PLC系统在热力站控制中的应用分析

第一篇：PLC系统在热力站控制中的应用分析

PLC系统在热力站控制中的应用分析

一、前言

在城市集中供热系统中，热力站作为热网系统面对系统热用户最后一级调节单元，热力站的控制效果直接决定热用户的采暖效果。太原市热力公司所辖城市热网包含400余座热力站，供热面积覆盖太原市总采暖面积的60%，所有热力站均采用间连型热力换热站。

在间连热网热力站中，二次网供回水压力、温度及流量均是影响供热效果的重要因素，而二次网各供参数的调节主要是依靠对二次网循环泵及补水泵的控制。传统的热力站控制中，循环泵与补水泵一般都采用工频泵，系统在设计选型时已经决定了系统二次网的主要参数，但是相对的，系统的适应性、扩展性及各参数的精确调整均受到极大限制。

太原热力公司自99年起，开始逐步对太原集中供热热网的各个热力站进行自动控制化改造。对于原有的热力站，统一增加自控仪表、PLC及变频设备;对于新建的热力站，在设计时即在工艺系统基础上引入自控设备。自控系统辅助将热力站的控制精确化，结合热网中控室全网平衡系统及通讯网络系统，进行全网均匀调节，达到较好的控制效果。本文着重介绍自控系统及变频器在热力站控制中的应用。

二、热力站自控系统构成间连型热力站自控系统按设备类型分，可分为：温度、压力变送器，流量计，电动调节阀，循环泵及补水泵;按控制回路分，则可分为：一次网流量控制回路、二次网循环控制回路、二次网定压回路。

在热力站自控系统中，一次网流量控制回路主要通过调节一次回水调节阀来实现。二次网的调节回路则是通过调节二次网循环泵及补水泵转速来实现。一次网的控制指令主要由热网调度中心根据全网平衡算法下发，而二次网循环泵及补水泵变频器转速则由站内PLC系统依据各热力站所带热网的实际情况计算得出。

三、系统控制思想

在集中供热工程中由于各用户的建筑面积、暖气片性能及房屋保温质量各不相同，很难确定一组典型的室内温度作为直接被控量，而供、回水的平均温度从整体上反映了各用户暖气片的平均温度，因此一般的供热系统都是根据室外环境温度及不同的供热时段来控制供、回水平均温度的方法来间接控制用户室温。

在太原各热网控制中，由于在进行热力站自控改造的同时，对热网调度系统也进行了调整。目前太原各个热力分公司热网调度中心都加设了全网平衡系统，调度中心通过与个热力

站进行通讯，获取热网数据，并根据室外温度情况对全网热力站的供热效果进行均匀调整。各热力站从控制中心获取对应的二次网供回水平均温度，站内系统将独立控制回路分为二次网供回水平均温度控制回路和一次网流量控制回路，根据平均温度的偏差确定一次网流量的设定值，然后调节阀门开度使流量达到设定值。

站内的控制系统还根据热力站的实际情况对二次网循环泵及补水泵进行调速，系统根据二次网供、回水平均温度的温差，通过变频器自动调节循环泵的转速，实现对系统总流量和温度的调节。使循环水泵按照实际负荷输出功率，减少不必要的电能损失，实现小流量大温差的运行模式。通过此举，可以及时地把流量、扬程调整到需要的数值上，消除多余的电能消耗，从而达到良好的节能效果。通常热力系统会设计两台变频泵，这不仅是为了系统备用，也是为了防止系统超调。如果负荷不够，则泵的转速加大，达到100%时还不满足要求，则启动第二台泵。同时系统还可以根据运行时间自动切换各循环泵，也提供低水压保护和连锁功能。

控制系统的二网供、回水压力是热网安全运行的重要参数。供水压力过高可能造成热水管道及用户暖气片的破裂;供、回水压力过低，使得部分热用户无法的到足够热量。恒压控制的最佳方案是对补水泵进行变频调速控制，但考虑此处对压力的稳定性要求并不高，只要压力不超出某一范围即可，所以也可以采用开关补水控制方案。

四、热力站控制系统的实现

1、一网回路控制：

热力站的一次网回路控制，主要是热负荷控制。通过控制调节一次网回路上的电动调节阀，来调节流过热力站的一次热水的流量。在全网控制系统中，全网控制中心根据目前室外温度情况，参考热源的运行情况及各热力站反馈的二次网运行数据，计算出各热力站一次网控制阀门的开度指令或二次网目标控制温度。热力站系统根据全网控制中心下发的指令，调节一次网流量调节阀，从而实现全热网的热资源均匀分配。

一次网回路控制中主要的参考对象为热力站一、二次网供回水温度;一次网控制的对象为一次网调节阀;控制目的为提供热力站必须的供暖热量。

2、二次网循环泵控制：

热力站系统二次网循环泵是通过变频器来调速。

传统热力站系统循环泵通常采用工频泵，循环泵选定后，热力站二次网的流量无法进行调整，从而造成热力站系统无法根据室外温度及实际供热需求来调整，造成热力及电力资源的浪费。而且大功率的工频泵在起停时会对电网造成冲击。

目前，热力系统自控改造中，对15KW以上的循环泵普遍使用变频控制。一般的循环泵均采用压差控制方式，即循环泵的转速受二次网供回水压差调整。压差控制的方式可以通过调节循环泵转速，调节二网流量以满足供热需求，从而减少浪费。

在热力站循环泵控制中，我们采用供回水温差结合供回水压差控制的方式。

热力站控制系统根据各系统的实际情况，设定一个供回水压差目标值。设定此供回水压差值以满足二次管网的供暖水循环。在此基础上，热力站PLC系统通过测量二次网供回水温差来对循环泵进行修正。当二网供回水温差偏大时，则需提高循环泵转速，加大二网流量，提高二网回水温度，改善供热效果;当二网供回水温差过小时，需适当降低循环泵转速，减小二次网的流量，实现小流量大温差的运行模式。这种调整可以起到节约电能及热能的效果，在大型热网中，这种节能手段就能取得可观的效果。

