基于iFIX的儲(chǔ)煤筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

黃國新　蔣新強(qiáng)　楊　淵（.浙江華能長興電廠，浙江　湖州　3300；.華北電力大學(xué)，河北　保定　07003）

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基于iFIX的儲(chǔ)煤筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

黃國新1蔣新強(qiáng)1楊淵2
（1.浙江華能長興電廠，浙江湖州313100；2.華北電力大學(xué)，河北保定071003）

摘要：隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和人們對(duì)環(huán)保的重視，筒倉逐漸成為大部分電廠儲(chǔ)煤首選方式。本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)基于iFIX軟件的儲(chǔ)煤筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)。上位機(jī)根據(jù)傳感器顯示現(xiàn)場狀態(tài)和報(bào)警等信息，并將控制信息反饋回可編程邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)程序?qū)﹄妱?dòng)球閥、制氮系統(tǒng)、防爆門系統(tǒng)、布袋除塵器的控制。同時(shí)啟動(dòng)iFIX的調(diào)度程序，上位機(jī)將料位高度、溫度、一氧化碳等信息和控制系統(tǒng)報(bào)警信息一并存儲(chǔ)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)安全有效的監(jiān)控以及控制儲(chǔ)煤筒倉的目的。

關(guān)鍵詞：組態(tài)軟件；iFIX；筒倉惰化監(jiān)控；火電廠

0. 前言

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和人們對(duì)環(huán)保的重視，筒倉逐漸成為大部分電廠儲(chǔ)煤首選方式。筒倉儲(chǔ)煤不僅實(shí)現(xiàn)了電廠煤炭的大量存儲(chǔ)，而且還保障了電廠環(huán)境的清潔。然而近幾年，筒倉頻繁出現(xiàn)安全事故，輕者出現(xiàn)電廠燃煤告急和財(cái)產(chǎn)損失，重則出現(xiàn)電廠停機(jī)和人員傷亡。因此筒倉的安全至關(guān)重要，也關(guān)系到電廠安全運(yùn)行和現(xiàn)場工作人員的人身安全。

圖1　iFIX數(shù)據(jù)顯示結(jié)構(gòu)圖

本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)基于iFIX軟件的儲(chǔ)煤筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)。通過現(xiàn)場溫度、氧氣、料位計(jì)、一氧化碳等傳感器設(shè)備自動(dòng)獲取儲(chǔ)煤筒倉中煤的狀況，并傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，根據(jù)每個(gè)參數(shù)的工藝程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的解決方案，再將現(xiàn)場信號(hào)和解決方案結(jié)果傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)根據(jù)這些信息顯示現(xiàn)場狀態(tài)和報(bào)警等信息，并將控制信息反饋回可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC），實(shí)現(xiàn)程序?qū)﹄妱?dòng)球閥、制氮系統(tǒng)、防爆門系統(tǒng)、布袋除塵器的控制。同時(shí)，啟動(dòng)iFIX的調(diào)度程序，上位機(jī)將料位高度、溫度、一氧化碳等信息和控制系統(tǒng)報(bào)警信息一并存儲(chǔ)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)安全有效的監(jiān)控以及控制儲(chǔ)煤筒倉目的。

1. 監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)軟件

1.1iFIX組態(tài)軟件

組態(tài)（Configuration）含義是使用軟件工具對(duì)計(jì)算機(jī)及軟件的各種資源進(jìn)行配置，達(dá)到讓計(jì)算機(jī)或軟件按照預(yù)先設(shè)置自動(dòng)執(zhí)行特定任務(wù)、滿足使用者要求的目的。監(jiān)控組態(tài)軟件是面向監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SupervisoryControlandData Acquisition簡稱SCADA）的軟件平臺(tái)工具，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)目，使用方式靈活，功能強(qiáng)大。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時(shí)，HMI（HumanMachineInterface）或MMI（ManMachineInterface）是其主要內(nèi)涵，主要解決人機(jī)圖形界面問題。

