PLC在電廠輸煤自控系統(tǒng)中的應(yīng)用
摘 要: 結(jié)合SIEMENS S7-200型PLC的特點(diǎn)以及電廠輸煤系統(tǒng)的特殊要求,介紹了PLC在電廠輸煤系統(tǒng)中用于聯(lián)鎖控制的程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/244588.htm關(guān)鍵詞: 可編程邏輯控制器(PLC)輸煤自控系統(tǒng) 聯(lián)鎖控制 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)
可編程邏輯控制器(PLC)是八十年代發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置,是自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。由于控制對(duì)象的復(fù)雜性,使用環(huán)境的特殊性和運(yùn)行的長期連續(xù)性,使PLC在設(shè)計(jì)上有自己明顯的特點(diǎn):可靠性高,適應(yīng)性廣,具有通信功能,編程方便,結(jié)構(gòu)模塊化。在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中,PLC已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元,在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景極其廣泛。
在筆者參與開發(fā)的某電廠輸煤自控系統(tǒng)中,系統(tǒng)要求在遠(yuǎn)離輸煤廊的主廠房控制室里,對(duì)兩條輸煤線的18臺(tái)設(shè)備進(jìn)行控制,并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及皮帶跑偏的情況。鑒于電廠輸煤系統(tǒng)的重要性,我們采用PLC實(shí)現(xiàn)輸煤設(shè)備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性和特殊性,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)則作為上位機(jī)與PLC互相配合,共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控功能。
本文將主要介紹PLC的控制應(yīng)用。
1 輸煤系統(tǒng)控制要求
輸煤系統(tǒng)有兩條輸煤線,包括給煤機(jī)、皮帶機(jī)、振動(dòng)篩、破碎機(jī)等共18臺(tái)設(shè)備,在電廠中有著極為重要的地位,一旦不能正常工作,發(fā)電就會(huì)受到影響。為了保證生產(chǎn)運(yùn)行的可靠性,輸煤系統(tǒng)采用自動(dòng)(聯(lián)鎖)、手動(dòng)(單機(jī))兩種控制方式,自動(dòng)、手動(dòng)方式由開關(guān)進(jìn)行切換。由于輸煤廊環(huán)境惡劣,全部操作控制都在主廠房的主控制室里進(jìn)行,儀表盤上設(shè)有各個(gè)設(shè)備的啟、停按鈕,還有為PLC提供輸入信號(hào)的控制開關(guān)。輸煤設(shè)備控制功能由PLC實(shí)現(xiàn),設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和皮帶跑偏監(jiān)測(cè)以及事故紀(jì)錄功能則由上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)完成。
為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運(yùn)行,該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求:
· 供煤時(shí),各設(shè)備的啟動(dòng)、停止必須遵循特定的順序,即對(duì)各設(shè)備進(jìn)行聯(lián)鎖控制;
·各設(shè)備啟動(dòng)和停止過程中,要合理設(shè)置時(shí)間間隔(延時(shí))。啟動(dòng)延時(shí)統(tǒng)一設(shè)定為12s。停車延時(shí)按設(shè)備的不同要求而設(shè)定,分為10s、20s、30s、40s、60s幾種,以保證停車時(shí)破碎機(jī)為空載狀態(tài),各輸煤皮帶上無剩余煤;
·運(yùn)行過程中,某一臺(tái)設(shè)備發(fā)生故障時(shí),應(yīng)立即發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)停車,其前方(指供料方向)設(shè)備也立即停車。其后方的設(shè)備按一定順序及延時(shí)聯(lián)鎖停車;
·各輸煤皮帶設(shè)有雙向跑偏開關(guān),跑偏15度時(shí)發(fā)出告警信號(hào),跑偏30度時(shí)告警并自動(dòng)停車;
·可在線選擇啟動(dòng)備用設(shè)備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式;
