PLC在精处理控制系统中的应用

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0引言

plc是可编程的控制器。是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心,把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。新型火电厂外围系统已经普遍使用PLC作为控制核心，实现系统的自动化控制，节约了人力。凝结水精处理系统是直流锅炉机组的一个重要系统，二十五项反措中明确要求凝结水精处理系统禁止退出运行，因此，就要求凝结水精处理控制系统有很高的可靠性和安全性。在现在的火电厂中，凝结水精处理的控制逻辑已经非常成熟，但在维护过程中，还是发现一些问题，如保护误动率高、非停风险大、误操作可能性高等。这就对控制逻辑和硬件组态提出了更高的要求，需要不断的优化与提升。

1PLC概述

1.1结构

可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController），是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。

1.2工作原理

PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，对每个程序，CPU从第一条指令开始执行程序，直至遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点，也可以说PLC是“串行”工作的，这和传统的继电器控制系统的继电器控制系统“并行”工作有质的区别。PLC的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。对于用户来说，选择一个PLC，合理的编制程序是缩短响应时间的关键。

2PLC在凝结水精处理系统中的应用

某电厂凝结水精处理工艺系统配2台独立的CRT操作员站，为满足系统稳定可靠的要求，PLC采用的是西门子公司S7-400系列的电源模件和CPU模件冗余控制，组成双机互备，通过以太网进行实施通讯，同时具备双网冗余功能。编程软件采用了西门子公司的STEP7工程软件，可以实现程序的实时监测以及在线修改下装程序，上位机人机交互系统采用了GE公司的IFIX软件，操作画面上所有设备及系统流程一目了然，操作简单方便。凝结水精处理控制的气动阀门，采用的是24VDC电磁阀，对电磁阀的操作指令通过上位发出后，经PLC的DO卡件输出指令，并通过OMRON24VCD继电器将信号隔离后输出到就地电磁阀，从而实现阀门的开关操作。电机和电动阀门的操作部分也是由DO输出指令后，经OMRON220VAC继电器加以隔离后输出，从而控制电机的启停和电动门的开关。具体的方式是当指令发出后，继电器线圈带电，常开接点闭合，指令送出到电气控制回路中，由电气回路完成电机启停或者电动门的开关。程序控制分为一单元、二单元、公用系统三大部分，有相应的控制面板，并设有“时间控制”画面，运行人员可对程序控制的所有步序的时间进行实时调整。1、2单元过滤器系统、高混系统程控设计自动、手动两种方式。自动模式下，所有的操作行为将由程序将自动执行。同时所有相关设备的手动远操都被禁止。为了保护设备的安全，防止出现操作意外以及对一些设备实现顺序控制，系统设置了一些硬件和软件方式的联锁，正常运行状态系统有两台过滤器及两台高速混床运行，当只有一台过滤器运行时，系统旁路门自动半开，当过滤器全停时，系统旁路门全开，混床系统也设置此连锁。同时，为了防止系统及介质异常而导致设备损坏，系统设置了一些保护，例如，系统入口凝结水温度高于70℃就有可能损伤设备，程序设置了当温度大于70℃时，停止系统运行，开启系统旁路的保护。

3凝结水精处理PLC控制系统存在的问题及优化

上文谈到某电厂凝结水精处理系统设置了系统入口凝结水温度高跳系统保护，但在实际运行及维护过程中，发现此保护的设计存在一定的弊端。按照自动控制系统保护的设计原则，禁止使用单点（就地只有一个测点）保护，而某电厂凝结水精处理系统入口温度测点只有一个测温元件，当逻辑采集到的温度高于70℃时，延时1分钟开精处理系统、混床旁路门，精处理退出运行。同时温度测点为PT100热电阻元件，当发生断线或接触不良时，电阻增大，导致温度虚假升高，使保护逻辑动作，系统误动。基于这个弊端，必须采取措施来减小系统误动的可能性，降低机组的安全风险。根据自动控制系统保护的设计原则，我们可以采取以下优化方案：

3.1增加测点

在原有测点的基础上，重新选择两点增加测温元件，选择可靠性高的温度元件。在PLC的AI卡件上新增两个通道，将温度元件接入。逻辑中增加这两点温度的换算块，并将这三点温度进行选择，采用三取二或三取中，选择的结果用于保护逻辑回路。这样，就能大大减少因元件故障而造成的保护误动。

3.2优化逻辑

由于机组运行中增加测点难度较大，因此还可以优化原有逻辑来避免保护误动。当入口温度每秒温升大于16℃时，认为测量元件异常，自动切断保护逻辑，且温度会在画面上显示温升过高报警。当温度元件恢复正常，且低于定值后延时30秒，保护逻辑自动恢复。

3.3硬件优化

电厂虽然配备了两套凝结水控制系统，却只有一套PLC控制系统。如果PLC控制系统出现故障停运，则两套凝结水精处理系统全停。例如，在处理逻辑缺陷时下载逻辑导致CPU停运，两套精处理系统全停；处理公用系统某电磁阀箱转换开关缺陷时导致PLC电源异常，两套精处理系统全停；PLC备站电源模块故障，需将两套精处理系统全停后方可进行更换。这些事情的发生，严重影响主机的安全运行。针对这一弊端，我们可以采取再增加两套PLC控制单元，从站模块按系统分开连接的方案。将原来一套PLC控制系统改为三套PLC控制系统，并根据机组功能进行网络连接的分域。原有的控制单元现在作为一单元的控制系统，将二单元与公用系统的从站分别拆分出来，接至新增加的两套控制单元上，这样，一单元、二单元、公用系统就完全独立起来，整个凝结水精处理系统就有三套独立的PLC控制系统。硬件分域完成后进行逻辑分域，使控制逻辑完全独立。这样，在处理某一单元的缺陷时就完全不会影响到另一单元，同时，也可以在维修某台机组时放心的对PLC进行断电、卡件清灰、逻辑检查等工作。

4优化后的效果

经过优化后的控制系统效果如何，我们可以通过实验来验证。

4.1逻辑验证

做完逻辑以后，我们可以进行传动试验，来验证所做的优化是否有效果。逻辑正常下装后，将逻辑在线，人为将元件线拆掉，温度显示最大，因为温度突然升高，每秒温升大于16℃，逻辑认为元件异常，已经将保护逻辑切断，保护不动作。将接线恢复，逻辑认为温度元件恢复正常，延时30秒后保护逻辑恢复。试验证明，我们所进行的这些优化可以达到预期目的，同时此逻辑还具有判断元件质量的功能，在PLC中，没有专门的质量判断功能块，因此，今后可以用这段逻辑作为模板，来进行质量判断。

4.2系统验证

在某机组停机期间模拟3次精处理系统不同工作，看是否会对另外一台机组精处理系统及公用系统造成影响。首先，在停运机组的精处理控制系统进行不规范的逻辑下载，另外一台机组精处理系统及公用系统发生异常0次；其次，对停运机组精处理控制系统进行断电操作，另外一台机组精处理系统及公用系统发生异常0次；最后，对停运机组精处理控制系统进行模块更换，另外一台机组精处理系统及公用系统发生异常0次。实验证明，优化后的控制系统达到了保护精处理系统安全平稳运行的效果。

5结束语

合理利用PLC控制系统，能够大大提高现代电厂的自动化水平，减少劳动力输出。凝结水精处理控制系统的优化成功，保证了凝结水精处理设备的可靠运行。目前电厂的PLC控制系统已经成熟、普遍，但还需要不断的探索研究，发现问题，优化问题，使工业自动化水平不断提高。

作者：王龙 单位：大唐户县热电厂