文章編:00-9944204)04-0040-05寶鋼電廠4號機組循環(huán)水泵房控制系統(tǒng)朱雪明(上海市政工程設計研究總院<集團>有限公司,上海200092)摘要:該文介紹了寶鋼電廠4號機組循環(huán)水泵房現(xiàn)場控制系統(tǒng)設計,內(nèi)容主要包括監(jiān)控內(nèi)容、控制原則、PLC現(xiàn)場站設計、主要控制功能和控制系統(tǒng)供電設計。由于所涉被監(jiān)控設備地理位置分散和電廠運行要求高可靠性，系統(tǒng)設計與常規(guī)市政泵站相比有一定的復雜性及特異性。系統(tǒng)采用遠DCS及就地PLC相結合的構架,各環(huán)節(jié)均采用冗余系統(tǒng),采用符合循環(huán)水泵特點的控制邏輯及有效的保護措施,實現(xiàn)了泵房的可靠運行。幾年來運行結果表明,該控制系統(tǒng)設計符合使用方的要求。關鍵詞:電廠循環(huán)水;泵房;控制系統(tǒng)中圖分類號:TP273文獻標志碼:BControl System Design of the Circulating Water Pumping Station in #4 Unit ofBaosteel Power PlantZHU Xue-ming(Shanghai Municipal Engineering Design Institute(Group )Co. ,Ltd. ,Shanghai 200092 ,China)Abstract:The paper concentrates on local control system design of the circulating water pumping station in #4 Unitof Baosteel Power Plant. The main research includes control content , control principles , control funetions ,the design ofPLC local control unit and power supply system of the control system. Considering that the equipments in pumpingstation were geographically dispersed and the power plant requires high-reliability ,the circulating water pumping sta-tion's control system design was more complex compared with conventional municipal pumping station's. The controlsystem adopts architecture with remote DCS and local PLC. Redundant systems were used in every system section.Through control logic which comply with the characteristics of the circulating pump and safety efective precautions ,to achieve reliable operation of the pumping station. After the run of several years ,the results indicate the controlsystem meets the user' s requirements.Key words :circulating water in power plant;pumping station;control system寶鋼電廠增建4號機組取排水設施項目系擴運行,相對市政泵站"其需要更高的自動化可靠性。