西门子模块6GK7243-1GX00-0XE0速发

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 一、引言

近几年随着我国经济建设的快速发展，在能源供应上很多地区都出现电力资源紧缺的状况，因此许多电厂纷纷进行新建或扩建改造。深圳西部电厂原有4台（#1—#4）300MW 机组，为提高发电能力又续建#5、#6机组（2×300MW）。西部电厂原有两列化学水处理系统，续建工程的化学水处理系统扩建一列100~140m3/h化学除盐系统，其余设备与已有化学水处理系统共用。原有化学水处理系统使用传统的模拟屏方式进行监控，自动化水平不高并且效率很低。续建2台机组后，废除原有化学水处理系统的控制系统，将原有化学水处理系统和扩建的一列化学水处理系统统一采用一套冗余PLC控制系统进行集中控制。

二、化学水处理系统工艺流程

1、化学水处理系统流程

原有化学水处理系统流程为：自来水→蓄水池→升压泵→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵。通过对现有系统运行状况的现场调查和对水质分析报告分析，自来水中的悬浮物含量较高，严重地污染了活性炭和离子交换树脂。因此，续建工程增加3台纤维过滤器对自来水进行深度过滤处理。

续建化学水处理系统流程为：自来水→蓄水池→升压泵→纤维过滤器→活性炭过滤器→阳离子交换器→除二氧化碳器→中间水箱→中间水泵→阴离子交换器→混合离子交换器→除盐水箱→除盐水泵。

2、续建工程与原有系统的连接及运行方式

原有120t/h出力的一级除盐+混床设备2列，续建工程仅再扩建1列出力为120t/h的同样设备。除盐水泵、再生水泵、压缩空气系统、酸碱再生系统和废液处理系统与原有系统共用。

3台过滤器采用并联运行方式，正常工况2台运行，1台备用。过滤器不仅对续建工程所需的自来水进行预处理，而且对原有系统的自来水也进行预处理。

2台活性炭过滤器和一级除盐设备构成一个系列，采用串联运行方式，正常工况2列运行，一列备用。其中每系列的2台活性炭过滤器，当水质好时1台运行（去除游离余氯），1台备用；当进水水质恶化时2台同时运行（去除物）。

混床采用并联，正常工况2台运行，1台备用。 
3套一级除盐单元与3台混床之间设有切换阀门，受已有系统的限制，仅#1一级除盐设备和#1混床与#2一级除盐设备和#2混床可以同时交叉运行，#1一级除盐设备和#1混床与#3一级除盐设备和#3混床可以同时交叉运行。机组启动时，上述3列设备同时投入运行，满足大的补给水量。

三、系统配置

系统由两台上位计算机和一套冗余PLC系统构成。上位计算机系统采用工业级计算机构成功能强大的监测与控制系统，计算机上安装Inbbtiong公司的FIX7.0工业监测与控制系统软件，通过合理的系统设计和系统组态，实现对整个化学水处理工艺流程的动态监视和控制。通过上位计算机系统和强大的工业控制传输网络，实现对整个生产工艺工程的自动化管理和控制。

PLC选用德维森公司PPC11冗余控制器，控制系统采用双机热备冗余方式，通过远程I/O的方式连接现场需要监测与控制的点，远程I/O由通讯处理器和PPC11系列I/O模块组成。冗余的主控制站可以保证系统的停机维护时间为零，大限度的减少人对系统的干预。主控制系统热备系统和远程I/O控制站之间采用的工业以太网总线传输网络，实现信息的、、稳定的传输。
上位计算机系统安装与PLC控制单元之间采用工业以太网传输网络。以太网属标准，工业以太网已达到高传输性和性要求，现已广泛用于程序维护、向MIS和MES系统传递工厂数据、监控、连接人机界面、记录事件和告警。工业以太网具有高传输速率（目前达到100M）、集线器技术的确定性、不需考虑网络的拓扑结构、传输物理介质多样（双绞线、光纤、同轴电缆）、集线器的应用可不考虑网络的扩展等优点。 

通过以太网络将上位计算机系统和现场监测与控制点紧密的结合为一个整体，构成一个完整的系统。在这样高速传输网络上，可以很方便的利用PLC系统所特有的功能，实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。

四、控制功能

水处理系统所有控制阀采用就地和远程控制方式，即使在程控系统故障的情况下还可以通过就地控制实现手动制水，保证机组锅炉的用水。控制箱上选用3位选择开关，分别为就地开、就地关、远程控制。选择远程控制时，控制阀由操作员在操作站上控制。操作员可以在操作站对控制阀进行状态监视和动作控制，对控制阀的控制可分选择自动和手动方式。在自动方式时控制阀受PLC逻辑程序控制，在手动方式时控制阀由操作员直接在操作界面上点击控制。


