一、 摘要
以云南大唐紅河電廠輔控網系統為例，論述施耐德電氣Quantum PLC在火電廠輔機系統中的應用。對Quantum系統的硬件、軟件結構、工作原理進行了說明，闡述電廠輔控網模式在經濟、管理上的合理性和技術上的可行性，并且根據江邊取水系統重點介紹Quantum PLC的具體應用。
二、 概述
隨著工業自動化技術的飛速發展，電力系統的進一步深入改革，電廠對輔控網系統自動化程度的不斷提高 。在火力發電廠的輔機系統的設計中，一般是根據輔控設備的功能，按“水”、“灰”、“煤”三個系統設立了獨立的集中監控網。但為了保證設備優質高效的運行、提高勞動生產率、提高運行人員整體素質，滿足減員增效的要求，取消一般的“水”、“灰”、“煤”三個獨立的監控網，只構建一個電廠集中輔控網的新思路，并把輔控網數據并入SIS系統中。
三、 工程描述
大唐紅河電廠輔控網包括江邊取水、生水石灰預處理、次氯酸鈉、鍋爐補給水、工業廢水、凝結水精處理、爐內加藥、含煤廢水、輸煤、燃油泵房、制氫、氣力除灰、電除塵一共十三個子系統，全部使用Quantum PLC系統。輔控網對PLC有較高要求，主要有以下幾個特點：
1、 由于電廠控制水平要求高，所以根據工藝段的重要級別，大部分子系統選用Quantum PLC雙機熱備系統；
2、 在滿足工藝、控制要求的前提下，提高性能價格比，對點數不太多的子系統選用了CPU11303雙機熱備系統;
3、 為保證電源的可靠性，子系統選用了冗余電源；
4、 對I/O模塊的選型，設計進行了優化；
在開遠大唐紅河電廠輔控網中，我們充分利用了Quantum PLC強大的功能，很好解決了控制系統中存在的問題和難點。在通訊上，我們使用工業以太網，用TCP/IP協議加光纖遠距離傳輸，構建百/千兆網絡。NOE通訊模塊至交換機采用雙絞線，廠區內各系統到輔控網基本上沒超過2公里，所以用多模光纖；江邊取水系統距離較遠，所以用單模光纖，網絡速度好，信息傳輸方法機制合理，所以實時性相當強。網絡結構圖如（圖一）所示：
圖一
四、 PLC介紹
Quantum PLC模塊采用現代大規模集成電路技術，經過嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，所以具有很高的可靠性。Quantum PLC還帶有硬件故障自我檢測功能，出現故障時可及時發出警報信息。而且可以在Concept中編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統中除PLC以外的電路及設備也獲得故障自診斷保護，使整個系統有極高的可靠性。所有模塊都可以帶電拔插，無需停止系統，減少工作量，維護方便。LED狀態指示器，直觀地顯示CPU及其I/O模板通道狀態，為快速檢修故障提供了極大方便。
Quantum PLC的配套齊全、功能完善、適用性強，江邊取水、凝結水精處理等重要系統采用雙機熱備、冗余電源、冗余遠程I/O、再加上雙以太網，確保系統安全連續運行。尤其是先進的雙機熱備系統，組態簡單，操作方便。通過兩套配置完全相同的模塊，形成主備的形式。在正常狀態下，主機CPU負責處理程序運行，進行I/O通訊，通過熱備模塊更新備用機CPU的狀態及數據，備用機則監視主機的運行狀態。當主機發生故障時，備用機馬上進行切換，變成主機接替故障機的處理工作，而且切換時間短，不會超過PLC的一個掃描周期，所以不會影響邏輯運行。
五、 工程實例
1、 工藝描述
云南大唐紅河電廠水源地江邊取水系統處于離主廠房17公里外的南盤江畔，一共分囤船取水、沉沙池、澄清池和二級泵房四個子站。江邊取水系統由囤船三臺取水泵將南盤江水抽到沉沙池進行泥沙沉淀，再自流到澄清池，加如凝聚劑助凝劑進一步沉淀雜質，再由生壓泵打到山頂水池蓄水，自流到電廠作為電廠補給水源。流程如（圖二）所示
