鄭志強

韶關(guān)項目電除塵器為雙通道四電場(chǎng)，共有32個(gè)灰斗。每個(gè)灰斗下方設置閘板門(mén)、三通門(mén)、鎖氣器各一個(gè)?？刂埔鬄椋寒敾叶坊椅桓呋蛏衔粰C要求程序啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)鎖氣器→開(kāi)三通門(mén)→開(kāi)閘板門(mén)；當灰斗灰位低或上位機要求程序停止時(shí)，關(guān)閘板門(mén)→關(guān)三通門(mén)→停止鎖氣器。
(2)  爐底除渣和尾部煙道除灰系統
爐底除渣裝置控制順序為：開(kāi)渣斗激流噴嘴→開(kāi)碎渣機→開(kāi)排渣門(mén)→排渣15～30分鐘后關(guān)排渣門(mén)→關(guān)碎渣機→渣斗水位正常后再關(guān)激流噴嘴。
尾部煙道除灰系統的每個(gè)灰斗設有閘板門(mén)和鎖氣器，其控制要求為：當灰斗灰位高或上位機要求程序啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)鎖氣器→開(kāi)閘板門(mén)；當灰斗灰位低或上位機要求程序停止時(shí)，關(guān)閘板門(mén)→停止鎖氣器。
(3)  灰渣泵系統
此部分控制比較復雜，因灰渣泵共有5臺，灰渣輸送管卻只有3根，因此需要裝設很多閥門(mén)實(shí)施管間切換。本設計以灰渣管的運行方式來(lái)決定灰渣泵的運行狀態(tài)。#1灰渣管上運行#1～3灰渣泵，#2灰渣管上運行#2～4灰渣泵，#3灰渣管上運行#3～5灰渣泵?？刂七壿嫗椋焊鶕x定的灰渣管和灰渣泵，先開(kāi)泵前的灰渣閥，到位后啟動(dòng)泵，然后打開(kāi)泵出口的各個(gè)灰渣閥。
(4)  沖洗、沖灰水泵系統
①  軸封水泵，邏輯控制要求為：先開(kāi)泵入口閥門(mén)，接著(zhù)啟動(dòng)泵，泵啟動(dòng)后開(kāi)泵出口閥門(mén)。關(guān)的順序與開(kāi)的順序相反。兩臺泵互為備用，工作泵故障或泵出口母管壓力低時(shí)，備用泵及相應閥門(mén)自動(dòng)投入。
②  沖洗水泵，邏輯控制要求與軸封水泵基本相同。
③  沖灰水泵，邏輯控制要求與沖洗水泵相同。
3  控制系統硬件配置說(shuō)明
本系統按2×300MW機組容量設計，采用冗余配置，系統內任一模塊故障，均不會(huì )影響整個(gè)系統的工作。自診斷功能可診斷至模塊級，因此系統具有高度的可靠性?？刂葡到y的硬件配置方案見(jiàn)圖1。它由上位機(工業(yè)監控計算機)、雙機熱備Q系列PLC和遠程工作站組成。上位機與Q系列PLC組成工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò )，Q系列PLC與遠程工作站的信息通訊是通過(guò)CC-Link現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行雙向傳遞。

圖1  除灰渣控制系統硬件配置圖

3.1  上位機
上位機是人機界面的基本硬件平臺，其性能及品質(zhì)的好壞直接關(guān)系到整個(gè)系統的可靠性。本系統上位機冗余配置2臺臺灣研華610型計算機，CPU主頻PII 300，內存128MB，美國3COM公司的10M以太網(wǎng)卡。CRT為PHILIPS的21寸彩色顯示器，同時(shí)配置一臺HP4L型激光打印機，實(shí)現對整個(gè)系統的監控、報警、報表打印和事故分析。
3.2  雙機熱備的Q系列PLC
這是本控制系統的一個(gè)重要組成部分，負責沖洗沖灰子系統的邏輯和聯(lián)鎖控制、部分模擬量輸入和輸出、通訊總線(xiàn)和CPU的切換等。
(1)  主基板
系統采用的A32RB主基板，是冗余電源雙CPU配置用基板。板上插有下列模塊：
①  電源模塊A61RP，給主基板供電，主基板再為CPU和其它模塊提供5VDC電源。模塊額定電流為8A，輸入電壓為220VAC。
②  CPU模塊Q4ARCPU，內置128KB的RAM存儲器。
