)計合理,運(yùn)行穩(wěn)定可靠。口Atore參考文獻(xiàn):甲香ABE1TH-Ehemet1] 浙江大學(xué)羅克韋爾自動化技術(shù)中心組.可編程序控制器系統(tǒng)[ 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(yīng)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]陽憲惠.工業(yè) 數(shù)據(jù)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(jī)雜志社. PLC應(yīng)用200例(工控.儀表.自動圖6網(wǎng)路驅(qū)動配置圖化)[J].微型計算機(jī),2003合訂本.2005年我國環(huán)保機(jī)械總產(chǎn)值將達(dá)到500億元目前,世界環(huán)保產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值高達(dá)6000億美元,被譽(yù)為發(fā)展?jié)摿薮蟮摹俺柈a(chǎn)業(yè)”。專家預(yù)測,2005年我國環(huán)保機(jī)械制造業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到500~600億元，年增長為12%~ 16%。據(jù)介紹,近3年市場看好的環(huán)保機(jī)械產(chǎn)品主要有:電除塵器、袋式除塵器、火電廠煙氣脫硫設(shè)備、新型工業(yè)鍋爐、城市污水處理及垃圾處理設(shè)備等，這些產(chǎn)品若進(jìn)口需300億元,采用國產(chǎn)設(shè)備僅需178億元，國中國煤化工專家認(rèn)為,經(jīng)過10多年的發(fā)展,我國環(huán)保機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)MHCNMH善,國產(chǎn)環(huán)保設(shè)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(shè)備和配套設(shè)備已能生產(chǎn),有些技術(shù)設(shè)備已打入國際市場。噪聲與振動控制技術(shù)中,有些超過國外先進(jìn)水平,如微孔消聲技術(shù)已領(lǐng)先國際