建性質，為增建規(guī)模為1x350 MW等級的電廠4號機電廠4號機組循環(huán)水泵房建在現(xiàn)有取水泵站組提供循環(huán)水。循環(huán)水泵房的水源取自長江,循泵0~3號機組泵房的東側，新增6/0.4 kV變配電系統(tǒng)機組系統(tǒng)采用水冷系統(tǒng)，由循泵升壓后送人凝汽位于現(xiàn)有取水泵站配電間。循環(huán)水泵房現(xiàn)場控制設器,通過凝汽器升溫后經(jīng)管渠排入長江。為保證發(fā)電備與循泵高壓電動機柜、電廠4號機組DCS上位系機組的正常發(fā)電，循環(huán)水泵必須保證100%的穩(wěn)定統(tǒng)不在同一地理位置,循泵高壓電動機柜、DCS上中國煤化工收稿日期:2013-12- 25;修訂日期:2014 -01-21作者簡介:朱雪明(1964- -),男,高級工程師,研究方向為市政I程儀表自動化/月.MHCNMH G40Automation & Instrumentation 2014(4)位系統(tǒng)均設置在電廠4號機組主廠房內(nèi),距離循環(huán)水泵房約1000多米。循泵高壓電動機柜、電廠4號1主要 監(jiān)控內(nèi)容機組DCS上位系統(tǒng)由電廠4號機組主體設計單位電廠4號機組循環(huán)水泵房現(xiàn)場控制系統(tǒng)主要設計。監(jiān)控對象范圍如圖1所示。至發(fā)電機組凝氣器軸冷水(進水管)軸冷水系統(tǒng)(不屬本設計范圍)_ 軸冷水(回水管)-D4--上D-甲CA循泵●筆王?至放置濾網(wǎng)沖洗泵$B循泵0▼(人儲菜古|本本|s本排放品客口本寧甲工業(yè)水圖1循泵機組 工藝流程圖.Fig.1 Process flow diagram of circulating water pumping unit1)位于循環(huán)水泵房兩臺循泵,采用雙速電機。泵出口壓力、循泵潤滑水進水流量、循泵電機冷卻循泵高壓電動機柜位于4號機組主廠房。水出水流量、旋轉濾網(wǎng)前/后水位、旋轉濾網(wǎng)沖洗水2)位于每臺循泵出水管上帶一體化電動執(zhí)行壓力、循泵電機定子/軸承溫度、循泵電機冷卻水出機構的電動蝶閥。水溫度等。3)位于循泵附近的循泵潤滑水及電機軸瓦冷6)循環(huán)水泵房6/0.4 kV變配電系統(tǒng)。卻水系統(tǒng)。循泵潤滑水主回路為外接工業(yè)水,備用7)控制涉及的其它相關對象:發(fā)電機組凝氣器回路為循泵壓力出水,每套循泵配置--套潤滑水增1#和2#進水閥、1#和2#工業(yè)水軸冷水泵等。壓水泵及切換用電磁閥。循泵電機軸瓦冷卻水主回路為外接閉式軸冷水，備用回路為外接工業(yè)水,管2控制原則路上有切換用電磁閥。電廠4號機組循環(huán)水泵房現(xiàn)場挖制系統(tǒng)是電廠4)位于泵房前池的兩套旋轉濾網(wǎng)及沖洗系統(tǒng)。4號機組DCMH中國煤化工于循環(huán)水泵房5)在線檢測儀表信號,包括:循泵電機轉速、循調(diào)試、試運行CNM H Gcs上位系統(tǒng)投自動化與儀表2014(4)41人運行時間早,所以在循環(huán)水泵房配電控制間設置統(tǒng)主回路與備用回路切換與閉鎖。PLC現(xiàn)場站,在電廠4#機組DCS上位系統(tǒng)投人運行2)“PLC手動”。操作員可按照機組設備啟動順前,完成循環(huán)水泵房范圍內(nèi)的設備調(diào)試和試運行。序,依此按下相應的按鈕完成機組的啟停。當機組泵房現(xiàn)場控制系統(tǒng)的控制原則根據(jù)電廠4號采用PLC手動方式控制時,亦需通過聯(lián)鎖邏輯處理機組DCS系統(tǒng)整體監(jiān)控要求和泵房實際運行管理后再執(zhí)行。要求予以確定內(nèi)。3)無論循環(huán)水泵房PLC現(xiàn)場站在“就地PLC控循環(huán)水泵房PLC現(xiàn)場站在“遠方DCS控制"方制”方式下,還是在“遠方DCS控制”方式下,循泵出式下，接受電廠4號機組DCS上位系統(tǒng)來的啟、?？