③  系統控制模塊AS92R，用于監視：1)CPU的自診斷結果；2)CPU的操作監視器；3)AS92R的自監視器；4)5VDC電源電壓；5)24VDC電源電壓；6)電源模塊故障。當發(fā)現其中任何故障時(shí)，AS92R提供信號給總線(xiàn)切換模塊，使之實(shí)施系統切換，并給出相應的系統報警信號。
④  總線(xiàn)切換模塊A6RAF，負責切換總線(xiàn)。運行狀態(tài)下其面板設置一般為：A站為主控站，B站為熱備狀態(tài)。
(2)  擴展基板
擴展基板采用A68RB型冗余電源基板，通過(guò)AC12B擴展電纜與主基板連接，擴展基板上插有下列模塊：
①  電源模塊A61RP。
②  CC-Link通訊模塊AJ61QBT11。
③  以太網(wǎng)通訊模塊AJ71QE71，支持TCP/IP或UDP/IP協(xié)議，可選擇固定的緩沖器、隨機的緩沖器和PLC服務(wù)三種通訊方式。傳輸速率為10Mbps，傳送的最遠距離為2500m。
④  模擬量輸入模塊A616AD，可接收-10V～+10V電壓信號或4～20mA電流信號。隔離方式是輸入端子與內部電路之間光電隔離，但通道間不隔離。
⑤  開(kāi)關(guān)量輸入模塊AX41，可接受32個(gè)信號。輸入回路與內部電路間采用光電隔離，各輸入回路均有LED顯示燈。
⑥  開(kāi)關(guān)量輸出模塊AY13，可輸出32個(gè)信號。同樣采用光電隔離，輸出點(diǎn)容量2A。
⑦  溫度輸入模塊A68RD3，可接三線(xiàn)制Pt100測溫傳感器。溫度輸入范圍為-180℃～+600℃，分辨率0.025℃，輸出可用16位或32位二進(jìn)制數表示。
3.3  遠程工作站
遠程工作站是在常規的低壓開(kāi)關(guān)柜上增設智能控制裝置，智能控制裝置與開(kāi)關(guān)柜之間的接口設計和制作是本控制系統研制的重點(diǎn)內容之一。
遠程工作站（共12臺）就地安裝在被控對象附近，擔負著(zhù)各泵、閥門(mén)、鎖氣器等的數據采集、順序控制和聯(lián)鎖保護等功能。
遠程工作站內的智能控制裝置選用FX2N-128MR，它是超小型、多功能的可編程裝置，其主要功能和性能為：
①  數據采集和處理 輸入64點(diǎn)，接收無(wú)源觸點(diǎn)信號，查詢(xún)電壓24VDC。輸出64點(diǎn)，外接交流負載，工作電壓220VAC。輸入輸出均有狀態(tài)指示燈。
②  順序和邏輯控制 可獨立編程處理各個(gè)I/O信號，程序容量8K，可擴展至16K，指令運算速度0.08μs / 基本指令。
③  通訊速率 可選300bps～19600bps。
④  通信協(xié)議 可選RS232C/422/485、CC-Link或按IEC61158現場(chǎng)總線(xiàn)標準。本系統采用冗余CC-Link現場(chǎng)總線(xiàn)，通訊模塊為FX2N-32CCL，共2塊，24VDC電源。
⑤  自診斷 CPU或程序出錯時(shí)由LED燈顯示，可通過(guò)查看特殊數據寄存器來(lái)查詢(xún)錯誤信息。
3.4  以太網(wǎng)
上位機和Q系列PLC的通信采用10Base5標準以太網(wǎng)絡(luò )，總線(xiàn)型拓撲結構。網(wǎng)絡(luò )硬件有50Ω粗同軸電纜，外部收發(fā)器，以太網(wǎng)卡。網(wǎng)絡(luò )有4個(gè)站，包括2臺PC，2臺PLC，各站通過(guò)IP地址區分。
PC1的IP地址：192.0.1.11；
PC2的IP地址：192.0.1.10；
PLC1的IP地址：192.0.1.1(主PLC)；
PLC2的IP地址：192.0.1.2(備PLC)。
正常情況下，PC1和PC2均可監控雙機熱備的PLC。如PLC1出現故障，由總線(xiàn)切換模塊將PLC2切換為工作主站。
3.5  CC-Link現場(chǎng)總線(xiàn)
