基于PLC的電廠化學水系統集中控制的實現

賈靜儀

（廣東省粵電集團有限公司珠海發電廠廣東珠海519050）

基于PLC的電廠化學水系統集中控制的實現

賈靜儀

（廣東省粵電集團有限公司珠海發電廠廣東珠海519050）

電力工業是國民經濟的重要基礎工業，是國家經濟發展戰略中的重點和先行產業，同時也是節能降耗的重點領域，而火電廠控制系統的自動化水平很大程度上影響了節能減排工作的成效。當下，發電廠輔網集中監控系統已成為電力工業自動化發展的新趨勢和研究方向。本文結合珠海發電廠化學水系統PLC升級改造項目，具體介紹了電廠輔網集中監控系統建立的主要過程，以及該系統建立對于有效降低電廠運行維護成本，提高系統運行的安全性、穩定性和經濟效益所發揮的重要作用。

PLC；以太網；集中控制

在電廠的工藝流程中，化學水的處理占據了非常重要的地位。水的品質直接影響鍋爐、汽輪機等熱力設備的安全和經濟運行。除了采用新工藝、投用新設備外，化學水處理自動化程度的提升也日漸引起人們的注意。

本文所介紹的珠海發電廠一期（#1、#2機組2×700MW亞臨界）化學水系統就是通過PLC升級改造，實現了自動化程度的大幅提升，滿足了自動控制的需求，順應了綠色經濟發展的要求。

1　系統簡介

珠海發電廠一期（#1、#2機組2×700MW亞臨界）化學水系統主要包括生水預處理系統、補給水除鹽系統、凝結水精處理系統、工業廢水處理系統等，各控制系統的配置詳情參照表1。

表1　珠海發電廠化學水控制系統配置（改造前）

各系統均采用美國Allen-Bradley公司（以下簡稱AB公司）產品，其中凝結水精處理系統采用PLC-5系列，其余三個系統采用SLC500系列。凝結水精處理系統使用互為冗余的CPU，其余三個系統均為單CPU、單電源配置。各系統由DH+鏈路掛接在一起通過GWC向DCS傳送數據。就地均設有操作員站，其中生水預處理系統和工業廢水處理系統通過就地觸摸屏操控，補給水除鹽系統和凝結水精處理系統通過設在就地的上位機操控。

2　項目實施

2.1設計方案

通過對珠海發電廠化學水系統的現狀分析，此次改造主要是對化學水各系統的PLC升級并進行I/O通道的擴容，改造后各控制系統的配置詳情參照表2。

表2　珠海發電廠化學水控制系統配置（改造后）

各控制系統統一升級為AB公司Control Logix5000系列PLC，CPU、電源卡件、通訊卡件進行冗余配置，發生故障時系統可以自動以無擾方式快速切換至與其冗余的控制站。廢除原有的DH+網絡，采用以太網進行通訊，建立化學輔網，并在集控室設置輔網操作員站，上位機統一安裝AB公司的Factory Talk View監控軟件，以實現對生水預處理系統、補給水除鹽系統、凝結水精處理系統和工業廢水處理系統的集中控制。

2.2可行性分析

此次改造選用ControlLogix5000系列PLC，很大程度上提升了控制系統的先進性、安全性和穩定性。傳統的DH+網絡通訊速率慢、穩定性差，且一旦出現問題很難排查。隨著網絡技術的發展，以太網通訊已十分普及，通訊速度快、穩定性高、無距離限制等等這些優點使得它成為各大工控企業的首選。結合珠海發電廠化學水系統的現狀，建立以太環網，實現其四個子系統的集中控制，既可以很好地解決該系統現存的諸多問題，也是實現節能減排的重要技術手段。

2.3具體實施

2.3.1前期準備

前期的準備主要包括圖紙的修改、程序的轉換和監控畫面的繪制三部分。

此次改造并不改變原有的接線方式，圖紙上的修改主要包括網絡拓撲圖、新裝CPU機柜的布置圖、擴容部分的模塊接線圖等。利用RSLogix5000自帶的程序轉換工具將原SLC500、PLC-5程序轉換為ControlLogix5000程序。各監控畫面統一使用FactoryTalk ViewSE，除鹽水、精處理監控畫面仿照各自原本的組態軟件在SE中繪制，生水、廢水原本沒有上位機，故上位畫面需重新開發，就地觸摸屏畫面使用FactoryTalk ViewME，仿照原Panel-Builder繪制。

2.3.2現場施工

2.3.2.1生水系統的現場施工工作可概括

（1）以太網模塊刷好版本、設好IP地址，按照系統配置圖紙拼裝新PLC機架，并在舊機架模塊對應槽位處做好標示，便于必要時恢復舊系統；（2）將熔斷端子的一端與新PLC機架中各模塊的出線相連接；（3）生水系統停運期間，將熔斷端子出的臨時線并接在原有端子的右側（注意220V電源和24V電源的接線）；（4）所有端子接完后，開始調試新模塊，單操，對信號；（5）所有新程序及設備調試完成后，拆掉舊的配線，安裝新機架及模塊，分批拆除舊模塊；拆除舊觸摸屏，安裝新觸摸屏并下裝程序。

