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锅炉干出灰计算机程序控制系统

--江苏常州戚墅堰发电有限公司控制工程分公司 贡文明(qdgskz@sian.com.cn)提供

供稿:工控网 2001/10/23 11:48:00

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【摘 要】 为配合戚墅堰发电有限公司#11炉及#12炉干出灰系统改造,运用可编程程序控制器(PLC)和工业控制计算机对干出灰系统进行自动控制。
【关键词】 干出灰 PLC 计算机 控制 网络
【特 色】 自行开发驱动程序使用用RSView32驱动三菱Qn2APLC1 前言
戚墅堰发电有限公司I站#11炉和#12炉(670T/h)配套2台三电场的电除尘器。第二及第三电场于1996年开始干出灰,由于灰场即将饱和以及环保的要求,公司于2000年底着手干出灰系统的整体改造。
改造方案为,第一电场配一套5m3双仓泵,第二、第三电场原3m3双仓泵改为5m3双仓泵,干出灰空压机房增加2台空压机及2只储气罐,并新建一座粗灰库。控制系统实现自动程控操作,运行情况及运行参数与公司MIS网通迅。
根据此改造方案,在公司总工及生技科的主持协调下,由控制工程分公司协同电气分公司组织力量进行系统的设计,控制工程分公司完成硬件配置、软件编制、程控设备安装调试工作。
2 程序控制系统设计方案
根据干出灰系统实现自动程控操作的要求以及现场设备的实际运行情况,经详细论证,
对几种可选方案进行综合筛选,依据安全可靠,简单实用,性价比高的原则,确定了干出灰系统程序控制的具体方案(如图1)。


图1:系统概貌图
从图1可知,整个系统由设备控制器(三菱PLC)及操作员站(上位工控机)组成,PLC
与工业控制计算机通过RS485进行通讯。两台上位机之间通过10M以太网通讯,对#11炉和#12炉的两台PLC主机都可进行操作,采用软件实现相互冗余,大大提高了系统的可靠性。同时系统采用网关通过以太网可将干出灰系统的所有运行情况和各种运行参数传送至公司的MIS系统。
3 系统配置
3.1 PLC的配置情况
根据干出灰程控系统输入/输出(I/O)清单,结合系统所需实现的功能,确定PLC的硬件配置如表1:
表1:PLC配置清单

此配置为#11炉和#12炉整个系统PLC的配置,其中AI(模拟量输入)为64点,余4点备用;DI(开关量输入)为164点,余62点备用;DO(开关量输出)为142点,余30点备用。主机架与扩展机架还留有5个空槽位,可最大扩展至160×2=320点。
PLC组态软件为三菱公司开发的GPP For Windows,操作平台为Windows95/NT,具备图形化组态,在线调试,离线逻辑测试及自诊断,SFC(顺序功能图)组态,以及通讯设置等功能。为降低系统改造成本,不采用三菱的系统软件(专用的画面编辑和通讯控制软件),而是采用根据三菱PLC公开的技术协议使用AB公司的RSView32进行画面开发(这是本系统一个很大的特色)。
3.2 操作员站的配置情况
操作员站为2台研华工业控制计算机,CPU为PШ550,硬盘为4G,内存为64M,操作系统为Windows NT4.0,此外各配网卡为3Com10M/100M,CRT为Philips21”,UPS为Santak(500W,后备式)。
3.3 其他
#11炉和#12炉各配2个继电器隔离控制机柜,PLC安装在正面,主机在#1柜,扩展机架在#2柜,主机和扩展机架之间通过专用电缆连接。输入/输出继电器为前后安装,#1柜正面还布置了电流变送器和配电器(供压力变送器),背面为电源双路自动切换装置、直流电源(供输出继电器)、交流电源开关。#11炉和#12炉不同处为,#11炉#1柜正面还布置了温度变送器(用于空压机)。
为节省电缆开支,#11炉和#12炉原控制室各放置2个控制机柜,整个干出灰系统采用集中控制,新控制室设在#11炉老控制室上面(控制室应符合计算机设备的要求)。这样,#12炉到新控制室就只需敷设一根双绞线,用于PLC与计算机通讯,原控制室与就地各设备之间的电缆可基本不变,大大节省了电缆以及安装接线的工作量。
4 完善的控制功能
4.1 操作模式
控制系统可实现三种操作模式,即就地手动模式,计算机手动模式以及计算机程控模式,系统的操作模式优先级从高到低依次为就地就地手动模式、计算机手动模式、计算机程控模式。
4.1.1 就地手动模式
此模式时,对于电机,将就地开关切换至就地操作位置,并将CRT上电机相应的检修开关切换至检修位置(见图2),即可屏蔽计算机的操作,在就地实现启停操作;对于电磁阀,由于不需在就地进行操作,所以无就地操作切换开关。