2、 控制方式
江邊取水系統操作運行分別設有“遠程自動”、“遠程手動”、“就地手動”三種工作模式。“遠程自動”模式為正常的主要運行方式，根據系統滿足自動順序運行的條件，在操作員站上操作完成整個工藝流程。在程序編寫中注意自動順序執行期間，出現任何故障或運行人員中斷信號，都能使正在運行的程序中斷并回到安全狀態，使程序中斷的故障或運行人員的指令都將在畫面實時顯示。“遠程手動”模式為運行人員在畫面上點操一個被控對象。在遠方手動模式下，系統提供了豐富幫助操作指導和反饋信息，指引操作人員的操作，以防止誤操作。“就地手動”模式是運行人員通過就地控制箱操作被控對象，就地操作與遠方程控操作之間有相互連鎖。
3、系統配置
控制系統采用耐德電氣Quantum PLC系列，整個系統開關量輸出192點、開關量輸入252點、模擬量輸出8點、模擬量輸入93點。設計時在需要的點數上還留有15%的余量。本系統模塊數量如下（表一）
系統配置采用140 CPU 434 12控制器，雙機熱備、冗余電源、冗余I/O通信、雙以太網，各子站通過同軸電纜通信。開關量控制信號用24V直流電源，開關量反饋用48V直流電源（防止壓降），模擬量用都24V直流電源，4～20mA信號，分辨率采用4095。系統電源UPS為3KVA，實際整套系統只用到30%的容量。
系統配置圖如（圖三）所示
4、編程軟件
本系統的編程軟件使用施耐德電氣Concept2.6軟件，運行在Windows 2000系統下。上位監控軟件用Wonderware 公司Intouch9.5，與Quantum系列PLC完美的結合在一起。Concept2.6編程軟件完成對硬件組態、子站和地址的分配，編寫整個系統程序的控制邏輯。Concept編程軟件采用國際標準的IEC61131-3 編程語言，通俗易懂、直觀簡單，強大的編程環境基本可以滿足一切工業邏輯要求。尤其是Concept DFB塊功能，可以自己編寫一些基本功能塊，比如泵、閥等的數據轉換，在編程時直接調用，大大提高工作效率，也使程序看上去簡潔明了。程序中要對閥門監視的信號有開到位、關到位、過扭矩、超時、遠方／就地切換等，泵有運行，故障、遠方／就地切換等，實現了數據準確采集和工程量轉換。有些調節閥需進行PID操作，PID操作由程序中的PID功能塊完成，還能完成手動／自動的無擾切換功能。
六、 應用總結
施耐德電氣Quantum PLC具有強大處理能力的大型控制系統，可以滿足大部分離散和過程控制的經濟和靈活的硬件控制平臺，極高的性價比也是在同等PLC中屈指可數的。云南大唐紅河電廠輔機全部采用Quantum PLC，各系統運行情況十分理想。其優異性能、穩定可靠的運行電廠輔機設備提供了優異的技術保障，也給運行、維護人員提供很大的便利。
七、 建議
在滿足工藝、控制要求的前提下，對點數較少但又是重要崗位的子系統，選用CPU11303系列雙機熱備控制器，只能采用LL984編程，一是編程麻煩，二是功能較差，三是不利于整個電廠編程的一致性和維護，能否升級也用IEC編程，這樣小系統也具有很強的競爭力！
八、 參考文獻
1、《Modicon TSX Quantum 硬件手冊》
2、《Concept 2.6 用戶手冊》
作 者 介 紹
姓名 張亮 性別 男 出生年月 1983．1
學歷 大本 專業 自動化 政治面貌 黨員
單位 北京華創遠大系統技術有限公司 職務 工程部主任助理
電話 010-62011755 13910141215 傳真 010-82080213
地址 北京市西城區安德路67號5013室 郵編 100011
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