施耐德电气Quantum PLC在火电厂辅控网系统中的应用

一、 摘要
以云南大唐红河电厂辅控网系统为例，论述施耐德电气Quantum PLC在火电厂辅机系统中的应用。对Quantum系统的硬件、软件结构、工作原理进行了说明，阐述电厂辅控网模式在经济、管理上的合理性和技术上的可行性，并且根据江边取水系统重点介绍Quantum PLC的具体应用。
二、 概述
随着工业自动化技术的飞速发展，电力系统的进一步深入改革，电厂对辅控网系统自动化程度的不断提高 。在火力发电厂的辅机系统的设计中，一般是根据辅控设备的功能，按“水”、“灰”、“煤”三个系统设立了独立的集中监控网。但为了保证设备优质高效的运行、提高劳动生产率、提高运行人员整体素质，满足减员增效的要求，取消一般的“水”、“灰”、“煤”三个独立的监控网，只构建一个电厂集中辅控网的新思路，并把辅控网数据并入SIS系统中。
三、 工程描述
大唐红河电厂辅控网包括江边取水、生水石灰预处理、次氯酸钠、锅炉补给水、工业废水、凝结水精处理、炉内加药、含煤废水、输煤、燃油泵房、制氢、气力除灰、电除尘一共十三个子系统，全部使用Quantum PLC系统。辅控网对PLC有较高要求，主要有以下几个特点：
1、 由于电厂控制水平要求高，所以根据工艺段的重要级别，大部分子系统选用Quantum PLC双机热备系统；
2、 在满足工艺、控制要求的前提下，提高性能价格比，对点数不太多的子系统选用了CPU11303双机热备系统;
3、 为保证电源的可靠性，子系统选用了冗余电源；
4、 对I/O模块的选型，设计进行了优化；
在开远大唐红河电厂辅控网中，我们充分利用了Quantum PLC强大的功能，很好解决了控制系统中存在的问题和难点。在通讯上，我们使用工业以太网，用TCP/IP协议加光纤远距离传输，构建百/千兆网络。NOE通讯模块至交换机采用双绞线，厂区内各系统到辅控网基本上没超过2公里，所以用多模光纤；江边取水系统距离较远，所以用单模光纤，网络速度好，信息传输方法机制合理，所以实时性相当强。网络结构图如（图一）所示：

图一
四、 PLC介绍
Quantum PLC模块采用现代大规模集成电路技术，经过严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，所以具有很高的可靠性。Quantum PLC还带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。而且可以在Concept中编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，使整个系统有极高的可靠性。所有模块都可以带电拔插，无需停止系统，减少工作量，维护方便。LED状态指示器，直观地显示CPU及其I/O模板通道状态，为快速检修故障提供了极大方便。
Quantum PLC的配套齐全、功能完善、适用性强，江边取水、凝结水精处理等重要系统采用双机热备、冗余电源、冗余远程I/O、再加上双以太网，确保系统安全连续运行。尤其是先进的双机热备系统，组态简单，操作方便。通过两套配置完全相同的模块，形成主备的形式。在正常状态下，主机CPU负责处理程序运行，进行I/O通讯，通过热备模块更新备用机CPU的状态及数据，备用机则监视主机的运行状态。当主机发生故障时，备用机马上进行切换，变成主机接替故障机的处理工作，而且切换时间短，不会超过PLC的一个扫描周期，所以不会影响逻辑运行。
五、 工程实例
1、 工艺描述
云南大唐红河电厂水源地江边取水系统处于离主厂房17公里外的南盘江畔，一共分囤船取水、沉沙池、澄清池和二级泵房四个子站。江边取水系统由囤船三台取水泵将南盘江水抽到沉沙池进行泥沙沉淀，再自流到澄清池，加如凝聚剂助凝剂进一步沉淀杂质，再由生压泵打到山顶水池蓄水，自流到电厂作为电厂补给水源。流程如（图二）所示

2、 控制方式
江边取水系统操作运行分别设有“远程自动”、“远程手动”、“就地手动”三种工作模式。“远程自动”模式为正常的主要运行方式，根据系统满足自动顺序运行的条件，在操作员站上操作完成整个工艺流程。在程序编写中注意自动顺序执行期间，出现任何故障或运行人员中断信号，都能使正在运行的程序中断并回到安全状态，使程序中断的故障或运行人员的指令都将在画面实时显示。“远程手动”模式为运行人员在画面上点操一个被控对象。在远方手动模式下，系统提供了丰富帮助操作指导和反馈信息，指引操作人员的操作，以防止误操作。“就地手动”模式是运行人员通过就地控制箱操作被控对象，就地操作与远方程控操作之间有相互连锁。
3、系统配置
控制系统采用耐德电气Quantum PLC系列，整个系统开关量输出192点、开关量输入252点、模拟量输出8点、模拟量输入93点。设计时在需要的点数上还留有15%的余量。本系统模块数量如下（表一）

系统配置采用140 CPU 434 12控制器，双机热备、冗余电源、冗余I/O通信、双以太网，各子站通过同轴电缆通信。开关量控制信号用24V直流电源，开关量反馈用48V直流电源（防止压降），模拟量用都24V直流电源，4～20mA信号，分辨率采用4095。系统电源UPS为3KVA，实际整套系统只用到30%的容量。
系统配置图如（图三）所示

4、编程软件
本系统的编程软件使用施耐德电气Concept2.6软件，运行在Windows 2000系统下。上位监控软件用Wonderware 公司Intouch9.5，与Quantum系列PLC完美的结合在一起。Concept2.6编程软件完成对硬件组态、子站和地址的分配，编写整个系统程序的控制逻辑。Concept编程软件采用国际标准的IEC61131-3 编程语言，通俗易懂、直观简单，强大的编程环境基本可以满足一切工业逻辑要求。尤其是Concept DFB块功能，可以自己编写一些基本功能块，比如泵、阀等的数据转换，在编程时直接调用，大大提高工作效率，也使程序看上去简洁明了。程序中要对阀门监视的信号有开到位、关到位、过扭矩、超时、远方／就地切换等，泵有运行，故障、远方／就地切换等，实现了数据准确采集和工程量转换。有些调节阀需进行PID操作，PID操作由程序中的PID功能块完成，还能完成手动／自动的无扰切换功能。
六、 应用总结
施耐德电气Quantum PLC具有强大处理能力的大型控制系统，可以满足大部分离散和过程控制的经济和灵活的硬件控制平台，极高的性价比也是在同等PLC中屈指可数的。云南大唐红河电厂辅机全部采用Quantum PLC，各系统运行情况十分理想。其优异性能、稳定可靠的运行电厂辅机设备提供了优异的技术保障，也给运行、维护人员提供很大的便利。
七、 建议
在满足工艺、控制要求的前提下，对点数较少但又是重要岗位的子系统，选用CPU11303系列双机热备控制器，只能采用LL984编程，一是编程麻烦，二是功能较差，三是不利于整个电厂编程的一致性和维护，能否升级也用IEC编程，这样小系统也具有很强的竞争力！