·可在線選擇啟動(dòng)備用設(shè)備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式;
·可顯示各機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀況,并對(duì)輸煤過程有關(guān)情況(報(bào)警、自動(dòng)停機(jī)等)做出實(shí)時(shí)紀(jì)錄。
2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 PLC選型
根據(jù)輸煤系統(tǒng)的自控要求,我們選用了德國SIEMENS 公司最新推出的S7-200型PLC,具有可靠性高、體積小、擴(kuò)展方便,使用靈活的特點(diǎn)。
基本CPU單元選用的是CPU214,性能如下:2048程序存儲(chǔ)器;2048數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器;14點(diǎn)輸入,10點(diǎn)輸出;可擴(kuò)展7個(gè)模塊;128個(gè)定時(shí)器;128個(gè)計(jì)數(shù)器;4個(gè)硬件中斷、1個(gè)定時(shí)器中斷;實(shí)時(shí)時(shí)鐘;高速計(jì)數(shù)器;可利用PPI協(xié)議或自由口進(jìn)行通信;3級(jí)密碼保護(hù)。
擴(kuò)展模塊選用EM221,8個(gè)輸入點(diǎn);EM223,16個(gè)輸入點(diǎn),16個(gè)輸出點(diǎn)。
2.2 系統(tǒng)關(guān)系
系統(tǒng)關(guān)系如圖1所示。
在輸煤自控系統(tǒng)中,工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)和輸煤控制PLC進(jìn)行通信,對(duì)皮帶跑偏信號(hào)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,并在屏幕上顯示輸煤系統(tǒng)仿真畫面,可以直觀地察看設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)皮帶跑偏(跑偏15度)時(shí),在屏幕上顯示報(bào)警畫面;當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或皮帶嚴(yán)重跑偏(跑偏30度)時(shí),在屏幕上顯示報(bào)警畫面并向PLC發(fā)送事故停車信號(hào)。
輸煤控制PLC則根據(jù)控制開關(guān)的輸入信號(hào),執(zhí)行對(duì)應(yīng)程序塊,控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能:向上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送工作組態(tài)信息,接收上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的事故停車信號(hào),實(shí)現(xiàn)事故停車處理功能并啟動(dòng)報(bào)警設(shè)備。二者配合共同實(shí)現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和控制功能。
上級(jí)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠其他系統(tǒng)的監(jiān)控,由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、輸煤系統(tǒng)PLC和其他系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(PLC、監(jiān)控儀表)共同構(gòu)成分布式系統(tǒng)(DCS)。
2.3 運(yùn)行模式
根據(jù)輸煤過程的要求,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩種運(yùn)行模式。在一般情況下,采用并行模式,可根據(jù)需要單獨(dú)選用或同時(shí)運(yùn)行輸煤一線和輸煤二線。交叉模式是由輸煤一線和輸煤二線的有關(guān)設(shè)備組成的,僅在特殊情況下選用。
2.3.1并行模式
并行一線:
聯(lián)鎖開車順序:10#皮帶機(jī)→8#皮帶機(jī)→6#皮帶機(jī)→2#破碎機(jī)→2#振動(dòng)篩→4#皮帶機(jī)→2#皮帶機(jī)→2#(3#)給煤機(jī)→4#給煤機(jī)。
聯(lián)鎖停車順序:與開車順序相反,延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。2#、3#給煤機(jī)某中一臺(tái)備用。
并行二線
聯(lián)鎖開車順序:9#皮帶機(jī)→7#皮帶機(jī)→5#皮帶機(jī)→1#破碎機(jī)→1#振動(dòng)篩→3#皮帶機(jī)→1#皮帶機(jī)→1#給煤機(jī)。
聯(lián)鎖停車順序:與開車順序相反,延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。
2.3.2 交叉模式
交叉線
