基于PLC控制火電廠給水泵的應用

廣西桂能科技發展有限公司 胡 瑋

火力發電廠輔機設備的正常、安全運行至關重要。給水泵是火力發電廠重要輔機之一，其中，PLC在給水泵汽輪機控制中的有效運用對電廠機電設備的安全正常運行具有重要的控制作用。因此，充分發揮PLC控制系統的優勢和作用具有深遠的意義。基于這種情況，本文重點闡述了PLC控制系統的概述以及在電廠給水泵控制中的功能分析，希望電廠相關人員能充分重視PLC的作用。

電廠各類機電設備在操作系統上進行了優化升級。其中，電廠通過有效的利用PLC對給水泵汽輪機進行控制，對提高整個給水泵汽輪機的工作質量和效率具有積極的作用。PLC本質上是一種可編程邏輯控制器，是數字操作電子系統的重要組成部分，積極實踐使電廠給水泵汽輪機的操作更加方便快捷，對提高工作效率具有積極作用。同時，還可以提高電廠給水泵汽輪機的塑性，對提高工作質量有積極作用。因此，應改進電廠給水泵汽輪機的PLC控制，使PLC在電廠給水泵汽輪機的運行中發揮更大的作用，應重視PLC控制系統的研究與優化。

1 PLC控制系統

PLC控制系統采用循環執行用戶程序的方式，稱為循環掃描方式。如圖1所示，循環掃描周期可分為三個階段：輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新。具體內容見表1和圖2。PLC運行后，開始啟動組織塊一次，然后開始監控時間。在輸入采樣階段，它讀取輸入設備的狀態，將其存儲在IO圖像區域，然后進入用戶程序執行階段。它從上到下、從左到右執行用戶程序，并且在執行用戶程序之后將輸出圖像區域的結果刷新到輸出設備。該過程是一個掃描循環，上述步驟稱為循環掃描模式。

圖1 PLC循環掃描模式圖

表1 用戶三階段相關內容

綜上所述：相關的輸入信號都是在程序處理之前讀取的，而在程序處理的整個過程中是保持一致。程序處理的結果也在一個掃描周期的最后一個周期中讀出；PLC只在掃描周期的開始周期讀取外部輸入狀態，相對較短，對抵抗串聯輸入信號的干擾很有幫助。這樣，變化的信號將丟失，系統響應將滯后。為了避免上述問題，可以采用實時輸入輸出、脈沖捕獲、超速計數器或中斷技術等。

2 設備狀況

本文對某電廠一期工程2臺300MW機組進行了選型。每臺機組包含兩臺蒸汽驅動給水泵。技術規范見表2。控制系統一直是最初的標準系統。邏輯控制系統采用MAX1000直流繼電裝置硬接線，主要控制給水泵的復位、跳閘控制、信號檢測、熱電偶保護等任務。自控制系統投入使用以來，由于設備材料、安裝位置、工藝技術等方面的局限性，運行誤差率越來越高，將直接影響機組的安全運行。同時，頻繁的誤動作上給控制系統的負載有所不同程度的增加，降低了其使用壽命。

表2 汽動給水泵技術規范

基于這一實際面臨的問題，電廠對給水泵控制系統進行了全面的優化改造。用和利時公司開發的PLC 5/L20可編程邏輯控制系統代替傳統的MAX1000直流繼電保護裝置硬接線邏輯控制系統。改造投產多年以來，不僅有效地緩解和避免了誤動作的發生，簡化了運行操作程序，而且在整套設備的使用壽命得到了大幅度提高，值得進一步向同行業進行研究和推廣。

圖3 控制系統結構圖

在給水泵汽輪機控制系統的1771-A1B機柜中分別安裝了兩套PLC-5/L20B處理器、1785BCM備用通信模塊和1771-P6S電源模塊。PLC-5/L20B處理器支持梯形圖控制邏輯編程和各種結構的文本編程。內置設備主要包括DH+網絡接口、遠程I/O接口和RS-232接口。另外，指令系統是一種高級指令，主要執行：數據文件處理、定序器、診斷、移位、實時I/O、程序控制指令、多主程序功能、處理器輸入中斷、可編程故障響應和定時中斷等。實現了與PC機的實時通信，為完成控制系統的編程指令和各項功能提供了數據保障。