CC-Link網(wǎng)絡(luò )由主站、從站和通信網(wǎng)線(xiàn)構成。主站是Q4ARCPU，從站包括遠程數字量I/O、遠程模擬量I/O、遠程高速計數器等。主、從站需設置站號、傳輸速率、占用站數等。主站與從站的通信由兩塊主/從通訊模塊完成，主站靠站址辨識從站，即每個(gè)從站都有一個(gè)不同的站號，主站發(fā)送的信息，只有相應站號的從站才能響應。
CC-Link技術(shù)規范參見(jiàn)表1。
本系統中，Q系列PLC與遠程工作站GCR(Z)柜間的CC-Link網(wǎng)絡(luò )通訊采用冗余技術(shù)：① AJ61QBT11通訊模塊，共6塊，每個(gè)子系統各有2塊，一工作一備用。正常情況時(shí)，通訊模塊1采集現場(chǎng)信號，收發(fā)信息，如有故障切換到備用通訊模塊。② FX2N-32CCL通訊模塊的設置與對應的主通訊模塊連接有關(guān)。
冗余總線(xiàn)上對應同一遠程工作站，有2塊開(kāi)關(guān)設置相同的通訊模塊FX2N-32CCL，一工作一備用?？偩€(xiàn)上的通訊模塊站號依次為：01，05，09，13，17。模塊的通信速率，按不同子系統的距離遠近，設置成與對應的主通訊模塊的速率相同。
CC-Link網(wǎng)絡(luò )中所有站均要編程初始化，才能使網(wǎng)絡(luò )正常工作。

表1 

4  軟件開(kāi)發(fā)
4.1  PLC軟件編制
本系統PLC控制部分采用三菱公司的GPPW編程軟件，它提供指令表、梯形圖和順序功能圖三種編程方法。
指令表是最原始的編程方式，它是將控制指令按順序逐個(gè)排列，生成文本程序文件，因其編制方法落后，本項目沒(méi)有用來(lái)直接編程，只是在程序檢查時(shí)偶爾用之。梯形圖編程是當前工業(yè)上應用最為廣泛的PLC編程方法，其最大的特點(diǎn)是類(lèi)似工業(yè)控制電氣圖的繼電器邏輯，容易被習慣于看電氣圖的工程技術(shù)人員看懂，本系統的PLC控制編程正是使用這一編程方法。順序功能圖則將控制過(guò)程分成多個(gè)步序和傳送，一步序代表一個(gè)具體操作或功能子程序，一個(gè)傳送代表從一個(gè)執行步序過(guò)渡到另一個(gè)執行步序的傳送條件，此種編程方式比較適應于查找故障點(diǎn)。
本系統編程的基本流程是：根據已經(jīng)確定的工藝系統控制要求→畫(huà)出流程圖→標注各信息流之間的關(guān)系→安排輸入、輸出的配置→對輸入、輸出進(jìn)行地址編號→畫(huà)出信號端子和現場(chǎng)信號聯(lián)絡(luò )圖表?？刂瞥绦虻脑O計采用的是所謂的邏輯設計法，即根據生產(chǎn)過(guò)程中各檢測元件(如行程開(kāi)關(guān)，力矩開(kāi)關(guān)等)狀態(tài)的不同組合和變化，確定所應滿(mǎn)足的中間環(huán)節，再按各執行元件的工作要求，用觸點(diǎn)的串并聯(lián)組合在電路上實(shí)現邏輯表達式，最終形成程序文件。
4.2  上位軟件編制
本系統2臺上位監控機的監控軟件選用了當今市場(chǎng)上較為流行的美國Intellution公司的iFIX，它與PLC的數據交換如下述：
4.2.1  數據流向及過(guò)程數據庫
iFIX實(shí)施監控所需的數據和相關(guān)信息取自于下層的PLC，PLC可供iFIX讀取的數據源包含數據塊變量、I/O地址、對象屬性、歷史數據、畫(huà)面屬性、VBA事件、全局變量和表達式。iFIX數據庫與數據源的連接是通過(guò)I/O Driver來(lái)實(shí)現的(I/O Driver不從屬于iFIX，需要另外安裝)，iFIX讀取內部數據庫的數據并將數據傳送到應用程序的過(guò)程，則由驅動(dòng)器映象表(DIT)和掃描、報警、控制程序(SAC)完成，無(wú)需操作干預。數據流向為：
Process→PLC→I/O Driver→DIT→SAC→PDB→View