2.3.2.2凝結水精處理系統的現場施工工作可概括

（1）以太網模塊刷好版本、設好IP地址，按照系統配置圖紙拼裝新PLC機架（全部14個I/O站）；（2）按照新舊每個站的機架模塊安裝各種預支電纜，底板安裝前置前驅等；（3）拆除舊機架、模塊，安裝新機架、模塊、光電轉換器等；（4）各I/O站上電，CPU下裝程序，更新上位畫面；（5）調試新程序。

2.3.3程序調試

廢水系統的重要性相對較弱，每次停運時間控制在7～8個小時，故在接線完成后，可以先進行單體調試。按照試運清單，由運行人員在就地觸摸屏逐個操作各個設備，就地觀察設備動作是否正常。單體調試完畢后，直接投入順控試運。

精處理系統由#1、#2機和公共再生三部分組成，調試也分開進行。#1機停機大修期間進行調試。公共再生系統選在#2精處理3個床體全部再生完畢后進行調試，時間相對充裕，此時#1機和公共再生部分的改造工作已經完成，直接投運輸送再生，再生完畢后，#2機的樹脂也即將失效，此時再對#2機進行卡件的更換和調試。

2.3.4環網構建

化學水各系統升級改造全部完成后，將新設立在集控室的輔網操作臺投入使用。由于各系統改造時的IP地址已做好規劃，通過設立在集控室的化控交換機，應用AB公司的FactoryTalk View SE監控軟件，就可以實現三臺上位機的遠程操作和監控。

2.4實施過程中遇到的問題及解決方案

2.4.1由于化學水各系統是逐個升級，在改造過程中必然有部分系統是Logix5000以太網環網結構，部分系統還是PLC-5及SLC500的DH+結構，但是各系統間又有數據通訊。為使未改造系統能夠正常工作，就必須在三種類型不同的PLC中建立通訊。采用1756-DHRIO模塊，用于不同通訊協議的轉換，采用MSG通訊方式（見表3），實現多個系統之間的數據交換，解決了各系統由于升級不同步所帶來的問題。

表3　珠海發電廠化學水系統間通訊

2.4.2集控室來往人員比較復雜，不同于各系統就地控制室設有門禁系統，且化控操作臺不像主機有主副值監盤，有被人誤操作的風險，安全性較差。通過上位機監控軟件FactoryTalkViewSE可以很好地解決這個問題，通過用戶權限的規劃窗口，設定Monitor（僅監控不操作），Operator（可監控可操作），Administrator（可監控可操作可修改參數）等用戶，滿足不同人員的操作需求，提高了系統的安全性。

2.4.3除鹽系統的畫面由RSView32升級為FactoryTalk View SE后，加載速度遲緩，畫面切換大概需要4s、5s的時間，影響運行人員的正常操作，且該問題并未在其他系統中顯現。選取一張畫面進行試驗，通過排除發現由于RSView32到FactoryTalk ViewSE的轉換是通過特定軟件完成，畫面中的圖形未經SE開發，也沒有存在于SE的圖形庫中，大量外部圖形占據了存儲的容量，這種間接的加載方式直接影響了上位畫面的運行速度。通過FactoryTalk ViewSE重新開發除鹽系統上位畫面，此問題得以解決。

3　可靠性和經濟性分析

可靠性方面，化學水各系統由原來的單CPU、單電源配置升級為冗余系統，當主控制站出現問題時，系統將自動無擾切換至備用站，提高了系統運行的可靠性。升級后的以太環網具有速度快、穩定性高的特點，通過以太網環網試驗可以證實，任意一路通訊中斷時，整個環網依然可以保證通訊的暢通。上位機畫面中也同時增加了網絡故障報警圖，當任意以太網模塊故障造成通訊中斷時，會在上位畫面彈出報警，方便維護人員進行排查。

經濟性方面，改造前化學水各系統都已運行超過十年，硬件老化，備件停產等都使得維護成本相對較高。各系統控制站散落全廠各處，無論對于操作的運行人員還是對于維護的檢修人員來講，都在一定程度上耗費了人力，減緩了效率。升級后的系統安全性和穩定性都比較高，直接降低了維護成本，可以集中控制的化學輔網的建立也在很大程度上提高了勞動生產率，降低了能耗，滿足了節能減排的要求。

4　結語

珠海發電廠化學水控制系統通過此次升級改造，在可靠性和經濟性等多方面都有了較大改善，更高的執行效率，更穩定的通訊，更快的數據傳輸使得化學水控制系統的自動化程度大幅提升。化學輔控網的建立順應了時代的發展，降低能耗，提高效益，為電廠經濟高效運行提供了有力保障。

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[4]王忠華.水電廠自動化控制系統的PLC改造[J].科技風,2012 (1):106.

[5]屠袁飛,黃璐.基于PLC的化學水處理控制系統[J].儀表技術與傳感器,2013(6):49-58.

賈靜儀(1989—)，女，學士學位，助理工程師，從事電廠自動化控制系統維護工作。