图2:设备切换开关4.1.2 计算机手动模式
当系统处于计算机手动模式时(即在CRT上用鼠标操作),需将CRT上的系统控制方式按钮切换至手动方式,同时对于电机,需将CRT上电机相应的检修开关切换至运行位置。
4.1.3 计算机程控模式
计算机程控模式是最高级的控制模式,在此工作模式下,系统的所有设备都处于自动工作方式,不需要运行人员的干预。当运行人员将CRT上的系统控制方式按钮切换至程控方式时,系统即按照预先设定好的程序进行自动控制。
4.1.4 手/自动排堵操作选择
当系统发生堵管时,可在CRT上选择手动或自动排堵,手动排堵由运行人员进行排堵工作,自动排堵由PLC内部的组态程序自动完成排堵工作。
4.2 报警、联锁和保护
4.2.1 完善的多功能报警及记录
当所有模拟量信号越限时、定义报警的开关量动作时或发生系统故障时,系统将自动实现报警,配合CRT画面上的动画形象,发出多媒体语音报警,提醒运行人员注意(这是本系统的又一大特色)。所有的历史报警都以文件形式保存在硬盘上(也可通过“ODBC”保存在网络数据库中),可方便地进行查询(见图3)。

图3:报警列表
为了节约I/O点,降低系统改造成本,故电机的故障信号未接入系统,而是由PLC用软件的方法实现电机故障报警。电机故障报警分两类:当运行人员发出启动指令时,过一定时间电机的反馈信号未返回,系统即发出电机I类故障报警;当系统正常运行时,运行人员未发出电机跳闸指令而发生电机跳闸情况,系统即发出电机Ⅱ类故障报警。
4.2.2 可靠的联锁保护功能
对于仓泵,当仓泵料位满后关闭仓泵进料阀,仓泵压力小于开泵压力时,不能开出料阀。对于双仓泵,不能同时出料和同时进料。
当双仓泵的进料阀都关闭且超过一定时间后,联锁跳饲料机,#1饲料机跳闸后联跳#3、#4螺旋输粉机,#4螺旋输粉机跳闸后联跳#2螺旋输粉机;#2饲料机跳闸后联跳#1螺旋输粉机。#1螺旋输粉机跳闸后联跳#1电场卸灰机(4台),#2螺旋输粉机跳闸后联跳#2电场卸灰机(4台),#3螺旋输粉机跳闸后联跳#3电场卸灰机(4台)。
当饲料机超电流,跳开相应的饲料机。
对于空压机,当二级排气温度高、润滑油压低及冷却水压低任一条件满足时,跳开运行中的空压机。当压缩空气母管压力高时,逐步关闭对应空压机的卸载阀(5台空压机对应5个母管压力高定值),当压缩空气母管压力低时,逐步开启对应空压机的卸载阀(5台空压机对应5个母管压力低定值)。
4.2.3 方便的自诊断功能及帮助功能
充分发挥设计人员的聪明才智,巧妙地利用设备的各项功能,创造性地开发各种应用价值。
如果PLC发生故障,诸如RAM保持电池失效,通讯出错,模件故障,CPU故障等等,都可以在CRT上以报警显示,可以帮助检修维护人员迅速定位故障点,快速消除故障。
可在线提供运行操作指导及故障、异常的消除方法。
5 美观友好的用户操作界面
干出灰系统主画面如下图:

图4:出灰系统画面5.1 多媒体语音报警
鉴于当今的计算机硬件和软件技术,多媒体技术已经不再是一个新生事物,其应用领域正在不断扩大,经过充分的准备和多次的试验我们决定在监控软件中使用多媒体报警和操作指导技术。
5.1.1 音频播放
音频文件可以利用声卡直接进行播放,利用WINNT操作系统提供的异步播放技术可以做到基本不占用CPU资源,并且利用声卡再配置麦克风,音频文件可以很容易地录制(以WAV格式保存在硬盘上),再加以简单的降噪处理便可使用。只需购置一块声卡和一个多媒体音箱,成本非常很低,且对系统负荷率的影响微乎其微。
5.1.2 动画编辑
WINNT操作系统本身就是一个图形操作系统,具有强大的绘图能力,非常适合使用动画技术。
5.1.3 多任务处理
WINNT操作系统提供了强大的多任务处理能力,多媒体部程序可以和主控程序独立运行且互不影响,通过软件接口来进行交互处理。
通过以上分析,既然在系统监控软件中使用多媒体不存在技术上的问题,我们何不使用它呢?
我们为本套监控程序共提供了四个可以选择的动画人物(可以实时更换和增加)和上百个自己录制的声音文件,可实现对现场设备故障、测量参数超限、系统故障等报警以及对运行人员提供语音及动画形式的操作提示和在线指导。
启动了动画语音选项之后,当报警到来时将出现如下交互界面:

图5:动画人物介绍 上面所显示的均是三维动画人物。
5. 2 操作画面采用当今流行的可组态画面(与FIX软件类似的画面绘制方法),并提供大量设备图库(见下图),所有图形对象都可以进行任意地放大或缩小,可以设置对象属性,而并非单纯的静态图形。系统提供的库存图形有500多个,并且可任意增加。

图6:功能图库一览 所有图形均能以动态或静态的形式显示,图形的显示状态和内容可由Microsoft 的VBA代码控制。例如:一个用于显示模拟量的对象用鼠标点击,可弹出一个用户定义的用于显示该点状态的对话框,用鼠标点击一个电机可弹出一个电机操作窗口(用如下图7所示)。然后在该对象的“点击”属性里输入“Display analog /p thispointname”, “Display Motor /p thisobjectname”即可。在它的“颜色” 属性里输入“if this.Vaule>80 then 0 else if this.Vaule<

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