廣西桂能科技發(fā)展有限公司 胡 瑋

火力發(fā)電廠輔機(jī)設(shè)備的正常、安全運(yùn)行至關(guān)重要。給水泵是火力發(fā)電廠重要輔機(jī)之一，其中，PLC在給水泵汽輪機(jī)控制中的有效運(yùn)用對電廠機(jī)電設(shè)備的安全正常運(yùn)行具有重要的控制作用。因此，充分發(fā)揮PLC控制系統(tǒng)的優(yōu)勢和作用具有深遠(yuǎn)的意義。基于這種情況，本文重點(diǎn)闡述了PLC控制系統(tǒng)的概述以及在電廠給水泵控制中的功能分析，希望電廠相關(guān)人員能充分重視PLC的作用。

電廠各類機(jī)電設(shè)備在操作系統(tǒng)上進(jìn)行了優(yōu)化升級。其中，電廠通過有效的利用PLC對給水泵汽輪機(jī)進(jìn)行控制，對提高整個(gè)給水泵汽輪機(jī)的工作質(zhì)量和效率具有積極的作用。PLC本質(zhì)上是一種可編程邏輯控制器，是數(shù)字操作電子系統(tǒng)的重要組成部分，積極實(shí)踐使電廠給水泵汽輪機(jī)的操作更加方便快捷，對提高工作效率具有積極作用。同時(shí)，還可以提高電廠給水泵汽輪機(jī)的塑性，對提高工作質(zhì)量有積極作用。因此，應(yīng)改進(jìn)電廠給水泵汽輪機(jī)的PLC控制，使PLC在電廠給水泵汽輪機(jī)的運(yùn)行中發(fā)揮更大的作用，應(yīng)重視PLC控制系統(tǒng)的研究與優(yōu)化。

1 PLC控制系統(tǒng)

PLC控制系統(tǒng)采用循環(huán)執(zhí)行用戶程序的方式，稱為循環(huán)掃描方式。如圖1所示，循環(huán)掃描周期可分為三個(gè)階段：輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。具體內(nèi)容見表1和圖2。PLC運(yùn)行后，開始啟動組織塊一次，然后開始監(jiān)控時(shí)間。在輸入采樣階段，它讀取輸入設(shè)備的狀態(tài)，將其存儲在IO圖像區(qū)域，然后進(jìn)入用戶程序執(zhí)行階段。它從上到下、從左到右執(zhí)行用戶程序，并且在執(zhí)行用戶程序之后將輸出圖像區(qū)域的結(jié)果刷新到輸出設(shè)備。該過程是一個(gè)掃描循環(huán)，上述步驟稱為循環(huán)掃描模式。

圖1 PLC循環(huán)掃描模式圖

表1 用戶三階段相關(guān)內(nèi)容

綜上所述：相關(guān)的輸入信號都是在程序處理之前讀取的，而在程序處理的整個(gè)過程中是保持一致。程序處理的結(jié)果也在一個(gè)掃描周期的最后一個(gè)周期中讀出；PLC只在掃描周期的開始周期讀取外部輸入狀態(tài)，相對較短，對抵抗串聯(lián)輸入信號的干擾很有幫助。這樣，變化的信號將丟失，系統(tǒng)響應(yīng)將滯后。為了避免上述問題，可以采用實(shí)時(shí)輸入輸出、脈沖捕獲、超速計(jì)數(shù)器或中斷技術(shù)等。

2 設(shè)備狀況

本文對某電廠一期工程2臺300MW機(jī)組進(jìn)行了選型。每臺機(jī)組包含兩臺蒸汽驅(qū)動給水泵。技術(shù)規(guī)范見表2?？刂葡到y(tǒng)一直是最初的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)。邏輯控制系統(tǒng)采用MAX1000直流繼電裝置硬接線，主要控制給水泵的復(fù)位、跳閘控制、信號檢測、熱電偶保護(hù)等任務(wù)。自控制系統(tǒng)投入使用以來，由于設(shè)備材料、安裝位置、工藝技術(shù)等方面的局限性，運(yùn)行誤差率越來越高，將直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行。同時(shí)，頻繁的誤動作上給控制系統(tǒng)的負(fù)載有所不同程度的增加，降低了其使用壽命。