陂y的狀態(tài)信號均送至主廠房DCS上位系統(tǒng)。循泵控制指令,經(jīng)現(xiàn)場PLC進行相關條件是否滿足邏輯判斷后，直接控制循泵高壓電動機柜內(nèi)斷路3 PLC現(xiàn)場站設計器，完成循泵機組的一步化啟停和出口閥門的聯(lián)PLC現(xiàn)場站根據(jù)控制功能需求和現(xiàn)場控制系統(tǒng)動。循泵高壓電動機柜相關信號同時返回循環(huán)水泵可靠性、實時性要求進行設計?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)架構房PLC現(xiàn)場站和主廠房DCS上位系統(tǒng)。.如圖2所示。鑒于循環(huán)水在電廠生產(chǎn)過程中的重要循環(huán)水泵房PLC現(xiàn)場站在“就地PLC控制"方性,為提高現(xiàn)場控制系統(tǒng)及其與DCS上位系統(tǒng)通信式下,采用“PLC自動”和“PLC手動”兩種方式進行的可靠性, PLC現(xiàn)場站采用冗余設計。其中PLC控控制:制器采用雙背板方式硬件熱備冗余、主要電源冗1)“PLC自動"。操作員按下“循泵低速啟動命余、主機架至擴展機架通信網(wǎng)絡冗余,PLC站與令”、“循泵高速啟動命令”按鈕或“循泵低速停止命DCS.上位系統(tǒng)通信網(wǎng)絡冗余。柜面手動操作按鈕、令”、“循泵高速停止命令”按鈕,由PLC內(nèi)部程序進指示光牌及警鈴均通過PLC開關量輸人輸出模塊行邏輯判斷、實現(xiàn)循泵及出口閥門的聯(lián)動,完成機.連接,以滿足現(xiàn)場手動方式控制時需通過聯(lián)鎖邏輯組的一步化啟停,并且自動完成潤滑水與冷卻水系處理后再執(zhí)行的要求。電廠主廠房一一~1000米>循環(huán)水泵房↑0.. D光牌警鈴"1”開關按鈕 .柜面pIpo旋轉謔網(wǎng)系統(tǒng)運行工況金令[廢轉德網(wǎng)電氣控制街I DI/DO 循泵潤滑水泵運行工況/命+[循泵機組低配柜3DP]i以外設備的運行iMODBUS RTIDI 6/0.4kV變配電系統(tǒng)故障信號i命令及工況協(xié)議光電轉換器循泵機組低配柜2DP]光纜DI排水泵運行工況七排水泵控制箱PX]電廠DIDO工況/命令4#機組4A循泵出口閥DCS系統(tǒng)+循泵運行模式! DOAL閥位信號電動執(zhí)行機構i循泵出口閥運行工況DD/DO工況/命令1#主機架.2#主機架. AI閥位信號4B循泵出口閥循泵運行命令1 Du其它來自電廠的聯(lián)鎖信號DI || 擴展機架DO AIOV禺臘水.冷卻水系統(tǒng)電磁閥.該控制連接由_DI無源觸點主體設計8現(xiàn)場壓力開關、流量開關|擴展機架單位設計“I AI 4-20 mA/DC24V的現(xiàn)場二線制儀表(壓力、液位)6kV變電循泵運行工況/命 令jDIDOAI P100 .必測溫元件P100(電機繞組、軸承、水溫)所循泵雙“ 制柜循泵房PLC柜(CC-3CC)Al 4-20 mADC24V兇現(xiàn)場測速傳感器中國煤化工圖2現(xiàn)場控制系統(tǒng)架構圉Fig.2 Structure of field control systeJYHCNMH G42Automation & Instrumentation 2014(4)PLC采用Schneider Quantum系列產(chǎn)品,雙機熱高速轉換到低速時,必須當轉速降低至420r/min時備型,通過熱備卡進行系統(tǒng)的熱備冗余,熱備同步光才能啟動低速運行。雙速電機高、低速之間切換及纖通信專線通信速率為100 MBPS,熱備控制器與擴閉鎖由循環(huán)水泵房PLC程序完成,由PLC直接控制展I/0模塊之間采用雙同軸電纜進行連接，通訊速高、低速饋電斷路器分合實現(xiàn)高、低速之間的切換。率大于1.544 M,PLC編程軟件采用Unity Pro軟件。