1、PLC在火電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究摘要：為保證發(fā)電機(jī)組不間斷工作，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控是必不可少的，監(jiān)控系統(tǒng)已成為火電廠重要組成部分。PLC以其可靠性高、功能強(qiáng)大、編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、設(shè)計(jì)調(diào)試周期短、易于擴(kuò)充等突出優(yōu)點(diǎn)在火電廠監(jiān)控系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。文章闡述了 PLC在火電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了 PLC控制系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象與原因，探討提高PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性措施，提出四點(diǎn)舉措以切實(shí)保證發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行，大幅提高發(fā)電效率，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供能源保障。關(guān)鍵詞：PLC；火電廠；監(jiān)控系統(tǒng)；故障；可靠性電力作為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基石，盡管有風(fēng)能、核能、水力及太陽能多種發(fā)電方式，但往往受制于地理

2、因素與資源環(huán)境條件。我們國家目前多數(shù)電能生產(chǎn)仍靠火力方式來發(fā)電。仔細(xì)分析華能、大唐、華電、中電投、國電五大電力集團(tuán)每年的裝機(jī)容量就會(huì)發(fā)現(xiàn)，利用燃燒煤炭、石油、液化天然氣等燃料所產(chǎn)生的熱能，在不斷受熱下使水變成高壓高溫蒸汽，然后運(yùn)用此高溫高壓蒸汽的能量，推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。這種傳統(tǒng)的“火力發(fā)電方式，仍然是主要發(fā)電方式。為了保證機(jī)組能夠不間斷工作、持續(xù)發(fā)電，對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控是必不可少的，監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為火電廠的重要組成部分。PLC是專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子裝置，采用微處理器為核心，內(nèi)部具有存儲(chǔ)器，可以執(zhí)行算術(shù)、邏輯、順序運(yùn)算，還能計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等。PLC具有可靠性高、抗干擾能

3、力強(qiáng)、組網(wǎng)簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、編程簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)安裝與調(diào)試周期短、容易擴(kuò)充升級(jí)、體較小、質(zhì)量輕、維護(hù)方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，它已被廣泛應(yīng)用于電廠輔機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。1PLC在火電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀PLC由于其邏輯處理功能強(qiáng)、環(huán)境適應(yīng)性好、系統(tǒng)獨(dú)立性強(qiáng)、系統(tǒng)構(gòu)成成本較低等特點(diǎn)，是電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)水、煤、灰的首選控制系統(tǒng)2?；痣姀S一般在公用輔助系統(tǒng)中大量應(yīng)用PLC，如鍋爐脈沖吹灰系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、斗輪機(jī)系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)，翻車機(jī)系統(tǒng)、卸船機(jī)控制系統(tǒng)等，在上述系統(tǒng)中，通常使用I、O點(diǎn)數(shù)多于256點(diǎn)的大型PLC。用作下位機(jī)，主要用于采集各種工藝過程的數(shù)據(jù)、對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。采用串口與上位機(jī)通信，組成大型分散系

4、統(tǒng)，常用RS485或者RS232串行總線實(shí)現(xiàn)通信。PLC具體控制原理如下：就地設(shè)備運(yùn)行的開關(guān)量信號(hào)進(jìn)入PLC的DI模塊，例如電動(dòng)或氣動(dòng)閥門的開、關(guān)狀態(tài)，水泵等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的啟、停狀態(tài)及設(shè)備的狀態(tài)報(bào)警信號(hào)；就地設(shè)備如壓力、料位、溫度、流量、振動(dòng)檢測(cè)儀表輸出的模擬量信號(hào)進(jìn)入PLC的AI模塊；PLC控制器通過DO模塊發(fā)出開關(guān)量啟停指令去控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。PLC控制器通過AO模塊輸出模擬量4-20mA信號(hào)指令，調(diào)節(jié)電動(dòng)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)執(zhí)行器的0-100%開度，變頻器輸出頻率等。以火電廠輸煤系統(tǒng)為例，其承擔(dān)將煤場(chǎng)的煤通過輸煤皮帶運(yùn)輸?shù)藉仩t制粉系統(tǒng)上煤的重要任務(wù)，是保證火電廠穩(wěn)定運(yùn)行的重要組成部分。作為火力發(fā)電廠

5、發(fā)電的源頭，輸煤系統(tǒng)是否正常運(yùn)行關(guān)系重大。通過運(yùn)用PLC對(duì)輸煤過程進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。PLC作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)接收傳感器采集的各種現(xiàn)場(chǎng)信息，按照程序指令來完成輸煤過程控制。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等信息，可以通過串行接口傳給上位機(jī)，構(gòu)成一個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)，上位機(jī)能實(shí)時(shí)顯示，以便運(yùn)行人員操作PLC 控制3。2PLC系統(tǒng)構(gòu)成與常用編程語言2、1PLC控制系統(tǒng)構(gòu)成PLC系統(tǒng)硬件組成主要有CPU單元、存儲(chǔ)器模塊、I、O單元，電源，編程器等。PLC控制系統(tǒng)除了 PLC硬件以外，還有軟件系統(tǒng)，包括系統(tǒng)程序和用戶程序。前者有又包含系統(tǒng)系統(tǒng)管理程序，用戶指令解釋程序等?；痣姀S監(jiān)控系統(tǒng)中常

