基于PLC控制的減溫減壓裝置保護(hù)系統(tǒng)的研究

咸孟雄

摘 要：鍋爐主汽管道至凝汽器部分安裝兩級減溫減壓器，為避免高溫高壓蒸汽直接進(jìn)入凝汽器，設(shè)計一種PLC保護(hù)系統(tǒng)。從總體方案出發(fā)，重點(diǎn)研究了硬件組態(tài)及軟件編程方法，還涉及配線與保護(hù)投退方式。采用PLC控制，有效的保證了系統(tǒng)安全運(yùn)行，與現(xiàn)場設(shè)備成為一個整體，提高了整個工藝流程的自動化水平。

關(guān)鍵詞：PLC；保護(hù)系統(tǒng)；編程

1 減溫減壓裝置系統(tǒng)的總體方案

河北省利源熱電針對現(xiàn)有設(shè)備的實(shí)際情況，計劃對供熱設(shè)備進(jìn)行改造。在鍋爐主汽管道至凝汽器部分安裝兩級減溫減壓器，將鍋爐燃燒產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽經(jīng)過兩級減溫減壓器后，直接接入凝汽器換熱，對用戶進(jìn)行供熱。取消原有汽輪發(fā)電機(jī)組，在兩臺減溫減壓器上分別加裝減溫水調(diào)整閥、減壓調(diào)整閥。

由于機(jī)組年代過早，機(jī)組容量較小，變壓器出線為單回路形式，且無保安電源，據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行反映有全廠停電的可能。為了保護(hù)凝汽器，不使高溫高壓蒸汽直接進(jìn)入凝汽器，在隔斷閥和一級減溫減壓器之間裝設(shè)快速關(guān)斷閥。

2 減溫減壓裝置保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

快關(guān)閥與一、二級減溫減壓器后的溫度和壓力測點(diǎn)形成聯(lián)鎖，保證快關(guān)閥能夠緊急切斷汽源。聯(lián)鎖保護(hù)關(guān)系如下：

（1）當(dāng)一、二級減溫器后的溫度過高時（采用三取二判斷），PLC控制柜將報警，超過動作值后，聯(lián)鎖保護(hù)啟動，關(guān)閉快速關(guān)斷閥。一減后溫度報警值為360℃，動作值為365℃，二減后溫度報警值為75℃，動作值為80℃。

（2）由于一級減溫減壓器后設(shè)置了安全閥，如一級減溫減壓器后超壓，安全閥到設(shè)定值1.1MPa會起跳，保證管道不會超壓；二級減溫減壓器后未設(shè)置安全閥，壓力超壓，將會對凝汽器產(chǎn)生破壞。故取二級減溫減壓器后的壓力測點(diǎn)（采用三取二判斷），當(dāng)超過0.03MPa動作值后，聯(lián)鎖保護(hù)啟動，關(guān)閉快速關(guān)斷閥。

減溫減壓裝置保護(hù)系統(tǒng)采用西門子S7-300 PLC實(shí)現(xiàn)，將一減后3個溫度測量信號、二減后3個溫度測量信號、二減后3個壓力開關(guān)信號分別引入PLC輸入模塊，經(jīng)過CPU邏輯判斷，輸出模塊可發(fā)送報警信號至報警音響，發(fā)送動作命令至快速關(guān)斷閥。

3 PLC的硬件組態(tài)

西門子PLC系統(tǒng)的基本硬件構(gòu)成為：安裝機(jī)架1個、CPU單元1個、基本I/O單元若干個，其個數(shù)由系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)及機(jī)架上的槽數(shù)確定[1]。本系統(tǒng)采集一減后3個熱電偶溫度測量信號、二減后3個熱電阻溫度測量信號，因此需要2塊8×12點(diǎn)AI模塊；采集二減后3個壓力開關(guān)信號，因此需要1塊16點(diǎn)DI模塊；還有輸出至繼電器動作快速關(guān)斷閥信號和2個溫度報警信號，因此需要1塊16點(diǎn)DO模塊。既需要1塊DI模塊，也需要1塊DO模塊，就可以選擇1塊16點(diǎn)的DI/DO模塊。

3.1 創(chuàng)建項(xiàng)目

打開【SIMATIC Manager】，在【File】菜單下單擊【New Project Wizard】，在【CPU】列表中選擇本系統(tǒng)使用的帶16點(diǎn)DI/DO模塊的CPU 313C-2，MPI地址默認(rèn)為2，軟件組態(tài)選擇OB1塊，編程語言選擇LAD。這樣利用向?qū)?，就?chuàng)建了一個項(xiàng)目，包括SIMATIC 300站，CPU 313和它的程序目錄，還有OB1塊。

3.2 配置主機(jī)架

在【CPU300 Station】中雙擊【Hardware】，進(jìn)入硬件組態(tài)頁面，先拖動主機(jī)架RACK-300中的Rail，在其中1號槽添加電源PS 307 2A，訂貨號為6ES7 307-1BA00-0AA0；2號槽添加CPU 313C-2，訂貨號為6ES7 313-6CF03-0AB0；本系統(tǒng)不需要擴(kuò)展機(jī)架，因此3號槽為空；4號槽選擇AI8×12Bit模塊，訂貨號為6ES7 331-7KF02-0AB0，5號槽也選擇此模塊。