3、二网定压补水控制：

二次网的补水控制采用的是定压控制，传统热力站中往往采用压力表电节点控制。随着城市集中供热的发展，系统的热负荷越来越大，热力站系统所带的供暖面积都比较大，并且供热网条件不一，二网系统的水力损失较大。严重的水力损失使得二次网的补水系统压力加大，补水频繁。而传统的工频补水泵的频繁起停，容易造成二次管网压力的波动。

在热负荷较大的系统中，我们采用补水泵变频控制，对补水系统进行精确的微调。当系统失水时，二网压力下降，系统会通过变频器控制补水泵以一定的转速进行补水，补水泵的转速根据当前压力与目标压力的差值均匀调整，从而避免补水泵在启动和停止时对二次网系统的冲击。

4.现场人机界面

在现场人机界面上，可以通过操作面板任意调节系统所需的各种运行状态，例如：

一、二次网供回水温度及温差，变频器最大最小运行频率等，并可随时查阅以往运行记录。根据用户要求可将当前参数以画面、曲线、报表的形式在屏幕上显示。

五、热力站自控系统的优点

在热力站中使用变频器及可编程控制器，充分发挥变频器的调速和节能的优点及可编程控制器配置灵活、控制可靠、编程方便的优点，使整个系统的稳定性有了可靠保障。

通过热力站自动控制系统的投运，过去主要依靠人工调节的控制手段得到了彻底改善，热网的运行得到合理控制，失调现象得到了有效地解决，消除了热网中各站冷热不均的现象。按需供热、节能降耗，改变了不合理的小温差大流量运行方式，既保证了远端客户的供热需要又避免了近端用户的过热现象直接提高了热网的供热效果。

作者简介

剌慧东 男 现供职于山西省太原市热力公司材料设备处，分管技术工作，兼任山西省城镇供热协会特聘电气专家。

参考文献

[1> 王亦昭、刘雄，供热工程，机械工业出版社，2007年8月;

[2> 佚名，RTU在城市热网自动控制系统中的实际应用，自动化在线，2007年;

第二篇：PLC在物料搬运机械手控制中的应用

引言

机械手可在空间抓放物体，动作灵活多样，适用于可变换生产品种的中、小批量自动化生产，广泛应用于柔性自动线[1>。笔者开发的用于热处理淬火加工的物料搬运机械手，采用PLC控制，是一种按预先设定的程序进行工件分拣、搬运和淬火加工的自动化装置，可部分代替人工在高温和危险的作业区进行单调持久的作业，并可根据工件的变化以及淬火工艺的要求随时更改相关控制参数。物料搬运机械手结构

如图1所示，物料搬运机械手为三自由度气压式圆柱坐标型机械手，主要由机座、腰部、水平手臂、垂直手臂、气爪等部分组成。其中，腰部采用步进电机驱动旋转，手臂及气爪采用气缸等气动元件。对应的物料分拣装置由4个普通气缸构成，用以将不同长度的工件经分拣后送至各自的轨道中，并在轨道终端进行淬火加工，加工完毕后再由机械手抓取、搬运和分类堆放。机械手抓取长、短工件的顺序不是固定的，要视物料分拣装置的分拣结果以及长、短工件哪一个先到达轨道终端来定。但机械手对工件的堆放顺序却是固定的，要按照一定的规律堆放(如图1中，长、短工件各放一边，以4个为一组进行堆放)，并且堆放工件的位置精度也是有要求的。

图1 物料搬运机械手装置结构示意图 机械手控制系统组成

由于取工件和堆放工件都有定位精度要求，所以在机械手控制中，除了要对垂直手臂滑块气缸、气爪等普通气缸进行控制外，还要涉及到对水平手臂气缸以及机械手腰部回转的伺服控制。其中，机械手水平手臂气缸的伺服控制采用气动比例伺服控制系统;机械手的回转控制则采用三相混和式步进电机及其控制系统。考虑到机械手工作的稳定性、可靠性以及各种控制元器件连接的灵活性和方便性，对这种混合驱动机械手采用PLC作为核心控制器，上述各控制对象都必须在PLC的统一控制下协同工作(如图2所示)，PLC采用日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC(16点输入、16点输出)。

图2 基于PLC的机械手控制系统硬件原理图

步进电机选用深圳白山机电公司的BS110HB3L142-04型三相混合式步进电机，最大扭矩:12Nm;保持转矩:13.5Nm;额定电流4.2A。步进电机驱动器性能的优劣，直接关系到步进电机的正常运行，必须合理选配。为此，我们仍选择白山公司与BS110三相混合式步进电机配套的Q3HB220M等角度恒力矩细分型驱动器，定位精度可达30000步/转。为了确保步进电机控制的稳定性、可靠性以及便于日后维护，我们选择与FX2N系列PLC配套的脉冲发生单元FX2N-1PG作为步进电机驱动器的控制单元[2>。PLC通过扩展电缆、控制信号以及FROM/TO指令对1PG进行控制，向1PG发出定位命令，然后由1PG通过向步进电机驱动器输出指定数量的脉冲(最大100KPPS)来具体执行这个定位命令，从而最终实现PLC对步进电机的伺服定位控制，既提高了控制的灵活性和可靠性, 又便于控制程序的编写。

在图2中，FX2N-1PG的FP和RP分别与步进电机的DR-和PU-端子相连，表示输出脉冲类型分别为前向脉冲和反向脉冲。1PG的DOG端为确定步进电机原点位置时所用。在调试时，当步进电机接近原点位置时，应通过此端对应的按钮接通24V电源，从而使步进电机开始以原点返回速度(爬行速度)转动，以便在到达设定的原点位置时方便于PG0端的控制。PG0+和PG0-为步进电机到达原点位置时的停转控制信号，需外加一个5V电源，正端接PG0+，负端通过开关K与PG0-相连。当步进电机在DOG信号的控制下缓慢转动到达设定的原点位置时，可通过手动或行程开关触发PG0+和PG0-，使两端接通5V电源，于是电机停转，并将原点位置记录下来，存贮在1PG的BFM#26和#27这2个寄存器中，作为PLC对步进电机进一步控制的基准和重要参数。