輸入/輸出模塊的主要作用是收集輸入信號同時輸出控制信號。I/O模塊與處理器之間的通信主要由1771-ASB適配器模塊完成。控制系統結構圖如3所示：圖中1771-A3B為插槽遠程I/O框架，1771-P7為遠程I/O框架電源。ASB為適配器模塊；1771-IBD為24VDC輸入信號檢測模塊；1771-IFE為熱電偶信號輸入模塊，主要輸入軸承回油溫度排汽溫度信號；1771-IFE為模擬信號輸入模塊，主要輸入軸承振動和轉速信號；1771-OW16為繼電器輸出模塊，主要輸出與其它系統信號的聯鎖控制；1771 OBD為10～60VDC輸出模塊，主要輸出狀態顯示信號；1771 OMD為220VAC輸出模塊，主要控制電磁閥接觸器。

3 PLC的功能分析

3.1 系統功能分析

通過以上對某電廠給水泵汽輪機控制系統中PLC基本框架的分析，結合PLC的原理，在實際控制系統中可以實現的關鍵功能如下：

（1）在進行由于反饋信號處理給水泵突發故障時，及時在主泵和備用事故泵之間建立一定的連接線關系，并將事故泵未能完成的操作程序及時轉入主泵程序，以保持提供的油壓值由主泵在一個穩定的區域。

（2）當給水泵實際運行滿足復位條件時，控制系統可通過PLC邏輯控制器回路對電磁閥進行復位，也可對控制安全油進行復位和釋放。

（3）當主處理器或子處理器發出跳閘信號時，控制系統可通過PLC邏輯編程控制器輸出電磁閥的頻率信號，控制安全油，并向其發出緊急釋放信號，從而實現發電機組的自動及時跳閘動作，保證機組的安全運行。

（4）當控制系統檢測到實際油壓值與設定值之間的差異時，將在手動盤車和自動盤車之間切換，以滿足機組運行期間盤車裝置的可變要求。

（5）PLC也可用于控制高低壓主汽閥。主汽門實際運行狀態和動作的控制信號通過PLC輸出給給水泵MHE控制系統存儲。

（6）控制系統實時監控油箱、油壓等裝置的開關信號，并根據預先設計的量程與系統指令的對應關系輸出報警或聯鎖動作控制信號。

3.2 系統程序的設計分析

PLC控制系統程序的設計主要包括：主處理器程序設計和操作員終端程序設計兩部分。

主處理器程序設計采用PLC獨立梯形控制編程技術進行邏輯編程和控制。整個處理器程序由主程序和輔助程序組成：主程序主要由熱備系統和熱電偶斷線保護程序兩部分組成。熱備系統程序是通過穩定的輸入和輸出信息傳遞到執行熱備模塊與軟件設備之間，使副處理器的運行參數可隨時調整，從而使得設備達到無擾切換操作，但是要求控制系統的子程序的操作參數應隨時與主處理器保持一致。熱電偶斷線保護是根據系統回路而產生跳變動作信號。如：給水泵排汽溫度跳閘值設定為150℃，但在實際運行中由于測量排氣溫度的熱電偶或系統回路故障時，排氣溫度跳變超過設定值而產生誤動，為有效避免這一問題，熱偶斷線保護程序可在程序設計中增加“溫度值跳變”作為判斷熱電偶開路或測量回路開路依據，抑制輸出跳閘信號，防止給水泵誤跳閘，并進行比較排汽溫度是否超過預定值。兩個輔助程序的關鍵任務是完成高低壓主汽閥的動作試驗，與原控制系統沒有明顯區別。

控制系統操作員終端程序主要采用結構關系清晰、層次感重且畫面性較強顯示屏顯示，其邏輯編程和程序設計主要由panclbuilder模型的配套操作軟件完成。具體包括主控屏、主屏、潤滑油控制屏、子控制屏、報警記錄屏等方面：其中，主控屏是操作員終端對所有顯示屏的控制中心主要實現整個顯示屏的系統設置；主屏主要負責給水泵在實際運行中的相關參數和設備運行狀態的實時監視；潤滑油控制屏負責對油箱內潤滑油的液位和壓力參數等參數實時監視，當故障時啟動緊急報警信號燈提醒工作人員及時油箱進行檢查；子控制屏由四個觸摸按鈕和八個狀態指示燈組成，主要執行控制系統的運行操作；報警記錄屏負責整個操作員終端的在線實時報警動作和信息監控，同時整理分析數據進行自動存儲到數據庫中。

結束語：電廠采用PLC 5/L20可編程邏輯控制系統，提高了給水泵汽輪機控制系統的安全性能，同時也避免了控制系統故障引起的保護誤動，導致給水泵跳閘事故，特別是加裝熱電偶斷線保護后，通過多年的運行實踐證明，PLC 5/L20可編程邏輯控制系統在電廠給水泵控制系統中具有諸多優點，值得推廣應用廣泛的研究和推廣，以及后期的不斷更新和完善，將為電廠的安全穩定運行提供有力的保障。