4.3循泵機組啟動為提高控制的實時性,參與控制的信號和命令下列條件須全部滿足循泵機組才能啟動:采用電纜硬接線傳輸,包括:來自DCS上位系統(tǒng)的1)開循泵潤滑水主回路進水電磁閥打開;DCS啟動準備請求、發(fā)電機組凝氣器1#和2#進水2)循泵潤滑水進水流量≥3m/h'(此時不得由閥全開/全關狀態(tài)、1#和2#工業(yè)水軸冷水泵運行狀備用回路供水);態(tài)等信號和循泵低速或高速啟動1停止指令;送至3)循泵電機冷卻水出水流量≥3m/h'(此時不DCS.上位系統(tǒng)的循泵啟動DCS控制、循泵啟動PLC得由備用回路供水);控制、循泵檢修模式、循泵PLC順控模式、循泵出口4)前池液位≥標高-3.2m(標高系統(tǒng)為吳淞高電動閥全開或全關狀態(tài)等信號;來自循泵高壓電動程系統(tǒng));機柜的可遠方操作、分/合閘狀態(tài)、保護動作等信號;5)電動機柜上“遙控/電廠就地開關柜控制”選送至循泵高壓電動機柜的循泵低速或高速啟動1停擇開關在“遙控”檔。止等命令;循環(huán)水泵房工藝設備運行信號和命令;先啟動循泵電機,再開出口電動蝶閥。6/0.4 kV變配電設備故障信號;在線檢測儀表信號。4.4循泵機組停止設計中采用電機類設備的開停兩點控制,手動/循泵機組停止分為正常停止和異常中止兩種。自動無擾動切換凹，同--設備開關量信號公共點不循泵機組正常停止時，先關閉出口蝶閥到30°,合并等技術措施,提高控制的可靠性、無擾動性和.再停泵。泵停后,閥全關?？垢蓴_性。只要出現(xiàn)下列情況之一時,聯(lián)鎖停循泵電機:1)定子線圈溫度≥130 C4主要控制功 能要求2)推力軸瓦溫度≥804.1 基本要求3)導軸瓦溫度≥80 C1)應用軟件應滿足循泵機組、旋轉濾網(wǎng)安全.4)下軸承溫度≥95 C啟、停、運行及保護。5)發(fā)電機組凝氣器進水閥關閉2)應用軟件應滿足冗余組態(tài)的控制系統(tǒng),在控6)發(fā)電機組凝氣器出水閥關閉制系統(tǒng)局部故障時,不會引起機組的危急狀態(tài)。4.5循泵潤滑水及 電機冷卻水系統(tǒng)3)機組中的控制一般包括各閥門的開關及電潤滑水與冷卻水系統(tǒng)主回路與備用回路的切機的開停,機組中各設備的作用決定著機組開停中換與閉鎖要求為:的控制順序4?？刂祈樞蛑忻? -步 均應通過設備來潤滑水系統(tǒng)主回路切換為備用回路的條件是的反饋信號得以確認,每一步都應監(jiān)視預定的執(zhí)行循泵潤滑水進水流量<3m/h';時間。如果順序未能在約定的時間內(nèi)完成,發(fā)報警,冷卻水系統(tǒng)主回路切換為備用回路的條件是且禁止順序進行下去。如果事故消除,在運行人員循泵電機冷卻水出水流量<3 mh'。.再啟動后,可使程序再進行下去。4.6旋轉濾網(wǎng)4)在自動順序控制期間,出現(xiàn)任何故障或運行旋轉濾網(wǎng)前后的水位差達到300mm(可調(diào))或人員中斷信號,應使正在進行的程序中斷并回到安連續(xù)4~8h (可調(diào))未能達到規(guī)定運行沖洗水位差全狀態(tài)。時,啟動沖洗泵,順序啟動旋轉濾網(wǎng)低速正轉、高速4.2 循泵機組運行模式正轉持續(xù)時間20~30min(可調(diào)),水位差降至50mm循泵機組冬天開一臺高速、夏天開兩臺高速、以下,停止沖洗過程。春秋季開兩臺低速。循泵機組由低速轉換到高速4.7 報耆1中國煤化工時,要低速斷電后延遲1s后才能啟動高速運行;由循環(huán)水MHCNMHG了較為完善的自動化與儀表2014(4)報警功能,各類報警如下:備用常用1)在線檢測儀表檢測量越限報警:定子線圈溫度≥125C推力軸瓦溫度≥75 C上林一林三不導軸瓦溫度≥75 C白切裝置| PLCPLC C2KC24Y) . CD24YAC1I0Y 1 ACIO下軸承溫度≥85 C常用電源備 用電源本循泵潤滑水進水壓力<0.35MPa或>0.6MPa濾波器循泵電機冷卻水進水壓力<0.25 MPa或>0.4 MPa1o卡件1/0卡件|繼電器組|繼電器組旋轉濾網(wǎng)沖洗水壓力低<0.35MPa電磁閥電源儀表旋轉濾沖洗前網(wǎng)前后水位差≥600mm圖3控制系統(tǒng)供電系統(tǒng)圖旋轉濾沖洗時旋轉濾網(wǎng)高速正轉持續(xù)20min,Fig.3 Power supply diagram of control system網(wǎng)前后水位差≥600 mm警儀器等供電的開關電源采用冗余設計,電壓等級格柵清污機前后水位差≥600mm2)工藝設備和電氣設備啟動1停止、開啟/關閉為DC24V。