气动比例伺服控制系统采用德国Festo公司的相关产品，主要由HMP坐标气缸、伺服定位控制器SPC200以及与之配套的内置位移传感器MLO-POT-0225、气动伺服阀MPYE-5-1/8-LF-010-B和伺服定位控制连接器SPC-AIF-POT等装置组成。在图2的控制系统硬件接线中，主要涉及其中SPC200的DIO数字量I/O模块的接线[3>。从该图中可见，一方面PLC通过输出端Y0-Y3控制SPC200的定位指令(Record Select工作方式)记录号选取，并通过Y6启动伺服定位;另一方面SPC200又通过定位任务完成信号Q0.4(MC-A)将定位执行情况反馈到PLC的输入端X12，以便于PLC 的程序控制。

在滑块气缸和气爪上都安装有磁性开关传感器，用于检测气缸活塞的位置。通过这些传感器的信号，并结合步进电机和气动伺服的启停信号，在PLC的控制下，就能够对滑块气缸和气爪对应的电磁阀进行控制，进而实现气缸的动作。控制系统PLC程序设计 4.1 步进电机初始化控制程序

PLC与1PG间通过FROM/TO指令进行联系。通过TO指令，PLC将控制命令及参数写入1PG的缓存，而在1PG控制下，步进电机的运行状态则由PLC通过FROM指令读入，以便程序处理。在图3所示的部分步进电机初始化程序中，PLC一旦通电运行，便在每一个循环执行周期中将其M0～M15寄存器的内容写入1PG的操作命令缓存“BFM#25”中，控制1PG的工作。同时，PLC还不断从1PG的“BFM#28”、“BFM#27”和“BFM#26”缓存中读入步进电机的运行状态和当前位置值，以便在逻辑控制中通过对这些输入值的处理来进一步控制机械手的动作。

图3 步进电机初始化控制程序

按设计要求，同类型工件每4个为一组放置，两种工件各自的堆放顺序不能互相干扰。因此，同类型的4个工件搬运为一个基本循环，在各自的工件循环中分别设置了相应的工件计数标志位。

4.2 机械手综合控制程序

综合前述的步进电机和气动伺服控制技术，同时结合对垂直手臂滑块气缸、气爪的控制要求, 下面给出机械手完成一次定位并抓取工件的部分PLC程序(如图4所示):

图4 机械手综合控制程序

该程序表明:当工件分拣加工完毕后，机械手首先转动一定的角度指向取工件位置，待步进电机定位结束后，垂直手臂滑块气缸活塞落下，然后水平手臂气缸在气动伺服控制下伸出设定的定位位移。定位位移是由PLC的输出端子(Y2～Y0)控制SPC200输入端子(I0.2～I0.0)的状态来决定的，如附表所示，从而实现了PLC对气动伺服定位的控制。当气动伺服定位结束后，气爪动作,夹紧工件。后续的搬运和放置工件的控制程序原理与之类似。

附表 PLC输出端子与SPC200输入端子接口状态对应表结束语

上述针对机械手的控制方法充分利用了PLC和其它控制装置的特性，结构紧凑、控制可靠，目前在现场运行良好。作为一个相对独立的PLC控制系统，它还可以通过RS-485总线或CC-Link总线与生产线上的其它PLC及控制器组成工业控制网络, 实现更进一步的自动化生产控制。

参考文献

[1> 张建民.工业机器人[M>.北京:北京理工大学出版社,1996.[2> 三菱公司.FX2N-1PG PULSE GENERATOR UNIT USER’S MANUAL[Z>.2003.[3> FESTO公司.Pneumatic positioning system Smart Positioning Controller SPC200 Manual[Z>.2002

来源：[http://www.xiexiebang.com]机电之家·机电行业电子商务平台！

第三篇：plc在水厂加氯自控系统中的应用

PLC在水厂加氯自动控制系统中的应用

1引言

随着水厂“无人值守”工作的不断开展，对城市净水处理控制系统提出了更高的要求。计算机技术、信息技术和现场总线技术的飞速发展对于水厂控制系统无论在结构上还是功能上，都提供了一个广阔的发展空间。水厂自动化系统应该成为一个集计算机、控制、网络以及多媒体为一体的综合系统，其中加氯系统的控制在整个水厂中的地位显得尤为重要，因为其安全、高效运行直接影响到水厂的供水质量，结合本人工作实际，现就 rockwell automation 的基于plc的controllogix系统在水厂加氯系统中的应用作些探讨。

2控制系统解决方案

水厂加氯系统的主要包括气源供给与压力切换、氯气投加、余氯分析、漏氯检测和吸收等四部分，典型工艺流程如图1所示。

图

1某水厂加氯系统工艺流程图

水厂加氯对控制系统的基本要求就是：可以远程集中监控生产情况(现场无人值班)，并能自动进行投加调整，保证水厂出水余氯符合控制指标要求；能对设备故障、生产异常等进行报警和紧急处理，确保安全生产。另外，从控制系统方面考虑，应满足集成化、控制灵活、安全可靠、可维护性、可扩展性、开放性等特点。

在选择控制系统方案时，可根据水厂加氯系统设备的实际特点和其对控制系统的功能要求，进行考虑。宜采用集散型控制系统，由厂级中央监控工作站和现场分散控制站组成全厂工业控制网，加氯现场控制站与中央调度计算机之间的通讯采用以通讯光纤为介质的高速工业以太网。这里我们以在众多水厂广泛采用的rockwell automation的新一代控制平台controllogix为例进行讨论，因为它是一种把i/o逻辑顺序控制和伺服运动控制集成在一起的plc控制系统。controllogix系统由通信模块、模拟量输入/输出模块、处理器模块等组成，各模块之间通过机架背板进行通信，组网和编程都比较方便。

