伺服及PLC 控制系統(tǒng)
施耐德PLC 在余熱發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用
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商務(wù):鄭工直線: -822
Application of Schneider PLC in CDQ Power Plant
LI Wu-gang
(Shanghai Baosight Software Co.,Ltd.,Baoshan 201900,China)
Abstract:The Unity Quantum system made by Schneider Company in France had been adopted in programme-controlled projects for 2×
16200KW CDQ power generation units.The situation of design and engineering application for the system has been also presented.
0 引 言
干法熄焦是目前國(guó)外較廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)節(jié)能技
術(shù),簡(jiǎn)稱CDQ。干熄焦技術(shù)是利用冷的惰性氣體( N 2或燃
燒后的廢氣) ,在干熄爐中與赤熱紅焦換熱從而冷卻紅
焦。吸收了紅焦熱量的惰性氣體將熱量傳給干熄焦鍋
爐產(chǎn)生蒸汽,被冷卻的惰性氣體再由循環(huán)風(fēng)機(jī)鼓入干
熄爐冷卻紅焦。干熄焦鍋爐產(chǎn)生的蒸汽并入廠內(nèi)蒸汽
管網(wǎng)或送去發(fā)電。
C D Q 發(fā)電一次能源來(lái)源于焦炭生產(chǎn)副產(chǎn)品冷卻紅
焦的熱量,具有環(huán)境效益和相當(dāng)顯著的經(jīng)濟(jì)效益,在能
源問(wèn)題日益成為企業(yè)發(fā)展瓶頸的今天,越來(lái)越多地受
到相關(guān)部門和企業(yè)的關(guān)注。
1 項(xiàng)目概況
張家港宏發(fā)煉鋼有限公司焦化三期低壓發(fā)電工
程包括2臺(tái)16200kW的凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組(C9-R6-R型,
新日本造機(jī)制造)、配套生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)(東洋電機(jī)制
造)、循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水回收系統(tǒng)。
P L C 系統(tǒng)完成汽輪機(jī)熱工、循環(huán)水系統(tǒng)、凝結(jié)水回
收系統(tǒng)的控制,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程*操作監(jiān)控、聯(lián)鎖保護(hù)、故
障報(bào)警、事故記錄等功能。本項(xiàng)目硬件系統(tǒng)選用施耐德
公司的產(chǎn)品Unity Quantum系列。
2 工藝流程及控制內(nèi)容
2.1 工藝流程
本項(xiàng)目低壓發(fā)電系統(tǒng)屬于余熱利用系統(tǒng),焦化廠
干熄焦系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入焦化廠前期工程高壓發(fā)
電系統(tǒng)的背壓發(fā)電機(jī)組中。本項(xiàng)目利用高壓發(fā)電背壓
機(jī)組汽輪機(jī)排氣作為蒸汽動(dòng)力源( 以下簡(jiǎn)稱汽源) ,汽
源流經(jīng)低壓汽輪機(jī),在低壓汽輪機(jī)做完功的蒸汽在冷
凝器中凝結(jié)匯流到熱井,然后經(jīng)3 臺(tái)凝結(jié)水泵抽至凝結(jié)
水箱,zui后經(jīng)凝結(jié)水回收泵回收到干熄焦系統(tǒng)重新利
用。低壓發(fā)電系統(tǒng)工藝如圖1 所示。
2.2 控制內(nèi)容
汽輪機(jī)系統(tǒng):包括控制油泵、潤(rùn)滑油泵、事故油泵、
凝結(jié)水泵、汽輪機(jī)主汽門、進(jìn)汽電動(dòng)門、軸封加熱器等
設(shè)備的控制和聯(lián)鎖保護(hù)。
循環(huán)水系統(tǒng):包括循環(huán)水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、循環(huán)水
補(bǔ)水電動(dòng)門、旁路電動(dòng)門等設(shè)備的控制和聯(lián)鎖保護(hù)。
圖1 低壓發(fā)電系統(tǒng)工藝總圖
伺服及PLC 控制系統(tǒng)
自動(dòng)化應(yīng)用2010 3期3 1
凝結(jié)水回收系統(tǒng):包括凝結(jié)水回用水泵及相關(guān)閥
門的控制和聯(lián)鎖保護(hù)。