不同電壓等級的電源裝置均有故障報警信號輸出至PLC。越時限報警。對于電機供電回路斷路器/接觸器、電動蝶閥等6結語有命令執(zhí)行反饋信號的,如果順序未能在約定的時寶鋼電廠4號機組循環(huán)水泵房現(xiàn)場控制系統(tǒng)的間內(nèi)完成則報警。3)直接來自工藝設備.電氣設備的故障信號。設計滿足了4號機組監(jiān)控總體技術要求。系統(tǒng)投人運行至今，控制系統(tǒng)設計的高可靠性確保了泵房工藝4)控制系統(tǒng)設備自身故障的報警。設備的運行正常,直觀的信號監(jiān)視、齊全的報警提示以及便于操作的界面滿足了現(xiàn)場操作需求。系統(tǒng)設計5控制系統(tǒng)供電設計PLC現(xiàn)場站由兩路來自不同上級的電源供電,中采用的各類冗余技術和全面的控制功能對今后大如圖3所示。常用電源來自4號機組主廠房AC110型市政泵站控制系統(tǒng)的設計具有一定的借鑒作用。VUPS分電盤，備用電源來自新設配電柜3DP、參考文獻:AC380VJT制，其中AC380 V電源在1CG柜中通[1]朱雪 明,黃澄,徐振強.大型市政輸水泵站綜合自動化系統(tǒng)設計過AC380 VIAC110 V變壓器轉換為AC110V。來自[I.給水排水,2010,36(2):52 -57.電廠4號機組UPS電源要求為AC110V.15A.在[2] 中華人民共 和國水利部.CB50265- 2010泵站設計規(guī)苑[S].北京:循環(huán)水泵房PLC站接入端壓降小于5%。中國計劃出版社,2011.PLC電源模塊配置、電磁閥供電采用冗余設計,[3] 馮建玉 ,韓靜.無擾動手自動切換在S7-300系統(tǒng)中的應用1自動化儀表,2007 ,28(z1):172-173.電壓等級為AC110 V。為PLC輸人/輸出/通訊卡件、[4] 劉春青泵房 自動控制系統(tǒng)的信號設計I].中國科技博覽,2008二線制儀表、信號轉換器/分配器和電機轉速數(shù)顯報(22):129.■(上接第30頁)跳閘時間點，能夠為用電管理提供[2]張華東 ,秦建春,劉明.移動地線遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)的設計與開便利。系統(tǒng)利用現(xiàn)有的GSM無線網(wǎng)絡,信號能夠覆發(fā)[J].自動化與儀表,2007 ,22(2):45- 48.蓋半徑最大35km,克服傳統(tǒng)無線開關控制距離短，[3} 宏晶科 技.STC12C5052AD系列單片機器件手冊[Z],2009.控制用電器功率有限制等缺點,并且擺脫傳統(tǒng)開關.[4) 董殿永,姜平，基于 CSM短信息的無線微型打印機設計([].自動化與儀表,2013,28(2):33- -36.只有手動控制,增加定時跳閘功能。此外，本設計還5] 呂志剛,王鵬.基于STC89C58單片機淋浴節(jié)水控制器設計J].自可用于宿舍用電管理和智能家居遠程管理等。動化與儀表,2011,26(7):57-60.5] 李永獻,馮平.張保同.基于VC54123 的正泰NLI8型漏電斷路器電路分析及中國煤化工$[1] 周密.空氣斷路器的發(fā)展方向與產(chǎn)品開發(fā)[J]電氣時代,2006[7] 劉敏娜,潘宏電機遠程監(jiān)控系(1);11-13.統(tǒng)設計[小.自動YHCNMH G44Automation & Instrumentation 2014(4)