水厂自控系统的组成如图2所示(虚线框内是加氯系统控制部分)。

图

2某水厂自控系统结构图

从图中我们看到，自控系统主要包括：

(1)plc现场控制站(例如加氯控制站)：主要功能是数据采集和控制输出，即实现远程i/o模块和通讯的功能，它主要包括模拟输入模块、数字输入模块、数字输出模块、以及通讯模块。

(2)主plc控制站：主要功能是通过预先编制好的控制程序，采用rsview32监控软件来完成对现场控制站i/o模块所采集的数据进行分析、运算并相应的输出结果。

(3)系统网络：controllogix系统通过enet模块，来实现在以态网中的数据传递，实现上下位机通讯；现场控制站之间通过cbnr通讯模块，完成controlnet控制网络的通讯功能。功能实现

3.1数据采集/处理功能

采集的信号主要有氯瓶重量、加氯机氯气投加量、漏氯报警、加氯机开/停状态；加氯机手/自动状态、加氯机故障、氯路瓶切换及电动球阀工作状态；空瓶信号检测等。

3.2主要控制功能

(1)实现工艺要求：真空加氯系统分为前加氯和后加氯系统。前加氯按比例流量投加，后加氯采用流量比例与余氯信号双因子复合控制投加。加氯机所需的流量信号由超声波流量计、余氯信号由余氯分析仪分别经plc在线检测输入至加氯机。氯库装有电子秤和自动切换单元，当接到“空瓶”信号后，自动进行气路切换提示换瓶。同时装有泄漏报警仪，当氯气泄漏时，通过检测泄漏报警信号经plc系统可自动打开排气扇、启动漏氯吸收装置，并且会自动关闭所有加氯系统等待故障处理。系统能实现加氯机的备用切换。

(2)控制方式：系统分现场手动控制、控制室远控和自动控制3种控制方式，由现场转换开关位置(或加氯机手柄状态)设定。现场手动控制用于在自动控制系统长时间停机、或plc停机、电气设备现场维护、或现场处理紧急事故时，最具优先权。远控控制为满足安全生产要求，进行单台设备的启/停，不影响其它任何设备的状态。自动控制方式下，plc对加氯工艺流程进行顺序控制、联锁控制、故障联锁控制、生产过程控制等功能。控制系统对违反工艺的误操作有识别功能，不予执行；对每台电气设备设计故障联锁控制功能；系统根据工艺要求，实现加氯流程中电气设备及控制参数之间的全自动联锁控制(加氯机硬手操、软手操联锁控制；自动切换装置控制两氯瓶源的电动球阀联锁控制；漏氯吸收装置和加氯机的联锁控制)。

(3)生产过程控制：前加氯scu流量配比控制器根据plc从原水流量计处采集的4～20ma流量信号，经运算处理同样提供一个4～20ma的比例输出，来控制一个带传感器的电动马达，对加氯机投加阀杆进行调整。输入信号可用流量系数来按比例变化，输出可通过剂量系数来按比例变化。控制输出如下确定：控制输出＝(输入信号)*(剂量系数)*(流量系数)。这里系数的设定可以根据工艺控制要求和运行经验合理设置。通过scu电路板上的两个继电器，开启马达增加或减小，使马达控制的传感器设置等于控制输出。同时反送电位器给出一个信号给plc，从而在上位机上可以远程监控加氯机的开启度，获得实时投加流量。如果输入流量信号下降到3ma之下，scu就发出无流量报警，并且驱动传感器到0位，关闭加氯机。

后加氯用pcu复合环控制器。它是双信号前馈控制，一个流量信号和一个余氯信号由plc提供给控制器，根据水的流量随时对传感器的位置进行调整(同scu)，同时plc把余氯分析仪的反馈信号给pcu，并与设定好的余氯值进行比较，经过一定的滞后时间后作出调节，直到实际值和设定值符合为止(类似pid调节)。工作原理如图3所示。

图

3对后加氯进行控制的pcu工作原理图

3.3 管理功能

控制系统具有各种操作功能，如自动操作/遥控/手动切换操作，操作员登录操作、“权限”操作等，并有误操作保护功能。具有显示功能，按工艺流程分画面、分系统实时显示和监视各流程的运行工况，通过动态、变色、闪烁、数字、棒图及曲线的方式实时监视各电气设备、工艺参数的工况，界面友好、全中文信息，便于操作和使用。对被测工艺参数设有实时/历史趋势功能，对重要电气设备的启/停、重要操作设有记录功能，还具有报警功能和打印生产报表，及历史储存功能。图4就是水厂加氯间运行的rsview32监控画面。

图

4加氯系统运行监控画面 结束语

本控制系统在某水厂已经安全稳定地运行六年多了，整个系统安全可靠、经济实用，操作方便、易于编程、维护。运行结果表明rockwell automation的基于plc的controllogix系统能充分满足水厂加氯系统的控制要求，在全自动运行方式下设备操作正确无误，数据采集与通讯正常，系统可靠性高，上位机监控方便，各项性能满足水厂工艺控制要求，同时减少了运行值班人员工作量、降低了生产成本，为实现现代化水厂“无人值守”的运行管理模式创造了条件。

作者简介

刘淑明(1977-)

男

工程师，毕业于山东工业大学自动化工程系，现供职于烟台经济技术开发区自来水公司，从事水厂自动化研究与应用工作。

参考文献

[1] rockwell automation．controllogix system user manual.[2] rockwell automation．rsview32 user’s guide.[3] rockwell automation．rsview32 getting results guide.[4] 刘滨,林恒,侯永海等．plc在海水处理自动控制系统中的应用.plc&fa，2002(1):29-30,41．

[5] usf/w&t．v2000系列自动控制加氯机使用手册(3000ppd).

