基于PLC和計算機網(wǎng)絡技術實現(xiàn)發(fā)電廠化學監(jiān)控系統(tǒng)設計

1、引言

發(fā)電廠化學監(jiān)控系統(tǒng)可實時自動監(jiān)測火力發(fā)電廠鍋爐給水、鍋爐爐水、蒸汽和凝結水的各項水汽質量參數(shù)。在連續(xù)在線儀表監(jiān)測的基礎上，提出一種發(fā)電廠化學監(jiān)控系統(tǒng)設計，該系統(tǒng)將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C，控制自動采集信號，實現(xiàn)電廠給水、爐水加藥的自動控制，并配置一定裕量以備系統(tǒng)后續(xù)擴充。該系統(tǒng)也可應用于化學加藥系統(tǒng)的在線監(jiān)控。

2、系統(tǒng)組成和控制方案

2．1 系統(tǒng)組成

整個系統(tǒng)（包括數(shù)據(jù)采集及加藥控制）的上位機可由一臺工業(yè)計算機（IPC）完成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理和管理，并與MIS系統(tǒng)等聯(lián)網(wǎng)。圖1為在線監(jiān)控及診斷系統(tǒng)圖。

2．2 控制方案

該系統(tǒng)集中采集分散在各個現(xiàn)場的化學儀表和熱工儀表的各種實時數(shù)據(jù)，及時準確反映機組運行過程中熱力系統(tǒng)水汽質量、化學運行工況、給水和爐水加藥自動控制及各加藥泵開關狀況，記錄主要運行參數(shù)和事件，按一定時間問隔存儲，便于趨勢圖顯示、報表制作，以及專家診斷、處理意見等采集的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)從在線分析儀表（pH表）中提取4～20 mA信號，根據(jù)運行工藝參數(shù)進行PID運算，輸出送變頻器控制加藥泵加藥量實現(xiàn)加藥自動閉環(huán)調節(jié)。圖2為控制系統(tǒng)流程。

3、系統(tǒng)硬件設計

3．1 上位監(jiān)控部分

該系統(tǒng)的上位監(jiān)控部分由工業(yè)計算機完成。監(jiān)控工作人員通過 CRT實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀況，設定或修改系統(tǒng)的運行參數(shù)，同時通過CRT遠程控制系統(tǒng)運行。上位機處理和管理數(shù)據(jù)，并與MIS系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，并對控制器進行組態(tài)，包括有：控制器網(wǎng)絡地址、控制器時間、選擇控制算法、設定算法參數(shù)、設定控制量的設定點、選擇算法輸入、出量通道等。

3．2 下位監(jiān)控部分

考慮到化學監(jiān)控系統(tǒng)受控規(guī)模較小，且大多數(shù)為模擬量輸入點，故系統(tǒng)下位監(jiān)控部分（I／O模塊）選用目前在工業(yè)控制領域應用較普遍的西門子公司的S7-200系列產品。該控制器具有很強的環(huán)境適應能力，適合于現(xiàn)場控制。通過選擇不同的I／O模塊l引接收和發(fā)送各種標準信號，并通過RS-485通訊接口方式與上位工控機實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向通訊?？刂破鳛閷ｉT設計的硬件產品，或直接將控制程序轉移到S7-200 系統(tǒng)，以使控制器有更好的硬件支持及更少的硬件故障率，并實現(xiàn)更多功能。S7-200是基于PC的可獨立完成數(shù)據(jù)采集與控制的可編程控制器，能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中可靠運行，還具備通用編程功能，允許運行用C或C++等高級語言編譯的應用程序。系統(tǒng)選用的調節(jié)設備為進口變頻器，通過調節(jié)加藥泵交流電機的轉速控制加藥量。該控制系統(tǒng)選用上位機軟件WinCC+西門子PLC的組合方案。PLC系統(tǒng)通過PorfiBus總線與上位機WinCC相連接。這種配置的擴展性強，開放性好，便于實現(xiàn)整個化學監(jiān)控系統(tǒng)。圖3為爐水監(jiān)控系統(tǒng)結構。