3 工程實(shí)施
3.1 系統(tǒng)配置概況
控制系統(tǒng)配置概況如圖2 所示。
沙鋼焦化項(xiàng)目由3套Modicon Unity Quantun 設(shè)備構(gòu)
成。電源模塊采用適用于電流消耗較大場(chǎng)合的
140CPS11420可累加電源,控制器模塊為140CPSU65150,完
成對(duì)2 套汽輪機(jī)設(shè)備及配套的公用循環(huán)水設(shè)備的監(jiān)控。
控制組態(tài)軟件采用法國(guó)施耐德電氣公司的產(chǎn)品
Unity PRO XL2.2;人機(jī)界面軟件采用美國(guó)Wonderware公
司的intouch9.5。
3.1.1 PLC 硬件產(chǎn)品構(gòu)成和特點(diǎn)
施耐德Quantum產(chǎn)品包括背板總線(機(jī)架)、電源模
塊、CPU模塊、I/O模塊、智能模塊、遠(yuǎn)程、分布I/O模塊和
通信模塊。
Unity Quantum具有很多優(yōu)點(diǎn),下面簡(jiǎn)單介紹其特
點(diǎn):
(1) 采用雙處理器:In 586、PentuimII芯片,主頻范
圍66~266MHz,處理能力強(qiáng)大,可以滿足大部分過(guò)程控
制的要求; Phoenix處理器,作為Ethernet協(xié)處理器。
(2) 多任務(wù)操作系統(tǒng),支持主任務(wù)、快速任務(wù)、事件
任務(wù)、輔助任務(wù)。
(3) 向下兼容:通過(guò)下載固件升級(jí);Concept程序可
轉(zhuǎn)為Unity 程序。
(4) 集成多種通信端口,包括Modbus RS-232、
Modbus RS-485、Modbus Plus、10/100Mbps 以太網(wǎng)端口
Ethernet TCP/IP、12 Mbps USB 編程口。
(5) 采用Flash存儲(chǔ)器,易于升級(jí)。
(6)可以提供包括CPU、電源、遠(yuǎn)程I/O、工業(yè)控制網(wǎng)
絡(luò)( M o d b u s P l u s )的冗余熱備解決方案, 大大提高了P L C
控制的安全性能。
(7) 可與多種人機(jī)界面軟件匹配,提高了監(jiān)控與管
理水平。
3.1.2 PLC 硬件組態(tài)
P L C系統(tǒng)硬件組態(tài)如圖3 所示,由2 個(gè)機(jī)架組成,一
個(gè)是1 6 槽本地機(jī)架,另一個(gè)是分布式擴(kuò)展機(jī)架,2 個(gè)機(jī)
架通過(guò)背板擴(kuò)展模塊140_XBE_100_00和背板擴(kuò)展
電纜進(jìn)行通信連接。在硬件配置及編程上,擴(kuò)展機(jī)架的
模塊可以視同本地機(jī)架模塊處理。
圖3PLC系統(tǒng)包含下列模塊:
(1)2塊可累加電源模塊140CPS11420,其一在本地機(jī)
架一槽,另一在分布式擴(kuò)展機(jī)架一槽??奢斎?10V/220V
2 種標(biāo)準(zhǔn)電壓,通用性較好,輸出電壓5 V 。
(2)CPU模塊,型號(hào)140CPU65150,包括2個(gè)Modbus通信
口RS-232和RS-485,一個(gè)以太網(wǎng)(Ethernet)口和一個(gè)USB便
捷編程口。
(3)AI模塊,3塊140ACI04000通用16通道模擬量模塊,
支持每一通道單獨(dú)配置,信號(hào)類型有4 ~2 0 m A 、0 ~
20mA、0~25mA 3種輸入模式。
(4)AO模塊,1塊140ACO13000通用8通道模擬量模
塊,支持每一通道單獨(dú)配置,信號(hào)類型有4 ~20mA、0 ~
20mA、0~25mA 3種輸出模式。
(5)熱電阻模塊,3塊140ARI03010 8通道熱電阻模塊,
支持?jǐn)z氏和華氏2 種表示模式,支持每一通道單獨(dú)配置
熱電阻類型和接線方式,支持的熱電阻類型有P t 1 0 0 、
Pt200、Pt500、Pt1000、Ni100、Ni200、Ni500、Ni1000、Apt100、
Apt500、Apt1000等;支持的接線方式包括2線、3線和4線。
(6)熱電偶模塊,1塊140ATI03000 8通道熱電偶模塊,
圖2 沙鋼焦化低壓發(fā)電控制系統(tǒng)配置
圖3 沙鋼焦化低壓發(fā)電P L C 硬件組態(tài)
3 2 www.au t o-ap p ly. c om 自動(dòng)化應(yīng)用
伺服及PLC 控制系統(tǒng)
支持?jǐn)z氏和華氏2 種表示模式,支持每一通道單獨(dú)配置
熱電偶類型,支持的熱電阻類型有J 、K 、E 、S 、R 、B 型等;
支持板級(jí)和通道級(jí)2 種冷端補(bǔ)償方式。
(7)SOE模塊,1塊140ERT85410毫秒級(jí)32點(diǎn)事件順序
記錄(Sequence Of Event)模塊。
(8)DI模塊,4塊140DDI35300 32通道通用數(shù)字量輸入
模塊。
(9)DO模塊,3塊140DDO35300 32通道通用數(shù)字量輸
出模塊。
3.1.3 PLC 軟件編程