將PS電源、CPU、2個AI模塊依次安裝到機(jī)架上，注意此時CPU選擇開關(guān)應(yīng)該在STOP檔位，AI模塊背后的量程卡設(shè)定在“A”位置，即采集的是熱電阻或熱電偶信號。

用MPI適配器將CPU與編程主機(jī)連接，然后進(jìn)行PG/PC接口設(shè)置，在【Set PG/PC Interface】中選擇PC Adapter MPI選項(xiàng)。設(shè)置完畢就可以建立在線連接了，這時可以將硬件組態(tài)程序通過下載按鈕下載到CPU中。

4 PLC的軟件編程

4.1 在OB1中編寫程序

OB1直接被系統(tǒng)調(diào)用，是循環(huán)執(zhí)行的主程序，在OB1中編寫程序。

4.2 在FC1中編寫程序

FC1為用戶編寫的子程序，它的返回值實(shí)際上是輸出參數(shù)，調(diào)用功能時應(yīng)給所有的形參指定實(shí)參。

4.2.1 二減后溫度超過動作值聯(lián)鎖保護(hù)啟動程序

二減后溫度2點(diǎn)、3點(diǎn)判斷程序與之相同，用第1塊AI模塊自動分配的地址PIW260 、PIW264表示，因?yàn)锳I模塊熱電阻需接成四線制，故占用4個字節(jié)。輸出分別用M0.1、M0.2表示。

然后3個輸出三取二，表示3個二減后溫度測點(diǎn)任意2個或均高過80℃，都將啟動保護(hù)，輸出中間點(diǎn)M0.3。

4.2.2 一減后溫度超過動作值聯(lián)鎖保護(hù)啟動程序

一減后熱電偶溫度超過動作值聯(lián)鎖保護(hù)啟動，關(guān)閉快速關(guān)斷閥。一減后溫度1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)判斷程序與二減后溫度相同，用第2塊AI模塊自動分配的地址PIW272、PIW274、PIW276表示，因?yàn)锳I模塊熱電偶需接成有自動線性補(bǔ)償?shù)亩€制，故占用2個字節(jié)。輸出分別用M0.4、M0.5、M0.6表示。

然后3個輸出三取二，表示3個一減后溫度測點(diǎn)任意2個或均高過365℃，都將啟動保護(hù)，輸出中間點(diǎn)M0.7，關(guān)閉快關(guān)閥。

4.2.3 二減后壓力開關(guān)動作聯(lián)鎖保護(hù)啟動程序

二減后壓力超過動作值，壓力開關(guān)動作，聯(lián)鎖保護(hù)啟動，關(guān)閉快速關(guān)斷閥。二減后壓力1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)用第DI/DO模塊自動分配的地址I124.0、I124.1 、I124.2表示。

然后3個輸出三取二，表示3個二減后壓力開關(guān)任意2個或均動作，都將啟動保護(hù)，輸出中間點(diǎn)M1.0，關(guān)閉快關(guān)閥。

5 PLC的配線

如果讓PLC正常運(yùn)行，還需要與現(xiàn)場設(shè)備正確連接。除了將溫度測點(diǎn)和壓力開關(guān)引入模塊，CPU還需要220V電源供電，各個模塊還需要24V供電，Q124.0還需要連接繼電器驅(qū)動快關(guān)閥，Q124.1與Q124.2還需要連接報警音響。

為了方便該保護(hù)的投退，還設(shè)計加入轉(zhuǎn)換開關(guān)，即Q124.0輸出后先連接轉(zhuǎn)換開關(guān)，再連接繼電器驅(qū)動快關(guān)閥。這樣轉(zhuǎn)換開關(guān)打在“通”位置，保護(hù)可以正常動作；打在“斷”位置，即使Q124.0輸出指令，也無法驅(qū)動繼電器動作快關(guān)閥，即使PLC出現(xiàn)問題需要斷電維護(hù)，也不會使快關(guān)閥誤動作。

配線正確后，就可以實(shí)際上電調(diào)試了。經(jīng)過調(diào)試，該保護(hù)系統(tǒng)功能可以在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。

6 結(jié)束語

該P(yáng)LC設(shè)計了一種針對減溫減壓裝置的保護(hù)系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證，可以投入使用，不致使高溫高壓蒸汽直接進(jìn)入凝汽器。軟件梯形圖形象直觀，現(xiàn)場抗干擾能力強(qiáng)，安裝調(diào)試工作量少，與傳統(tǒng)繼電器搭建方式相比，接線數(shù)量少。特別是設(shè)計了轉(zhuǎn)換開關(guān)，可用于該保護(hù)的投退，方便維修。

參考文獻(xiàn)

[1]韓永志.可編程序控制器在運(yùn)煤自動化中的應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2004：61.