3．3 控制器選型

該控制系統(tǒng)CPU模塊自帶數(shù)字量的輸入／輸出，無需單獨的D／A轉換模塊。以西門子的 CPU214作為控制器的核心（CPU模塊），它具有豐富的指令系統(tǒng)，能夠進行各種復雜的邏輯運算和算術運算以及各種函數(shù)運算，如信號標度變換、信號濾波、PID運算等。在CPU模塊內部，由微處理器通過數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線以及輔助電路連接存儲器、接口及I/O單元。借助編程器接收鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；讀取并解釋執(zhí)行用戶程序；按規(guī)定的時序接收輸入狀態(tài)，刷新輸出狀態(tài)，與外部設備交換信息；診斷PC的硬件狀態(tài)等。A／D轉換模塊選用 EM235，該器件是高速12位模擬量模塊，能在149 ms內將模擬量轉換成相應的數(shù)字量。輸入電壓信號或電流信號。一般來說，pH值表都有4~20mA信號輸出，因此采用4~20mA標準信號輸入。

4 、系統(tǒng)軟件設計

4．1 上位機控制軟件

上位機采用WinCC系統(tǒng)，WindowsNT32具有的搶先多重任務的特性，確保對過程事件的快速反應并提供多種防止數(shù)據(jù)丟失的保護。WinCC是基于WindowsNT32位操作系統(tǒng)，在生產和過程自動化中解決可視化和控制任務的工業(yè)技術中性系統(tǒng)。它提供了適用于工業(yè)的圖形顯示、消息、歸檔以及報表的功能模塊。高性能的過程耦合、快速的畫面更新、以及可靠的數(shù)據(jù)使其具有高度的實用性。

除了這些系統(tǒng)功能外，WinCC還提供開放的界面，用于用戶解決方案。這使得WinCC集成復雜、廣泛的自動控制解決方案成為可能，可集成以ODBC和SQL方式的歸檔數(shù)據(jù)訪問，以及通過OLE2．0和ActiveX控件的對象和文檔鏈接。

4．2 下位機控制軟件

STEP 7-Micro／WIN提供3種編輯器來創(chuàng)建程序：梯形圖（LAD）、語句表（STL）、和功能塊圖（FBD）。用任何一種程序編輯器編寫的程序，都可用另外一種程序編輯器來瀏覽和閱讀，但要遵循一些輸入規(guī)則。STEP 7-Micro／WIN項目窗口為創(chuàng)建控制程序提供了一個便利的工作空間。工具欄為常用菜單命令的快捷方式提供按鈕；操作欄為訪問STEP 7-Micro／WIN不同的程序組件提供一組圖標，指令樹顯示所有項目對象和創(chuàng)建控制程序所需指令；程序編輯器中包括程序邏輯和局部變量表，可以在局部變量表中為臨時的局部變量定義符號名。程序編輯器的底部有子程序和中斷服務程序的標簽。點擊這些標簽可以在主程序、子程序和中斷服務程序之間切換。

4．3下位機控制軟件編程實例

4．3．1 采樣信號軟件濾波

在現(xiàn)場調試時發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)存在較為嚴重的信號干擾問題，通過查找問題并采用硬件隔離等措施均不見成效，由于工期較短、時間較急，故采用軟件濾波的方法加以處理，這也是工程中常見的處理方式。

4．3．2 比例／積分／微分（PLD）回路控制指令應用

PID回路指令（包含比例、積分、微分回路）用來進行PID運算。S7-200的PID回路未設置控制方式，只要PID塊有效，就可執(zhí)行PID運算。在這種意義上說，PID運算存在一種“自動”運行方式。當PID運算不被執(zhí)行時，稱之為“手動”方式。同計數(shù)器指令相似， PID指令有一個使能位。當該使能位檢測到一個信號的正跳變（從0到1），PID指令執(zhí)行一系列的動作，使PID指令從手動方式無擾動地切換到自動方式。為了達到無擾動切換，在轉變到自動控制前，必須用手動方式把當前輸出值填入回路表中的Mn欄。

5、結論

基于西門子S7-200可編程控制器的發(fā)電廠化學監(jiān)控系統(tǒng)應用計算機網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)生產過程的控制管理，提高設備運行效率和可靠性。該系統(tǒng)已成功應用于某4x300 WM發(fā)電機組。實踐證明，該系統(tǒng)不僅滿足生產需要，提高化學監(jiān)控診斷及管理水平，而且為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。

責任編輯：gt