第四篇：PLC在输煤程控系统中的应用

PLC在输煤程控系统中的应用

〖摘要〗本文介绍了输煤系统的工作原理和特点，对本系统使用的软、硬件进行了说明，讲述了远距离通讯的网络构成，以及多个三通挡板的使用令系统更具有灵活性和高效率。

〖关键词〗电动三通挡板；自动；热备；通讯 1．前言

为缓解我国电力供应严重不足的现状，许多大容量的火电厂在全国各地纷纷投入建设和使用，因此对煤炭的需求量也就越来越大，对输煤等公用系统的自动化控制要求也就越来越高。

山西某发电厂2×600MW机组自动控制系统由两类控制设备组成：主控部分（包括锅炉、汽机和发电机等）使用的是HONEYWELL公司的DCS控制系统；公用部分（包括输煤、化水和除灰等）使用的是ROCKWELL公司生产的Contrologix5000系列PLC系统，上位软件使用的是iFix3.5，并且数据通过以太网与DCS系统连接，使得本系统即可以在输煤程控上位机上操作，又可以在DCS上操作。

输煤系统的主要功能是把通过火车和汽车等交通工具运送到火车卸煤沟和汽车卸煤沟的煤炭，通过一系列运送设备运达原煤仓的过程。

由于该电厂发电机组容量大，并且是两台机组公用一套输煤系统，对煤炭的需求量非常大，为了避免一条上煤通路成为瓶颈，耽误正常生产，设计了两条上煤通路，一路运行，一路备用，也可以两条通路同时运行，分别向两个不同的目的地运煤。2．控制设备

本套输煤系统的控制对象有：皮带机21条（其中5#甲和7#甲皮带可双向运行），斗轮堆取料机2台，滚轴筛2台，环式碎煤机2台，清水泵2台，振动器30台，刮水器2台，电动三通挡板16台，入炉煤取样器2台，除尘器15台，叶轮给煤机6台，盘式电磁除铁器2台，带式电磁除铁器8台，皮带采样装置2台，卸料车2台，共计114台设备。

程控系统所有的输入、输出信号均通过继电器隔离，以提高系统的抗干扰能力并保护PLC模块以避免大电流信号的进入而损毁。

本套输煤系统采用了16个电动三通挡板，为的是使系统组合更加灵活多样。当有设备出现故障需要检修时，可以通过使用其他设备，调整三通挡板的通路绕过故障设备继续上煤，使整个系统不至于因某一个或几个设备的故障造成瘫痪。3．设备的控制方式

设备的控制方式有以下几种：

1）实验方式：即手动操作方式。这种方式是在上位机上对单个设备进行开、关，启、停的操作，设备间的联锁关系已经被解除了，不存在联跳功能，因此这种方式下不能带负载运行。2）集中联锁手动：此方式是对要启动的流程中的设备按逆煤流方向一对一的启动，按顺煤流方向一对一停机，要求设备启动前须先将三通挡板启动到位，设备的保护动作处理均同自动控制方式。

3）自动方式：按照预先设定的流程启动或停止相关的设备，是一种正常运行方式，要求现场设备必须处于正常状态。

自动方式为系统的最佳控制方式，在此方式下，设备的空载运行时间最短，操作员的操作步骤最少。

4）就地方式：在就地操作箱上把手自动选择按钮打在就地位置，从操作箱上发出启停或开关命令，实现对现场设备的操控。在此种方式下，PLC就失去了控制此设备的功能了。

输煤系统主要有8种流程可供选择，分别是： a)汽车卸煤沟→1号煤场； b)汽车卸煤沟→2号煤场； c)火车卸煤沟→1号煤场； d)火车卸煤沟→2号煤场； e)汽车卸煤沟→主厂房煤仓间； f)火车卸煤沟→主厂房煤仓间； g)1号煤场→主厂房煤仓间； h)2号煤场→主厂房煤仓间；

在上位画面上有选择流程的分画面，通过这些画面实现流程和设备的选用。4．输煤程控系统方案的设计与实施 1）硬件系统（参见下图）a）上位机系统

本系统配置两台上位机，都可作为操作员站，其中一台兼作工程师站，且两台工控机可互为备用。上位机使用屏蔽双绞线同以太网交换机相连，通过以太网模块同PLC主机进行通讯。所有的数据显示和操作都可以在上位机上完成，并且还有报警，历史趋势和报表功能，给操作人员提供最完备的使用环境。b）控制系统

本系统使用了两台型号是1756-L55M13的CPU，内存1.5M。两个CPU分别安装在两个机架上，互为热备用，先上电的CPU为主。为了避免同时失电，两个机架的电源分别取自厂用电和UPS电源。两个CPU中的程序完全一样，采集信息、处理程序、发出命令由主CPU完成，备用CPU在实时跟踪主CPU工作。一旦主CPU失电或者通讯中断，备用CPU将代替主CPU继续完成工作。

主机通过以太网同PC机相连进行数据交换，其下面带的3个本地I/O机架通过ControlNet网与主站相连（ControlNet网为冗余配置），由CPU通过判断采集的输入信号，经过预先编制好的程序进行运算处理后，再通过输出模块发出命令，来达到控制的目的。c）远程系统

本系统设置了一个I/O远程站，通过多模光缆与主站的I/O机架相连。这种应用方式极大地减少了控制电缆的数量和长度，减少了因电缆过长而引起的接地或接线不良等故障，也减少了费用的投入。另外采用光缆连接远程站的通讯方式，使得通讯距离比应用同轴电缆通讯长了很多，并且消除了电压、电流的干扰，提高了数据传输的品质。d）同其他系统的通讯

同DCS系统采用以太网通讯，使用光缆连接两台交换机，DCS就可以很容易地直接从PLC主机中读取所需要的数据了。

同斗轮机系统和轨道衡系统通讯也是采用了光缆连接两台交换机的方式，由于输煤系统本身设备比较分散，距离又比较远（输煤主控室距离轨道衡控制室的距离超过了3公里），使用普通电缆或多模光缆不加中继器根本无法达到要求，而使用单模光缆就简单了，不加中继器的最远通讯距离可达到几十公里。e）工业电视系统