GE的iFIX是IntellutionDynamics自動(dòng)化軟件產(chǎn)品家族中的HMI/SCADA最重要的組件，它是基于WindowsNT/2000平臺(tái)上的功能強(qiáng)大的自動(dòng)化監(jiān)視與控制的軟件解決方案，圖1是iFIX的圖形顯示結(jié)構(gòu)圖。GEFanuc是OPC標(biāo)準(zhǔn)制定的公司成員之一，全面支持OPC標(biāo)準(zhǔn)。iFIX既可以作為OPC客戶端，讀取RSLinx的OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)，也可以作為OPC服務(wù)器而發(fā)布數(shù)據(jù)。iFIX全面支持ODBCAPI接口，可直接將實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)直接寫入SQLServer、Access等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。

1.2PLC編程軟件

PLC采用的是Rockwell的RSLogix5000編程軟件。RSLogix系列軟件支持梯形圖語言編程，可以幫助用戶最大限度的發(fā)揮可編程序控制器的性能，節(jié)省工程項(xiàng)目開放時(shí)間并提高生產(chǎn)率。RSLogix系列軟件運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)上，不同編程軟件支持不同的可編程邏輯控制器，RSLogix5000編程軟件支持Logix5000系列可編程控制器。該系列軟件提供了可靠的通訊能力，具有多種編程語言、強(qiáng)大的編程功能和卓越的診斷能力。

1.3SQLServer數(shù)據(jù)庫

MicrosoftSQLServer是一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)庫基于服務(wù)器端的中型數(shù)據(jù)庫，擁有處理海量數(shù)據(jù)的效率，后臺(tái)的開發(fā)比較靈活，可擴(kuò)展性等功能強(qiáng)大。數(shù)據(jù)庫引擎是SQLServer系統(tǒng)的核心服務(wù)，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)、處理和安全管理。

SQLServer采用的是SQL語言，SQL是英文StructuredQueryLanguage的縮寫，意思為結(jié)構(gòu)化查詢語言，主要功能就是同各種數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，進(jìn)行溝通。按照ANSI（美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）的規(guī)定，SQL被作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)語言。

圖2實(shí)時(shí)報(bào)警預(yù)覽

2. 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件開發(fā)

上位機(jī)通常是指工作人員可以直接向下位機(jī)發(fā)出操控命令并服務(wù)于控制者的電腦。上位機(jī)通常需要人機(jī)交互，故上位機(jī)常分布在控制室或是監(jiān)控中心。在本課題中，根據(jù)上位機(jī)的位置和工作人員的操作權(quán)限，將上位機(jī)分布在工程師站和遠(yuǎn)程操作站，兩個(gè)站同時(shí)控制下位機(jī)，都具有監(jiān)控和部分操作的權(quán)利，工程師站則具有全部權(quán)限，通?？刂迫藛T只在遠(yuǎn)程煤控室進(jìn)行操作和控制。

圖3實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線顯示界面

上位機(jī)組態(tài)畫面根據(jù)主要功能的不同分為監(jiān)控畫面組態(tài)、惰化畫面組態(tài)和輔助畫面組態(tài)等。在該項(xiàng)目中，監(jiān)控畫面主要是監(jiān)視48個(gè)筒倉各個(gè)變量的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)和故障狀態(tài)，控制防爆門的打開和關(guān)閉，包括監(jiān)控系統(tǒng)主畫面、單倉監(jiān)控畫面、廊道氣體系統(tǒng)畫面和布袋除塵系統(tǒng)畫面。惰化畫面主要是監(jiān)控惰性氮?dú)獾漠a(chǎn)生、儲(chǔ)存和釋放的過程，包括惰化保護(hù)系統(tǒng)畫面和惰化制氮系統(tǒng)畫面。輔助畫面包括參數(shù)設(shè)置畫面、儲(chǔ)煤參數(shù)配置系統(tǒng)畫面、實(shí)時(shí)報(bào)警預(yù)覽畫面、歷史報(bào)警畫面、歷史報(bào)表畫面和曲線顯示畫面。

報(bào)警的查詢分為實(shí)時(shí)報(bào)警查詢和歷史報(bào)警查詢，他們都是對(duì)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行分類查詢，報(bào)警數(shù)據(jù)的分類可以是對(duì)報(bào)警標(biāo)簽名稱或是設(shè)置報(bào)警區(qū)域等進(jìn)行分類。該項(xiàng)目是通過設(shè)置報(bào)警區(qū)域名稱進(jìn)行分類，該分類優(yōu)點(diǎn)是可以任意分配報(bào)警，還可以交差分配區(qū)域，操作快捷，查詢方便。