iFIX的過(guò)程數據庫由塊和鏈組成。塊是由iFIX提供的執行一定功能的指令集合，鏈是連接各個(gè)功能塊的邏輯關(guān)系，塊與鏈的合理搭配即形成所謂的邏輯塊鏈，一系列邏輯塊鏈連接在一起便生成一個(gè)控制或監視回路。塊分兩類(lèi)：① 基本塊 (Primary blocks) 邏輯塊鏈的起點(diǎn)，一般用于處理數據庫的輸入或輸出，如AI、AO、DI、DO等塊；② 二級塊 (Secondary block) 從前繼塊獲取數據并執行某種類(lèi)型動(dòng)作或計算，如計算塊CA。
例如：在灰渣泵房控制中，#1泵處于運行狀態(tài)，#2泵被選為備用泵，當#1泵跳閘，#2泵自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，其控制策略需要設置以下邏輯塊鏈：
#1泵跳閘信號處理塊DI→跳閘/自起動(dòng)控制計算塊CA→輸出#2泵啟動(dòng)信號處理塊DO
4.2.2   報警處理
iFIX提供了一套功能完善的報警生成程序，它可通過(guò)設定報警區及報警區路徑，將某一參數值超過(guò)預先設定值的基本塊的報警狀態(tài)傳送至相應的報警匯總表或報警顯示窗口。
在本項目的報警包括壓力、溫度、物位、電流、設備故障等。
4.2.3   數據安全設置
為了保護數據庫不受未授權的寫(xiě)操作，iFIX提供了安全保護區，它可以將數據庫內的數據塊按安全級別分類(lèi)存儲。不同操作權限的人員只能對相應級別數據區寫(xiě)操作。本系統的上位機設置三個(gè)權限：① 操作員：只能在WorkSpace運行狀態(tài)下操作；② 工程師：能進(jìn)入WorkSpace組態(tài)模式編輯文件；③ 系統管理員：享受本系統的最高權限。
對數據安全的設置稱(chēng)為安全組態(tài)，這些工作在安全組態(tài)程序中進(jìn)行，包括：① 允許/禁止安全系統；② 生成和編輯用戶(hù)及組帳號；③ 建立啟動(dòng)時(shí)的自動(dòng)登錄；④ 定義用戶(hù)使用程序功能的權限；⑤ 定義用戶(hù)名和口令；⑥ 定義安全區名。
5  調試
所有的PLC控制程序和上位機操作畫(huà)面編制完成后，系統曾在制造廠(chǎng)進(jìn)行模擬調試，方法是用小型開(kāi)關(guān)模擬遠程工作站的輸入，將遠程工作站的輸出接至顯示燈泡，短接所需輸入(即開(kāi)關(guān)合上)，觀(guān)察程序的輸出是否響應(即是燈泡亮否)以判斷程序的正確性。調試時(shí)對所有被控對象的單操和程序控制分別進(jìn)行試驗。
裝置在韶關(guān)電廠(chǎng)安裝完成后又進(jìn)行一次現場(chǎng)調試，期間曾根據現場(chǎng)條件的變化作過(guò)程序修改。
6  投運
經(jīng)過(guò)近一年的設計、組態(tài)、編程和調試，系統于2000年7月裝配完畢，同月交付韶關(guān)電廠(chǎng)工地施工，2000年9月，由廣東省電力設計研究院、廣東省試驗研究所、廣東省工程監理公司、汕特儀表成套廠(chǎng)及韶關(guān)電廠(chǎng)等單位組成驗收小組，對本控制系統進(jìn)行了驗收，隨后投入運行。從移交生產(chǎn)至今，控制系統運行正常，使用起來(lái)方便、可靠，維護工作極為簡(jiǎn)單，降低了運行和維護人員的勞動(dòng)強度。這套控制系統投運至今已穩定運行一年多，電廠(chǎng)反映有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：
  通過(guò)CRT畫(huà)面直接控制現場(chǎng)設備，操作方便且直觀(guān)。
  一些主要設備的正常啟停與事故切換可由程序自動(dòng)控制，無(wú)須人工逐步操作，體現高度自動(dòng)化。
  灰斗排灰由智能遠程工作站根據灰斗灰位自成閉環(huán)控制，令控制周期縮短，減輕操作員負擔。
  監控系統具備過(guò)程數據的實(shí)時(shí)更新和存儲，查看、打印運行報表方便及時(shí)。
  采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)節省了大量控制電纜，也令系統的安裝、檢修和維護更加方便。