聯(lián)鎖開車順序:9#皮帶機(jī)→7#皮帶機(jī)→6#皮帶機(jī)→2#破碎機(jī)→2#振動(dòng)篩→4#皮帶機(jī)→2#皮帶機(jī)→2#(3#)給煤機(jī)。
聯(lián)鎖停車順序:與開車順序相反,延時(shí)時(shí)間按上述要求設(shè)定。2#、3#給煤機(jī)其中一臺(tái)備用。
2.4 PLC程序設(shè)計(jì)
針對(duì)輸煤系統(tǒng)的控制要求以及具體控制方案的實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)程序流程如圖2所示。
2.4.1 程序說明
·子模塊0:初始化子程序。在PLC加電時(shí)根據(jù)各個(gè)開關(guān)的位置設(shè)立標(biāo)志位。僅在第一個(gè)掃描周期執(zhí)行。
·子模塊1:并行一線聯(lián)鎖啟??刂瞥绦颉8鶕?jù)啟動(dòng)標(biāo)志位1實(shí)現(xiàn)并行一線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車,并判斷事故停車信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車。
·子模塊2:并行二級(jí)聯(lián)鎖啟??刂瞥绦颉8鶕?jù)啟動(dòng)標(biāo)志位2和實(shí)現(xiàn)并行二線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車,并判斷事故停車信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車。
·子模塊3:交叉線聯(lián)鎖啟停控制程序,根據(jù)啟動(dòng)標(biāo)志位3實(shí)現(xiàn)交叉線的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車,并判斷事故停車信號(hào)以實(shí)現(xiàn)事故停車。
·PLC的輸出信號(hào)控制電機(jī)的接觸器,啟動(dòng)送高電平,停止送低電平。但是,1#破碎機(jī)功率達(dá)90kW,2#破碎機(jī)功率達(dá)110KW,需要降壓啟動(dòng),所以啟動(dòng)時(shí)PLC送一個(gè)正脈沖,停車時(shí)PLC送一個(gè)負(fù)脈沖。
2.4.2 程序特點(diǎn)
·特殊標(biāo)志位的使用:使用特殊標(biāo)志位SM0.1,使得初始化子程序(子模塊0)僅在第一個(gè)掃描周期執(zhí)行,而在以后的掃描周期不再執(zhí)行。這樣,個(gè)別標(biāo)志位在PLC加電后不受開關(guān)變化的影響。例如,并行模式和交叉模式對(duì)應(yīng)標(biāo)志位僅在關(guān)掉主控開關(guān)后才能改變。
·內(nèi)部標(biāo)志位的使用:在程序中,利用標(biāo)志位來表示不同的現(xiàn)場(chǎng)情況和程序狀態(tài),增加了程序的可靠性和靈活性。
·程序模塊化:程序由不同子模塊構(gòu)成,各子模塊獨(dú)立完成各自功能,互不干擾,因而程序結(jié)構(gòu)清晰,便于修改。
·定時(shí)器的使用:程序中,利用不同的定時(shí)器來設(shè)定不同設(shè)備的延時(shí)時(shí)間,可以靈活地根據(jù)控制要求進(jìn)行延時(shí)時(shí)間的設(shè)定。
2.5 部分程序梯形圖
圖3所示為部分聯(lián)鎖啟??刂铺菪螆D,T37用于控制設(shè)備的啟動(dòng)延時(shí),T40~T46用于控制相應(yīng)設(shè)備的停車延時(shí),接收到停車信號(hào)時(shí),經(jīng)過相應(yīng)的延時(shí),對(duì)應(yīng)定時(shí)器置位從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖停車。Q0.3是1#破碎機(jī)的啟動(dòng)控制輸出通道,啟動(dòng)1#破碎機(jī)時(shí)送出一個(gè)寬度為2s的正脈沖。Q0.7、Q1.0分別是2#給煤機(jī)、3#給煤機(jī)的控制輸出通道,M0.1、M0.2 是內(nèi)部標(biāo)志位,用于保證2#、3#給煤機(jī)始終為一臺(tái)工作,一臺(tái)備用。
總之,本系統(tǒng)中,PLC作為現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備,能夠可靠、準(zhǔn)確地完成控制操作,并且可以通過與上級(jí)工控機(jī)通信,組成分布式系統(tǒng)共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、控制要求,是現(xiàn)代工業(yè)控制中比較先進(jìn)的控制方案,應(yīng)用前景廣泛。
目前,本系統(tǒng)已經(jīng)在內(nèi)蒙古伊化集團(tuán)蘇尼特堿礦電廠投入運(yùn)行,能夠可靠、準(zhǔn)確地完成控制操作,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄輸煤過程運(yùn)行狀況,并且能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種突發(fā)事件及時(shí)做出響應(yīng),取得了良好的效果。
評(píng)論