共有4台工业电视放置于前排的工业电视屏上，通过摄像镜头把相应设备的运行情况和事故情况显示在屏幕上，并可通过计算机进行记录存储，以便日后随时可以调出想要察看的那段时间的画面记录情况，分析事故原因。四台工业电视通过屏幕分割技术最多可同时显示16幅画面，通过选择按钮，把画面调整到自己想要观察的地方进行监测。2）软件配置 a）上位机监控软件

本系统的上位监控软件选用的是Intellution公司的iFix3.5作为开发平台，利用该软件的变量存档编辑器和水晶报表设计器，可以很方便地为运行用户过程数据生成用户档案并生成报表。利用ODBC功能，把所有设备的报警和人员的操作都记录下来，通过声音通知操作人员，以便使操作人员能够立即进行处理，并给日后事故原因的分析创造有利条件。b）PLC控制软件

PLC控制软件采用ROCKWELL公司的RSLogix5000编程软件、RS-LINX通讯驱动软件和RSNetWorx组态软件作为编程调试软件的开发平台。既可以使用梯形图编程方式，又有IEC的编程方法，给了编程者更大的自由度。这种软件的优点是有强大的功能块系统，针对不同功能都有一种功能块儿与之相对应，编程简便、灵活。5．系统控制

自动启动时，按照逆煤流方向顺序启动设备；自动停机时，按照顺煤流方向延时停止设备；当某一设备出现事故跳闸时，由故障设备开始进行逆煤流跳闸（除铁器、电子皮带秤、取样器不参与跳闸）。并且本系统允许有多个流程在运行中，但不允许同时操作两个及以上流程启动或停机。当有两条流程在运行时，如果其中一条流程的某一设备出现故障造成此流程设备联跳时，不能影响另一条正在正常工作的流程。具体设备的位置和流程顺序参看“系统总貌”图：

在系统投入自动启动前，需要进行流程选择。如果两个流程同时选择了一个设备，则会发出报警。

流程选择需要通过上位机流程选择画面进行，在本次输煤程控项目中，我们总共设置了8个流程选择分画面.每一个流程选择分画面都设置了一个全选甲带键和一个全选乙带键，一旦按下全选甲带键，这个流程内的所有甲带就都变成深蓝颜色，表示被选中。

另外每一条皮带自身也有一个选择键，利用此键可以把有故障的皮带退出流程，选择另一侧的皮带来替代它，这样就可以做到甲、乙侧设备交叉使用。在设备选择完成后，按下确认键后就可以知道所选的通路是否正确，如果正确，则可以继续下一步操作，否则需要重新进行选择。当此流程使用完毕后，使用清流程键把这个流程清除，以免在另外的流程中使用相同设备时出现错误。

若所选流程为有效流程，则由语音提示下一步的“预启”操作。此操作发出后，三通挡板打到所选通路，滚轴筛（如果在流程内）、碎煤机（如果在流程内）运行。如在30秒预启过程中挡板正常启动到位，则发出“允许启动”语音提示，此时可以进行“程启”操作。选择“程启”后沿线设备从末端皮带机按所选流程逆煤流方向延时启动各设备直到煤源。当上煤结束时，立即进行“程停”操作。在多流程同时运行时要先选择煤源再进行“程停”操作，程停操作根据所选流程从煤源设备开始顺煤流方向逐台按预定的延迟时间顺序停止各设备直到最末一台设备。延迟时间是为保证每台运行设备上的煤走完后该设备才停机。

在自动运行中，某一设备出现故障或事故时,如皮带撕裂、拉绳，持续2秒以上的重跑偏、打滑或堵煤时，立即停止该皮带，同时联跳逆煤流方向的所有设备。但故障点下游设备保持原工作状态不变。待故障解除后，先进行“复位”操作，再重新进行“预启”操作，从故障点向上游重新延时启动设备；也可在故障未解除时，执行“程停”操作，从故障点下游开始顺煤流方向逐台按预定的延迟时间顺序停止各设备直到最末。碎煤机和滚轴筛除本身事故外延时30秒后停机。当按“紧急停机”按纽（操作台上和上位机都有此开关）全线运行设备立即停止运行，碎煤机和滚轴筛延时30秒后停机。1）皮带机的控制

无论是手动还是自动启动皮带机前，都要先响警铃20秒，通知在皮带周围的人员尽快远离，以免发生事故。皮带机是输煤系统的主要运输设备，因此对它的保护和要求也就相应的多了一些。在皮带机两侧设事故拉线开关，巡检人员发现皮带及其附近设备有异常情况时，可直接拉事故拉线，使皮带停止。

皮带重跑偏、纵向撕裂、打滑、管道堵煤等信号都直接进入了PLC，一旦其中某一个事故出现时，都要使皮带机立即停止。但是为了避免由于这些事故的假信号影响正常上煤，还设置了一些屏蔽这些信号的键，当操作人员能够确认某个信号为误动作时，就可以使用屏蔽键令这个信号不起作用，等信号处理好后，要马上恢复此信号的功能，以免造成更大的损失。参看“一号甲皮带控制状态”图，本设备的所有控制和状态都可以在这一幅图中显示出来。

本系统对每个设备都设置了一个“检修”键，当现场设备需要检修时,在上位机中设定此设备为“检修”状态，则PLC控制程序禁止此设备运行。2）电动三通挡板的控制

为了使上煤系统更加灵活，设置了16个电动三通挡板，并且要求其参与系统联锁，且能就地、程控操作。在自动工作状态下，当按下预启动键时，三通挡板根据选定的在其前后两条皮带的位置，自动完成通甲路或通乙路的动作（例如现在选中的是1#甲皮带和2#乙皮带，按下预启动键后，1#三通挡板就自动打在了通乙路的位置上），为下一步的程启做好准备。