圖4本地與遠(yuǎn)程機(jī)架

實(shí)時(shí)報(bào)警為當(dāng)前系統(tǒng)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的報(bào)警，采用iFIX自帶的報(bào)警一覽控件，在過程數(shù)據(jù)庫中設(shè)置報(bào)警區(qū)域后，直接設(shè)置報(bào)警一覽過濾的報(bào)警區(qū)域，可方便地查詢各個(gè)區(qū)域報(bào)警，如圖2所示。

實(shí)時(shí)曲線可以實(shí)時(shí)顯示變量的變化趨勢(shì)，歷史曲線可以查詢變量以前的歷史趨勢(shì)，在該工程中采用較簡便的曲線控件來實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)查詢。本課題中將實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線合并到一個(gè)顯示界面，歷史曲線的手動(dòng)創(chuàng)建和VBA腳本創(chuàng)建的方式和實(shí)時(shí)曲線相同，兩者的數(shù)據(jù)服務(wù)器不一樣。實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的界面顯示如圖3所示。

3. 下位機(jī)控制程序設(shè)計(jì)開發(fā)

下位機(jī)是指直接控制現(xiàn)場設(shè)備并獲取設(shè)備狀態(tài)的被控制計(jì)算機(jī)。在控制器中，不同類型的控制器的處理能力和編程語言有所不同。ControlLogix型的PLC控制器可用的編程語言有梯形圖、結(jié)構(gòu)化文本、功能塊、順序功能圖（SFC），控制器可用多種語言進(jìn)行編程，所以在工程中可以混合使用編程語言。在本項(xiàng)目中，選用的主要是梯形圖。本項(xiàng)目中有2個(gè)本地7槽位機(jī)架安裝有兩臺(tái)冗余的ControlLogix系列的1756-L73控制器和7個(gè)遠(yuǎn)程13槽位的I/O機(jī)架，如圖4所示。本地機(jī)架通過冗余通信連接遠(yuǎn)程機(jī)架，實(shí)現(xiàn)對(duì)筒倉儲(chǔ)煤進(jìn)行監(jiān)控和惰化保護(hù)。

子程序（子例程）按照整個(gè)筒倉監(jiān)控及惰化保護(hù)系統(tǒng)的功能和程序的需要分成了十一部分，包含：防爆門例程、鎖充換電動(dòng)球閥例程、筒倉氣體報(bào)警和故障例程、故障統(tǒng)計(jì)例程、廊道報(bào)警例程、惰化系統(tǒng)主例程、惰化系統(tǒng)子例程、布袋除塵例程、參數(shù)配置例程、輸入例程、輸出例程。子程序可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有自定義添加模塊指令進(jìn)行調(diào)用，但子程序不會(huì)單獨(dú)運(yùn)行，需要得到主例程程序的調(diào)用。

結(jié)論

本文主要針對(duì)華能長興電廠“上大壓小”工程的方倉綜合安全監(jiān)測、惰化保護(hù)系統(tǒng)項(xiàng)目，電廠新建2臺(tái)660MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，通過48個(gè)筒倉儲(chǔ)煤來保障電廠用煤量，本文結(jié)合現(xiàn)場情況進(jìn)行研究分析，研發(fā)一套完整的筒倉惰化監(jiān)控系統(tǒng)以保障現(xiàn)場儲(chǔ)煤安全有效地進(jìn)行。采用Rockwell的PLC作為下位機(jī)，控制器和機(jī)架電源等都采用冗余配置，在程序中依照設(shè)備的工藝程序設(shè)計(jì)和報(bào)警配置，并在控制器中根據(jù)系統(tǒng)功能采用分塊編程和自定義模塊編程，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)控制兩種控制模式，完成下位機(jī)控制器對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測與控制。采用iFIX作為上位機(jī)監(jiān)控軟件，依照友好和人性化的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，完成上位機(jī)監(jiān)控惰化系統(tǒng)的主要功能和輔助功能的設(shè)計(jì)，主要功能有制氮系統(tǒng)的控制、各種傳感器信號(hào)的監(jiān)測、球閥的控制、防爆門的控制、布袋除塵器的控制等，輔助功能有實(shí)時(shí)報(bào)警監(jiān)測、歷史報(bào)警的查詢、歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線等目前為止，所研發(fā)的控制系統(tǒng)在電廠現(xiàn)場運(yùn)行良好。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TP274

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A