項(xiàng)目采用施耐德版Unity Pro XL軟件平臺(tái),該
軟件平臺(tái)界面友好、使用方便,有如下主要特點(diǎn):
( 1 ) 具有高性能圖形編輯器和一個(gè)完整的系統(tǒng)應(yīng)
用程序調(diào)試診斷功能集,支持5種IEC61131-1編程語(yǔ)言。
( 2 ) 使用在PC 上運(yùn)行的P L C仿真器,應(yīng)用程序在現(xiàn)
場(chǎng)安裝之前可以被完整地測(cè)試。
(3)即時(shí)診斷。具有一個(gè)顯示窗口,可以按時(shí)間順序
清晰地顯示所有系統(tǒng)及應(yīng)用程序故障(在源處即加以
時(shí)間戳)。用于尋找故障原因的導(dǎo)航功能可以追溯到故
障源,尋找缺少的條件。
圖4為一個(gè)典型Unity Pro XL MAST tasks 編程圖,此
圖功能是起停凝結(jié)水泵,并根據(jù)工藝要求控制凝汽器
熱井水位。
3.1.4 HMI 畫(huà)面軟件
項(xiàng)目采用Wonderware 公司的Intouch,Intouch是用
于工業(yè)自動(dòng)化、過(guò)程控制和管理監(jiān)視的一個(gè)強(qiáng)大的圖
形人機(jī)界面( H M I ) 軟件。該產(chǎn)品有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)良好的開(kāi)放性。Intouch能與多種通信協(xié)議互連,
支持多種硬件設(shè)備。
( 2 )強(qiáng)大的畫(huà)面顯示功能。I n t o u c h 擁有龐大的圖形
圖4 汽輪機(jī)凝汽器水位控制L D 圖
庫(kù),支持JEPG、BMP等多種格式的圖形文件導(dǎo)入;提供強(qiáng)
大的控件,包含報(bào)警記錄、實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)等控件,同
時(shí)還可以添加多種A c t i v e X控件,使畫(huà)面生動(dòng)直觀,可以
作出逼真的動(dòng)畫(huà)效果,zui大程度模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。
(3)強(qiáng)大的腳本功能。能根據(jù)用戶需要編寫應(yīng)用程序
腳本、鍵腳本、數(shù)據(jù)改變腳本、A c t i v e X控件腳本,語(yǔ)言功
能強(qiáng)大,編寫的腳本可以是事件觸發(fā)也可使定時(shí)觸發(fā)。
(4)強(qiáng)大的ODBC功能。I n t o u c h 利用ODBC接口可與
多種數(shù)據(jù)庫(kù)連接,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的寫入和讀取功能;能
自動(dòng)生成報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù),各種事件和報(bào)警信息自動(dòng)寫入
報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)。
圖5 是項(xiàng)目的一副典型畫(huà)面。
3.2 實(shí)現(xiàn)基本功能
控制室設(shè)有3 臺(tái)操作站和1 臺(tái)工程師站機(jī)。操作員
通過(guò)C R T 畫(huà)面進(jìn)行參數(shù)設(shè)定、操作,監(jiān)視生產(chǎn)流程、設(shè)
備狀態(tài)、過(guò)程參數(shù)、趨勢(shì)、報(bào)警故障。3 臺(tái)H M I 操作員站
可以同時(shí)工作互為備用,操作站和工程師站與光纖工
業(yè)Ethernet網(wǎng)相連,1臺(tái)操作站用于1#汽輪機(jī)監(jiān)控、1臺(tái)
操作站用于2 #汽輪機(jī)監(jiān)控、1 臺(tái)操作站用于3 #配套輔
機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)監(jiān)控。操作員通過(guò)C R T 畫(huà)面進(jìn)行參數(shù)設(shè)
定、操作、生產(chǎn)過(guò)程流程圖顯示、設(shè)備狀態(tài)顯示、測(cè)量值
顯示、趨勢(shì)顯示、故障監(jiān)視和報(bào)警、報(bào)表打印。畫(huà)面及文
字均采用中文顯示。畫(huà)面、報(bào)表等格式按照行業(yè)相關(guān)規(guī)
定和用戶的要求進(jìn)行編制。
3.3 與其它系統(tǒng)的
由于電力綜保系統(tǒng)使用的信號(hào)有一部分需要本
系統(tǒng)提供,這里采用施耐德公司Modbus to Ethernet專
用網(wǎng)橋設(shè)備174CEV30020,以標(biāo)準(zhǔn)Modbus協(xié)議送出電力
系統(tǒng)綜保裝置所需的信號(hào),主要包括發(fā)電機(jī)相關(guān)狀態(tài)
信號(hào)和并網(wǎng)所需信息。__