表2 汽動給水泵技術(shù)規(guī)范

基于這一實(shí)際面臨的問題，電廠對給水泵控制系統(tǒng)進(jìn)行了全面的優(yōu)化改造。用和利時(shí)公司開發(fā)的PLC 5/L20可編程邏輯控制系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的MAX1000直流繼電保護(hù)裝置硬接線邏輯控制系統(tǒng)。改造投產(chǎn)多年以來，不僅有效地緩解和避免了誤動作的發(fā)生，簡化了運(yùn)行操作程序，而且在整套設(shè)備的使用壽命得到了大幅度提高，值得進(jìn)一步向同行業(yè)進(jìn)行研究和推廣。

圖3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的1771-A1B機(jī)柜中分別安裝了兩套PLC-5/L20B處理器、1785BCM備用通信模塊和1771-P6S電源模塊。PLC-5/L20B處理器支持梯形圖控制邏輯編程和各種結(jié)構(gòu)的文本編程。內(nèi)置設(shè)備主要包括DH+網(wǎng)絡(luò)接口、遠(yuǎn)程I/O接口和RS-232接口。另外，指令系統(tǒng)是一種高級指令，主要執(zhí)行：數(shù)據(jù)文件處理、定序器、診斷、移位、實(shí)時(shí)I/O、程序控制指令、多主程序功能、處理器輸入中斷、可編程故障響應(yīng)和定時(shí)中斷等。實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)的實(shí)時(shí)通信，為完成控制系統(tǒng)的編程指令和各項(xiàng)功能提供了數(shù)據(jù)保障。

輸入/輸出模塊的主要作用是收集輸入信號同時(shí)輸出控制信號。I/O模塊與處理器之間的通信主要由1771-ASB適配器模塊完成?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如3所示：圖中1771-A3B為插槽遠(yuǎn)程I/O框架，1771-P7為遠(yuǎn)程I/O框架電源。ASB為適配器模塊；1771-IBD為24VDC輸入信號檢測模塊；1771-IFE為熱電偶信號輸入模塊，主要輸入軸承回油溫度排汽溫度信號；1771-IFE為模擬信號輸入模塊，主要輸入軸承振動和轉(zhuǎn)速信號；1771-OW16為繼電器輸出模塊，主要輸出與其它系統(tǒng)信號的聯(lián)鎖控制；1771 OBD為10～60VDC輸出模塊，主要輸出狀態(tài)顯示信號；1771 OMD為220VAC輸出模塊，主要控制電磁閥接觸器。

3 PLC的功能分析

3.1 系統(tǒng)功能分析

通過以上對某電廠給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)中PLC基本框架的分析，結(jié)合PLC的原理，在實(shí)際控制系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵功能如下：

（1）在進(jìn)行由于反饋信號處理給水泵突發(fā)故障時(shí)，及時(shí)在主泵和備用事故泵之間建立一定的連接線關(guān)系，并將事故泵未能完成的操作程序及時(shí)轉(zhuǎn)入主泵程序，以保持提供的油壓值由主泵在一個(gè)穩(wěn)定的區(qū)域。

（2）當(dāng)給水泵實(shí)際運(yùn)行滿足復(fù)位條件時(shí)，控制系統(tǒng)可通過PLC邏輯控制器回路對電磁閥進(jìn)行復(fù)位，也可對控制安全油進(jìn)行復(fù)位和釋放。

（3）當(dāng)主處理器或子處理器發(fā)出跳閘信號時(shí)，控制系統(tǒng)可通過PLC邏輯編程控制器輸出電磁閥的頻率信號，控制安全油，并向其發(fā)出緊急釋放信號，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的自動及時(shí)跳閘動作，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

（4）當(dāng)控制系統(tǒng)檢測到實(shí)際油壓值與設(shè)定值之間的差異時(shí)，將在手動盤車和自動盤車之間切換，以滿足機(jī)組運(yùn)行期間盤車裝置的可變要求。

（5）PLC也可用于控制高低壓主汽閥。主汽門實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和動作的控制信號通過PLC輸出給給水泵MHE控制系統(tǒng)存儲。