但是由于种种原因，甲、乙路到位信号有可能在使用过一段时间后失灵，因此就又增加了甲路通到位和乙路通到位的假信号，在到位信号失灵后替代实际信号工作。

为了避免由于误操作而引起上煤中断，在已经运行的流程中对所有三通挡板操作无效（闭锁操作）。3）除尘器

系统设置了15个除尘器，自动时，在预启动时启动，但在启动皮带时不判断除尘器是否运行。联锁手动时与所在带式输送机联动，在启动皮带前先输出启动除尘器信号，但不论除尘器启动与否，都继续向下启动皮带机。除尘器自身故障不连跳主设备。

4）除铁器

系统共有2个盘式除铁器和8个带式除铁器，自动时，在预启动时启动，但在启动皮带时不判断除尘器是否运行。联锁手动时与所在带式输送机联动，在启动皮带前先输出启动除铁器信号，但不论除铁器启动与否，都继续向下启动皮带机。除铁器自身故障不连跳主设备。5）振动器

本系统共有30个振动器。它的功能是在出现堵煤的情况自动振打，或每隔20分钟自动振打10秒，也可切换到手动方式，由操作人员手动随时启停。6）皮带秤

皮带秤输出的脉冲累加点用于计算累计上煤量。7）叶轮给煤机

叶轮给煤机利用行走和拨动功能把在火车、汽车卸煤沟中的煤炭运送到皮带上。自动工作状态下，给煤机启动和停止取决于在它后面的皮带的动作，而给煤机的前进和后退，则需要操作人员根据现场的实际情况进行手动操作。参见“一号叶轮给煤机控制状态”画面。8）斗轮机

两个斗轮机分别在两个煤厂，负责煤厂煤炭的堆取工作。在机组使用煤炭量较少时，利用斗轮机的堆料功能，配合5#甲、7#甲皮带正转，把卸煤沟的煤炭存储在煤厂中；当锅炉使用大量煤炭时，利用斗轮机的取料功能，配合5#甲、7#甲皮带反转，把存储在煤厂中的煤炭运往原煤仓。9）滚轴筛

滚轴筛位于8#皮带和9#皮带之间，其作用是把煤炭进行筛分，筛下物直接落到9#皮带运往原煤仓，筛上物通过11#皮带和碎煤机进行破碎后返回煤厂。当滚轴筛出现故障时，煤炭直接从8#皮带落在9#皮带上运往原煤仓，可保证原料的供应不会因为滚轴筛的故障而停止。10）卸料小车

卸料小车共有两个，10#甲带和10#乙带上面各一个，可在皮带上行走。其功能是把10#皮带上的煤炭卸到原煤仓中。

原煤仓共有12个，1~6#原煤仓给1#机组提供燃料，7~12#原煤仓给2#机组提供燃料，6#仓与7#仓之间有一段距离，其它仓都是并在一起的。原煤仓上装有12个位置开关，可标识小车处于哪一个原煤仓上。

卸料小车上面有三个挡板，可以使小车处于卸料/直通状态。初始位置为直通状态，当开始卸料时，两侧的挡板打开，位于皮带上的挡板关闭，煤炭从皮带两侧落入选定的原煤仓；当小车经过6#仓与7#仓之间时，为了避免煤炭撒落到外面，两侧的挡板关闭，皮带上的挡板打开，此时小车处于直通位置，煤炭经过小车后依然还落在皮带上，最终进入12#原煤仓中。

小车有两种卸料方式，定点/连续方式。定点方式是小车走到选定的原煤仓后，停止不动向原煤仓内卸料；连续方式是小车在选定的原煤仓上来回行走，把煤炭均匀地卸到原煤仓中。配煤方式分为自动配煤、手动配煤和就地配煤三种方式。

在自动配煤方式下，当输煤系统发出“程启”操作后，配煤皮带（10号甲、乙）即先运行。当配煤皮带出现运行信号后，首先按照煤仓的顺序进行检测，从第一仓开始进行顺序配煤，将所有煤仓配至高煤位。此时如果某些仓不使用，则需要把这些仓置于停用状态，这样在轮到这个仓配煤的时候，就会把它跳过去，继续为下一个仓配煤。当所有仓都处于高煤位时，配煤就完成了。

手动配煤是由操作人员根据现场的煤位和卸料小车的信号，在上位机上手动操作小车的运行/停止，卸料/直通，定点/连续等功能，完成原煤仓的配煤工作。

就地配煤是在现场由操作人员根据实际情况，操作小车的运行/停止，卸料/直通，定点/连续等功能，完成原煤仓的配煤工作。6．结束语

这套系统目前已经运行了半年时间了，根据实际的运行情况证明：整个系统安全可靠，稳定性高，控制灵活性强。随着计算机和PLC技术的提高，输煤系统的自动化水平也在不断提高，目前已经做到了把相对分散的各个设备统一集中到一起控制的情况，几乎涵盖了全部的设备，这其中大部分设备可以自动顺序启/停，个别设备只能够上位机手动操作，表明了目前自动化水平的提高。相信随着我国电力工业的发展和计算机、PLC硬件及软件水平的不断提高，程序控制作为输煤系统的主要控制方式，在火力发电厂将得到更加广泛的应用。

第五篇：PLC在恒压供水系统中应用

PLC在恒压供水系统中应用

引言

在供水系统中，恒压供水是指在供水网系中用水量发生变化时，出口压力保持不变的供水方式。本文采用计算机(PC)、可编程控制器(PLC)、变频器组成变频恒压供水监控系统，通过变频调速实现恒压供水、满足节能降耗的要求，而且有利于实现生产的自动化及远程监测。用水量变化具有随机性，用水高峰时水压不足，低谷时又造成能量浪费。变频恒压供水系统根据公共管网的压力变化，通过PLC和变频器自动调节水泵的增减、水泵电机的运行方式及电机的转速，实现恒压供水，既防止了能量空耗，又避免出现电机启动时冲击电流对设备的影响。

