基于PLC和IFIX的控制系統(tǒng)在電廠輔網(wǎng)中的應(yīng)用

鹿 慶，李慎斌，李濤祥

（山東華能萊蕪熱電有限公司，山東 萊蕪 271100）

0 引言

現(xiàn)代火電廠輔網(wǎng)系統(tǒng)指的是水系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、輸灰系統(tǒng)的總稱，俗稱水煤灰。在電廠實(shí)際環(huán)境中，輔網(wǎng)系統(tǒng)由于處理點(diǎn)數(shù)少，控制要求不是非常嚴(yán)格，如果采用DCS控制不僅工程量大而且花費(fèi)高。而PLC作為一種高效、靈活、可靠的控制器，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在包括數(shù)字邏輯控制、運(yùn)動(dòng)控制、閉環(huán)過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理和聯(lián)網(wǎng)通信等工業(yè)控制領(lǐng)域，因此在電廠輔網(wǎng)中應(yīng)用PLC控制已經(jīng)成為一種主流選擇。本文就以萊蕪電廠輔網(wǎng)控制系統(tǒng)為例，介紹PLC控制系統(tǒng)在電廠輔網(wǎng)中的應(yīng)用。

1 PLC控制系統(tǒng)的軟硬件組成

1.1 軟件組成

萊蕪電廠輔網(wǎng)系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件采用GE公司的IFIX4.0，主要實(shí)現(xiàn)畫(huà)面組態(tài)及與下位通訊功能。下位組態(tài)軟件為羅克韋爾RSLogix5000 16.03，可實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊、邏輯控制、硬件組態(tài)等功能。以太網(wǎng)EtherNet通訊軟件為RSlinx2.0，主要作為OPC通訊服務(wù)器與IFIX通訊，并可以查看當(dāng)前配置的所有硬件模塊的組態(tài)信息。ControlNet網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)劃軟件為RSNetWorx for ControlNet11.0，可以對(duì)C網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線調(diào)試和規(guī)劃。此外還有版本控制軟件ControlFlash提供各模塊的版本刷新功能。

1.2 硬件組成

萊蕪電廠輔網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)水網(wǎng)、輸煤、輸灰3個(gè)控制室，其中水網(wǎng)控制室又分補(bǔ)給水、凝水精處理、廢水3個(gè)子站。每個(gè)子站PLC控制系統(tǒng)都采用雙機(jī)熱備冗余配置。系統(tǒng)選用羅克韋爾AB Logix5000L63、L61系列PLC產(chǎn)品，AB PLC能夠完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集、處理及邏輯控制。系統(tǒng)選用研華工控機(jī)，并配21寸液晶顯示屏，實(shí)現(xiàn)對(duì)PLC程序的編制和上位機(jī)畫(huà)面的組態(tài)、調(diào)試、操作。在每臺(tái)上位機(jī)上安裝了兩塊IOM／IOOM的自適應(yīng)以太網(wǎng)卡，控制室配備了兩臺(tái)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與PLC的通訊。以太網(wǎng)通訊通過(guò)羅克韋爾的ENBT模塊實(shí)現(xiàn)，該交換機(jī)還提供了與SIS交換機(jī)的接口，保證與SIS系統(tǒng)的正常通訊。每個(gè)子站都由兩個(gè)冗余的主機(jī)架和一些遠(yuǎn)程機(jī)架組成，機(jī)架中可以插入控制器、通訊模塊、熱備模塊、I／O模塊，主機(jī)架和遠(yuǎn)程機(jī)架通過(guò)ControlNet模塊通訊。此外還配備了1756或者1794系列的各種I／O采集模塊。冗余系統(tǒng)的采用保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

2 PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PLC與上位機(jī)的通訊采用羅克韋爾EtherNet／IP通訊模式，它是一種星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各子站PLC的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理信息都通過(guò)交換機(jī)與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，其中與IFIX的通訊采用OPC通訊模式。

下位各主站與子站的通訊采用ControlNet網(wǎng)絡(luò)模式，ControlNet網(wǎng)絡(luò)是一種總線型網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)兩根兩頭帶終端電阻的總線電纜掛接主站和多個(gè)子站的方式實(shí)現(xiàn)主站與子站的通訊，其中所有主站和子站機(jī)架的通訊都是通過(guò)1756CNBR通訊模塊實(shí)現(xiàn)。遠(yuǎn)程站則使用中繼器和1794通訊卡實(shí)現(xiàn)與主站的通訊。每個(gè)通訊卡都有兩個(gè)電纜接頭，兩根電纜實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的雙網(wǎng)冗余運(yùn)行，保證系統(tǒng)不因網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е掳c瘓。以水網(wǎng)為例，控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 水網(wǎng)PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2 通訊連接的建立