6、用的PLC品牌有西門子、施耐德、莫迪康、AB等，不同廠家生產(chǎn)的PLC,盡管其編程軟件無法通用，但是編程思想是一致的，PLC編程軟件一般由廠家開發(fā)，提供給用戶使用。2、2PLC編程語言簡(jiǎn)介PLC控制程序是設(shè)計(jì)人員根據(jù)不同控制系統(tǒng)具體工藝控制要求，使用PLC編程語言來編制設(shè)計(jì)的。根據(jù)國際電工委員會(huì)(IEC)制定的工業(yè)控制編程語言標(biāo)準(zhǔn)(IEC1131-3)，其中的第三部分專門做了規(guī)定。標(biāo)準(zhǔn)中共有五種語言，如表1所示。表中初步總結(jié)了不同編程語言的特點(diǎn)以及所需的編程基礎(chǔ)。實(shí)際編程中常用的PLC編程語言有梯形圖、指令語句表和順序功能圖。一般不同廠家開發(fā)的程序設(shè)計(jì)環(huán)境都支持這三種編程方法。梯形圖語言作為一種

7、圖形化的編程語言，形象直觀，比較簡(jiǎn)單，不需要太深的基礎(chǔ)；指令語句表編程方法編寫程序快捷，不需要轉(zhuǎn)化即可執(zhí)行。順序功能圖是位于其他編程語言之上的圖形語言，編程簡(jiǎn)單、邏輯性強(qiáng)、容易為初學(xué)者所接受。構(gòu)成SFC的三要素是步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作，只要熟悉控制過程，合理分步，根據(jù)它可以很迅速的畫出梯形圖。表1IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的PLC編程語言及主要特點(diǎn)特點(diǎn)名稱&指令語句表(IL)&梯形圖(LD)&順序功能圖(SFC)&功能塊圖(FBD)&結(jié)構(gòu)文本(ST ) &顯著特點(diǎn) &助記符語言 &圖形化語言 &流程圖語言 &圖形化語言 &高級(jí)語言 &通用性 &常用 &常用 &常用 &不常用 &不常用 &編程基礎(chǔ) &

8、匯編基礎(chǔ) &繼電器、接觸器 &程序流程圖 &數(shù)字邏輯電路&數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)&3PLC系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象與原因分析國內(nèi)各大電廠都運(yùn)用了不同類型PLC控制小型相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，這些PLC基本由不同廠家配套設(shè)計(jì)生產(chǎn)安裝調(diào)試，體系都是封閉的，能夠滿足具體控制要求，具有相對(duì)獨(dú)立性。由于PLC是專門為了工業(yè)惡劣條件應(yīng)用而生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)，其內(nèi)部做了特殊處理，可靠性通常很高。AB、施耐德等公司生產(chǎn)的PLC,其CPU模塊平均無故障時(shí)間可達(dá)50萬小時(shí)，輸入、輸出模塊是PLC與工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)各類信號(hào)連接的部分，一般用光電耦合器，其壽命很高，能夠安全工作幾千萬次，電源與I、O模塊耐瞬變沖擊電壓在1kV以上。但目前火電廠自動(dòng)化程度還不

9、夠高，PLC構(gòu)成的自動(dòng)控制系統(tǒng)偶爾也會(huì)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致設(shè)備癱瘓，故常排查檢修困難，影響電力的正常生產(chǎn)與充足供應(yīng)。PLC系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象有很多，以熱工保護(hù)系統(tǒng)為例，主要有DI卡件故障指示燈閃爍報(bào)警，輔助DPU控制器故障、所有數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示為離線，通信網(wǎng)絡(luò)無故中斷、數(shù)據(jù)畫面顯示為粉色，控制機(jī)柜一路電源失去報(bào)警，AI卡件故障指示燈閃爍報(bào)警，PLC網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)故障。PLC系統(tǒng)故障可能來自于外部設(shè)備，如傳感器、各種開關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和負(fù)載等；也可能來自于系統(tǒng)內(nèi)部，如CPU、存儲(chǔ)器、系統(tǒng)總線、電源等。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，PLC本身一般很少發(fā)生故障的。大量的故障不是出在PLC系統(tǒng)本身上，而是集中發(fā)生在各種開關(guān)、傳感器和執(zhí)行