二工作原理

变频恒压供水系统采用一台变频器拖动两台大功率电动机，可在变频和工频两种方式下运行;一台低功率的电机，作为辅助泵电机。

启动方式:为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的频率和电压。启动前变频器要复位。

变频调速:根据供水管网流量、压力变化自动控制变频器输出频率，从而调节电动机和水泵的转速，实现恒压供水。如设备的输出电压和频率上升到工频仍不能满足供水要求时，PLC发出指令1号泵自动切换到工频电源运行，待1号泵完全退出变频运行，对变频器复位后，2号泵投入变频运行。

多泵切换:根据恒压的需要，采取无主次切换，即“先开先停”的原则接入和退出。在PLC的程序中，通过设置变频泵的工作号和工频泵的台数，由给定频率是否达到上限频率或下限频率来判断增泵或减泵。在用水量较小的情况下，采用辅助泵工作。

为了避免一台泵长期工作，任一泵不能连续变频运行超过3小时。当工频泵台数为零，有一台运行于变频状态时，启动计时器，当达到3小时时，变频泵的泵号改变，即切换到另一台泵上。当有泵运行于工频状态，或辅助泵启动时，计时器停止计时并清零。

故障处理:能对水位下限，变频器、PLC故障等报警。PLC故障，系统从自动转入手动方式。

三PLC控制电路

系统采用S7-200PLC作下位机。S7-200PLC硬件系统包含一定数量的输入/输出(I/O)点，同时还可以扩展I/O模块和各种功能模块，在保证系统稳定性的基础上，再减低系统成本，我们选用了UniMAT扩展模块接在CPU后面。输入点为6个，其中水位上、下限信号分别为I0.0、I0.1。输出点为10个，O0.0-O1.0对应PLC的输出端子。对变频器的复位是由输出点O1.0通过一个中间继电器KA的触点来实现的。根据控制系统I/O点及地址分配可知，系统共有5个开关量输入点，9个开关量输出点;1个模拟量输入点和1个模拟量输出点。可以选用CPU224PLC(14DI/10DO)，再扩展一个UniMAT模拟量模块EM235(4AI/1AO)。

四电控程序设计

4.1泵站软件的设计分析

(1)由“恒压”要求出发的工作组数量的管理

为了恒定水压，那么在水压降低时，需要升高变频器的输出频率，并且在一台水泵工作是不能满足恒压要求时，这时需要启动第二台。这样有一个判断标准来决定是否需要启动新泵即为变频器的输出频率是否达到所设定的频率上限值。这一功能可以通过比较指令来实现。为了判断变频器的工作频率达到上限的确定性，应滤去偶然因素所引起的频率波动所达到的频率上限值的情况，在程序中应考虑采取时间滤波情况。

(2)台组泵站泵组的管理规范

由于变频器泵站希望每一次启动电动机均为软启动，有规定各台水泵必须交替使用，那么多台组泵站泵组的投入运行需要有一个管理规范。在本次设计中控制要求中规定任意的一台水泵连续运行不得超过3h，因此每次需要启动新泵或切换变频泵的时候，以新运行泵为变频是合理的。具体的操作时，将现运行的变频器从变频器上切除，并且接上工频电源加以运行，同时将变频器复位并且用于新运行泵的启动。除此之外，泵组管理还有一个问题就是泵的工作循环控制，在本设计中所使用的是用泵号加1的方法来实现变频器的循环控制即3加上1等于0的逻辑，用工频泵的总数结合泵号来实现工频泵的轮换工作。

4.2程序的结构及程序功能的实现

根据前面可知，PLC在恒压供水系统中的功能比较多，由于模拟量单元及PID调节都需要编制初始化及中断程序，本程序可以分为三个部分:主程序、子程序和中断程序。

(1)系统的初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，这样可以节省扫描时间。利用定时器中断功能来实现PID控制的定时采样及输出控制。初始化子程序流程框图如图1。在初始化的子程序中仅仅在上电和故障结束时用，其主要的用途为节省大量的扫描时间加快整个程序的运行效率，提高了PID中断的精确度。上电处理的作用是CPU进行清除内部继电器，复位所有的定时器，检查I/O单元的连接。

图1初始化程序

(2)主程序流程图如图2。其功能最多，如泵的切换信号的生成、泵组接触器逻辑控制信号的综合及报警处理等等都在主程序中。生活及消防双恒压的两个恒压值是采用数字式方式直接在程序中设定的。生活供水时系统设定为满量程的70%，消防供水时系统设定为满量程的90%。本系统中的增益和时间常数为:增益Kc=0.25，采样时间Ts=0.2s，积分时间Ti=30min。

图2主控制程序

(3)中断程序如图3，其作用主要用于PID的相应计算，在PLC的常闭继电器SM0.0的作用下工作，它包括:设定回路输入及输出选项、设定回路参数、设定循环报警选项、为计算指定内存区域、指定初始化子程序及中断程序。

图3中断程序

五结束语

恒压供水技术因采用变频器改变电动机电源频率，而达到调节水泵转速改变水泵出口压力，比靠调节阀门的控制水泵出口压力的方式，具有降低管道阻力大大减少截流损失的效能。由于变量泵工作在变频工况，在其出口流量小于额定流量时，泵转速降低，减少了轴承的磨损和发热，延长泵和电动机的机械使用寿命。实现恒压自动控制，不需要操作人员频繁操作，降低了人员的劳动强度，节省了人力。

水泵电动机采用软启动方式，按设定的加速时间加速，避免电动机启动时的电流冲击，对电网电压造成波动的影响，同时也避免了电动机突然加速造成泵系统的喘振。

由于变量泵工作在变频工作状态，在其运行过程中其转速是由外供水量决定的，故系统在运行过程中可节约可观的电能，其经济效益是十分明显的。正因为此，系统具有收回投资快，而长期受益，其产生的社会效益也是非常巨大。

在实际应用中，采用PLC控制恒压供水，还能容易地随时修改控制程序，以改变各元件的工作时间和工作状况，满足不同情况要求。与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更大的灵活性和通用性。