整個(gè)系統(tǒng)采用EtherNet＋ControlNet通訊模式，要實(shí)現(xiàn)通信，必須在IFIX與PLC中都做好網(wǎng)絡(luò)配置組態(tài)。通訊又是建立在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，所以在配置網(wǎng)絡(luò)前，必須先配置好數(shù)據(jù)庫(kù)信息，包括IFIX的數(shù)據(jù)庫(kù)信息和PLC的ControlTag信息。其中的數(shù)據(jù)鏈路信息必須要具體到某個(gè)子站、某個(gè)模塊、某個(gè)通道。在上位機(jī)IFIX軟件中，通過(guò)DataBase Manage程序添加數(shù)據(jù)塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，通過(guò)PowerTool程序?qū)崿F(xiàn)OPCServer的建立和Group、Item的添加，每個(gè)Item中都包含數(shù)據(jù)的點(diǎn)信息和數(shù)據(jù)鏈路信息。在下位網(wǎng)絡(luò)配置中主要通過(guò)RSLink軟件的Configure Drive程序設(shè)置實(shí)現(xiàn)OPC服務(wù)器的建立，通過(guò)RSLink軟件的OPC TOPIC Configuration程序?qū)崿F(xiàn)各控制器的數(shù)據(jù)綁定和數(shù)據(jù)共享。

3 系統(tǒng)組態(tài)

3.1 下位PLC組態(tài)

下位PLC程序邏輯組態(tài)利用AB公司的RSLogix5000軟件對(duì)下位PLC進(jìn)行編程，并對(duì)PLC的硬件配置進(jìn)行組態(tài)維護(hù)。如可以在軟件內(nèi)增加、刪除與硬件相符的I／O模塊、控制器模塊，可以配置控制網(wǎng)絡(luò)。配置硬件組態(tài)包括機(jī)架、處理器、通信卡、I／O等。邏輯組態(tài)采用梯形圖、高級(jí)語(yǔ)言及功能塊圖3種語(yǔ)言方式，主要包括I／O通道的賦值、流量累積、時(shí)間累積、數(shù)據(jù)修改、設(shè)備啟停、連鎖邏輯判斷、按照工藝流程的順控程序等。下位PLC程序及硬件組態(tài)如圖2所示。

圖2 下位PLC程序及硬件組態(tài)

3.2 上位IFIX畫(huà)面組態(tài)

上位畫(huà)面組態(tài)主要是通過(guò)很多圖形的動(dòng)畫(huà)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)指令的發(fā)出、狀態(tài)的顯示、數(shù)據(jù)顯示或更改等功能。實(shí)現(xiàn)的具體功能如下：

（1）設(shè)備控制：在畫(huà)面上直接對(duì)設(shè)備采用手動(dòng)、半自動(dòng)（步操）、自動(dòng)操作。

（2）狀態(tài)顯示：畫(huà)面上能觀察到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)、監(jiān)測(cè)儀表的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、報(bào)警及實(shí)時(shí)趨勢(shì)。

（3）歷史查詢：畫(huà)面上能查詢數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)、歷史報(bào)表及歷史報(bào)警記錄。

（4）趨勢(shì)查詢：畫(huà)面上能顯示運(yùn)行測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)、歷史趨勢(shì)，并可對(duì)趨勢(shì)圖進(jìn)行打印。

（5）聲光報(bào)警：當(dāng)運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)故障或者儀表監(jiān)測(cè)值超限時(shí)，根據(jù)情況發(fā)出聲光報(bào)警。當(dāng)一些重要參數(shù)越限或保護(hù)動(dòng)作時(shí)會(huì)發(fā)出聲音或紅色閃爍報(bào)警進(jìn)行提示，以引起運(yùn)行人員的注意。

畫(huà)面組態(tài)采用層級(jí)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)總貌圖連接到各子系統(tǒng)畫(huà)面。各子系統(tǒng)畫(huà)面可以直接切換，設(shè)備啟停操作采用IFIX的標(biāo)簽組功能，通過(guò)彈出窗形式控制。畫(huà)面組態(tài)如圖3所示。

圖3 IFIX畫(huà)面組態(tài)

4 PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

（1）遠(yuǎn)方及就地控制。現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、泵都實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控和就地控制兩種方式，設(shè)立就地控制柜，即使在遠(yuǎn)方控制系統(tǒng)完全失靈的情況下也可以通過(guò)就地控制實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，提高了系統(tǒng)的可靠性。在遠(yuǎn)控方式下，運(yùn)行人員可在監(jiān)控畫(huà)面上操作設(shè)備并進(jìn)行保護(hù)連鎖的投入與解除等。

（2）自動(dòng)控制。輔網(wǎng)系統(tǒng)在正常情況下主要運(yùn)行在自動(dòng)控制方式下，自動(dòng)控制分為步操和順控兩種方式，根據(jù)系統(tǒng)工藝流程，既可以對(duì)單系統(tǒng)一鍵啟動(dòng)即順控，也可以根據(jù)需要步進(jìn)即步操。

（3）連鎖保護(hù)。通過(guò)PLC內(nèi)部邏輯程序設(shè)定報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)，一旦重要設(shè)備出現(xiàn)故障或者跳閘，立即停止相關(guān)設(shè)備的操作，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，自動(dòng)啟停相應(yīng)設(shè)備。

5 結(jié)束語(yǔ)

自萊蕪電廠二期輔網(wǎng)PLC控制系統(tǒng)投入使用到現(xiàn)在，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，該控制方式既降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又節(jié)省了人力、減少了成本，達(dá)到了輔網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

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