10、機(jī)構(gòu)等外部設(shè)備上4。根據(jù)實(shí)際解決上述熱工故障積累的經(jīng)驗(yàn)可知，引起以上故障的原因包括現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)不穩(wěn)定，電源串?dāng)_，卡件本身質(zhì)量不過關(guān)，交換機(jī)有問題等多種多樣。實(shí)際遇到故障報(bào)警時(shí)要具體問題具體分析。4提高PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的舉措4、1合理設(shè)計(jì)PLC電源模塊PLC供電電源一般采用開關(guān)穩(wěn)壓電源，其特點(diǎn)是體積小、散熱低，當(dāng)輸入電壓有大幅度波動(dòng)時(shí)，仍能保持輸出穩(wěn)定。電源模塊給PLC系統(tǒng)提供24V的直流工作電源，也可以供給現(xiàn)場(chǎng)模擬量輸入模塊的兩線式測(cè)量?jī)x表使用。由于電源是構(gòu)成PLC硬件的重要組成部分，為系統(tǒng)正常工作能夠能量，對(duì)于電廠各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中大量使用的PLC，必須要合理設(shè)計(jì)供電方式才能提高系統(tǒng)可靠性。

11、設(shè)計(jì)時(shí)盡量把輸入輸出模塊外部電路供電采用單獨(dú)幾組直流24V電源，各程控柜分開供電，PLC系統(tǒng)電源和外部電路供電電源不能共地，防止串?dāng)_。在供電電源之間連接1： 1的隔離變壓器以提高系統(tǒng)安全性5。4、2選用高質(zhì)量的外圍器件與可靠的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備PLC系統(tǒng)接收的輸入信號(hào)主要有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備啟停信號(hào)，接觸器、斷路器、熱繼電器運(yùn)行、各種保護(hù)檢測(cè)及主要生產(chǎn)參數(shù)檢測(cè)等信號(hào)，PLC輸出信號(hào)有被控設(shè)備的啟停、預(yù)告、報(bào)警以及對(duì)所測(cè)參數(shù)的顯示和處理等信號(hào)6。到底有多少路信號(hào)，復(fù)雜程度如何，怎樣分組，應(yīng)根據(jù)控制系統(tǒng)不同用途及具體控制需求來確定。為了進(jìn)一步提高PLC控制系統(tǒng)的無故障工作時(shí)間，降低故障發(fā)生率，一定要選擇質(zhì)量過硬的現(xiàn)場(chǎng)

12、設(shè)備，如各種DI、AI卡件，傳感器，交換機(jī)等。4、3選擇通用的人機(jī)界面軟件來完成組態(tài)著名PLC品牌廠家都有專用人機(jī)界面軟件，比較知名的有IFI、Intouch、昆侖通態(tài)MCGS、組態(tài)王等組態(tài)軟件。上述軟件應(yīng)用范圍廣、市場(chǎng)占有率高、功能強(qiáng)大，能與ORACLE, DBASE, SQL, C, VB等軟件兼容，而且具有二次開發(fā)和可擴(kuò)展性。人機(jī)界面軟件可學(xué)習(xí)性強(qiáng)，大大方便了用戶，生產(chǎn)管理人員通過系統(tǒng)培訓(xùn)和學(xué)習(xí)，較容易對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行邏輯組態(tài)。在設(shè)備技術(shù)改造及設(shè)備控制邏輯完善優(yōu)化時(shí)，可通過操作軟件來完成組態(tài)的修改，使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的穩(wěn)定性及安全性大大提升。4、4定期進(jìn)行巡檢，積極進(jìn)行常規(guī)保養(yǎng)與維護(hù)利用PLC構(gòu)建

13、的火電廠輔機(jī)控制系統(tǒng)不管是廢水處理系統(tǒng)，輸煤系統(tǒng)，還是除灰系統(tǒng)等一般都沒有冗余的概念，更談不上冗余控制策略。由于系統(tǒng)之間聯(lián)網(wǎng)，這就意味著一旦其中一個(gè)單元出線問題時(shí)，必須將整個(gè)系統(tǒng)停下來。假設(shè)是等到故障現(xiàn)象出現(xiàn)了，再去查找故障原因、分析解決辦法，會(huì)耽誤很多寶貴的時(shí)間，有時(shí)還會(huì)造成機(jī)組不必要的停機(jī)，影響安全發(fā)電，這是很不科學(xué)的。因此一定要定期對(duì)PLC設(shè)備進(jìn)行巡檢，積極對(duì)正常工作的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)保養(yǎng)與維護(hù)，不要等出現(xiàn)了問題再去解決。定期去除設(shè)備油污，維持環(huán)境潔凈。值班員定期巡視、檢查工況，記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。對(duì)于有些老化接觸不良的傳感器或者有銹蝕和損壞的卡件進(jìn)行更換，注意通信線的屏蔽完好，電源的可靠隔離等。5結(jié)束語隨著大型火電廠