（6）控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控油箱、油壓等裝置的開關(guān)信號，并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的量程與系統(tǒng)指令的對應(yīng)關(guān)系輸出報(bào)警或聯(lián)鎖動作控制信號。

3.2 系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)分析

PLC控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)主要包括：主處理器程序設(shè)計(jì)和操作員終端程序設(shè)計(jì)兩部分。

主處理器程序設(shè)計(jì)采用PLC獨(dú)立梯形控制編程技術(shù)進(jìn)行邏輯編程和控制。整個(gè)處理器程序由主程序和輔助程序組成：主程序主要由熱備系統(tǒng)和熱電偶斷線保護(hù)程序兩部分組成。熱備系統(tǒng)程序是通過穩(wěn)定的輸入和輸出信息傳遞到執(zhí)行熱備模塊與軟件設(shè)備之間，使副處理器的運(yùn)行參數(shù)可隨時(shí)調(diào)整，從而使得設(shè)備達(dá)到無擾切換操作，但是要求控制系統(tǒng)的子程序的操作參數(shù)應(yīng)隨時(shí)與主處理器保持一致。熱電偶斷線保護(hù)是根據(jù)系統(tǒng)回路而產(chǎn)生跳變動作信號。如：給水泵排汽溫度跳閘值設(shè)定為150℃，但在實(shí)際運(yùn)行中由于測量排氣溫度的熱電偶或系統(tǒng)回路故障時(shí)，排氣溫度跳變超過設(shè)定值而產(chǎn)生誤動，為有效避免這一問題，熱偶斷線保護(hù)程序可在程序設(shè)計(jì)中增加“溫度值跳變”作為判斷熱電偶開路或測量回路開路依據(jù)，抑制輸出跳閘信號，防止給水泵誤跳閘，并進(jìn)行比較排汽溫度是否超過預(yù)定值。兩個(gè)輔助程序的關(guān)鍵任務(wù)是完成高低壓主汽閥的動作試驗(yàn)，與原控制系統(tǒng)沒有明顯區(qū)別。

控制系統(tǒng)操作員終端程序主要采用結(jié)構(gòu)關(guān)系清晰、層次感重且畫面性較強(qiáng)顯示屏顯示，其邏輯編程和程序設(shè)計(jì)主要由panclbuilder模型的配套操作軟件完成。具體包括主控屏、主屏、潤滑油控制屏、子控制屏、報(bào)警記錄屏等方面：其中，主控屏是操作員終端對所有顯示屏的控制中心主要實(shí)現(xiàn)整個(gè)顯示屏的系統(tǒng)設(shè)置；主屏主要負(fù)責(zé)給水泵在實(shí)際運(yùn)行中的相關(guān)參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視；潤滑油控制屏負(fù)責(zé)對油箱內(nèi)潤滑油的液位和壓力參數(shù)等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)視，當(dāng)故障時(shí)啟動緊急報(bào)警信號燈提醒工作人員及時(shí)油箱進(jìn)行檢查；子控制屏由四個(gè)觸摸按鈕和八個(gè)狀態(tài)指示燈組成，主要執(zhí)行控制系統(tǒng)的運(yùn)行操作；報(bào)警記錄屏負(fù)責(zé)整個(gè)操作員終端的在線實(shí)時(shí)報(bào)警動作和信息監(jiān)控，同時(shí)整理分析數(shù)據(jù)進(jìn)行自動存儲到數(shù)據(jù)庫中。

結(jié)束語：電廠采用PLC 5/L20可編程邏輯控制系統(tǒng)，提高了給水泵汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的安全性能，同時(shí)也避免了控制系統(tǒng)故障引起的保護(hù)誤動，導(dǎo)致給水泵跳閘事故，特別是加裝熱電偶斷線保護(hù)后，通過多年的運(yùn)行實(shí)踐證明，PLC 5/L20可編程邏輯控制系統(tǒng)在電廠給水泵控制系統(tǒng)中具有諸多優(yōu)點(diǎn)，值得推廣應(yīng)用廣泛的研究和推廣，以及后期的不斷更新和完善，將為電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力的保障。