    一级除盐设备的投运和再生由PLC实现自动控制，也可通过键盘和鼠标在控制室内的操作站上进行远方操作。一级除盐设备的出水导电率过规定值或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。混合离子交换器的投运和再生由PLC实现自动控制，或者通过键盘和鼠标进行远方操作。当混合离子交换器出水导
电率和二氧化硅过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。过滤器和活性碳过滤器由PLC实现自动控制，也可采用键盘和鼠标在控制室内的操作站上进行远方操作。当其进出口压差过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入反洗程序。以上操作以前都由操作人员执行，执行新系统后上述操作都可以不需要操作人员干预。

中间水箱水位由PLC实现自动控制（通过调节阳床入口调节阀），使一级除盐系统投运时中间水箱水位稳定在正常位置。中间水泵启停与中间水位联锁，低液位启泵、高液位停泵，保证中间水泵的使用。

阀门、泵等的控制状态显示，自动／手动／就地操作和选择联锁。系统所有流量、压力可在操作界面上实时监视，原水流量、阴床出口流量、混床出口流量显示积算并作历史纪录，可分别查看一级除盐、混床再生制水量。

系统控制每列除盐装置的投运、停止和再生程序、自动加酸加碱程序、自动/半自动启动另一列除盐装置程序等。对于顺控设置必要的分步操作、成组操作或单操作等，并有跳步、中断或旁路等操作功能。系统投运以及活性炭清洗、一级除盐再生和混床再生可由系统自动完成或操作员步延、步进手动干预，在操作站界面上显示各步骤设定时间和剩余时间以及步进、步延指示等。

五、结束语

深圳西部电厂化学水处理系统全部改造完成后于2003年7月正式投运，经过改造后自动化控制水平明显提高，制水量由原先的平均每小时120m3提升到平均每小时140—160m3，保证了6台发电机组的用水需要。由于控制水平的提高，制水过程中产生的废水量明显减少，起到了一定环保节能效果。系统高度的性和直观简易的操作性使得控制值班室由原来的2人值班该为1人值班，大大节约了人力成本。该系统建成后运行，生产效率明显提高，因此受到用户的，并经常成为其它电厂**参观效的对象。

治理大气污染，有准确的监测仪器和系统来保证。烟气连续监测系统CEMS在国内越来越多的满足广大用户需求。在一些大型的项目和企业中应用CEMS，结合环境监测仪器、ABB PLC和杰控FameView软件，完善烟气连续监测系统，对促进高技术在监测仪器中的应用，具有很重要的意义。
CEMS中有很多种监测方法：比如烟气SO2自动分析仪的原理有电导法、非分散红外吸收法（动态范围较窄）、紫外吸收法、紫外荧光法、火焰光度法和定电位电解法。采用方式主要有：（1）直接抽气采样法（2）稀释抽气采样法（包括烟道内稀释和烟道外稀释，占85.5%，主要为欧美产品）；（3）在线直接测量法；（4）定电位电解法。
CEMS环保行业有两个典型的特点：
一是典型的SA应用，二是数据及报表处理比较复杂。
ABB AC500 PLC 和FameView在这两方面做的为出色：
      ABB PLC集成有MODBUS 主、从协议，通讯灵活;
可配置的开关量、模拟量模块，集成简单;
AC500的模块和端子分离，预接线方便;
FameView强大而简单的数据库连接功能,存储各种数据到各种数据库中;
根据需求能提供各种打印报表; PLC资料网
能通过宽带/ADSL/GPRS/CDMA/电话拨号向站提供实时数据和历史数据;
提供站软件，能接收和管理100个分站的数据;
FameView近三年已成功应用到900多套CEMS子站和多个站。

AC500 PLC的部分开关量通道可以通过软件设为输入或输出，这大大的方便了用户的使用和适应现场的变化。而模拟量模块上的每个通道都可以根据用户的需求接入：电流，电压和热电阻信号，可以在同一个模块上接入各种不同的分析信号，简化了系统。

近年来，由于CEMS系统的要求越来越高，使得“组态软件+PLC”的组合模式在CEMS系统中的应用越来越广泛，并已逐步取代以前惯用的“上位软件+单片机+板卡”，成为CEMS系统中实现数据采集及控制的。
FameView组态软件和ABB公司的AC500系列PLC共同开发的CEMS系统，以其稳定的通讯能力和强大的数据处理能力，逐渐为业界所认可。
AC500系列PLC是ABB公司的产品，其中烟气上用了一款CPU是PM571，它的特点是：
1、24VDC供电，64K程序内存，1K字节指令执行时间0.3mS；
2、用户程序密码保护，支持多任务、浮点运算；
3、集成RS232/RS485、以太网RJ45；
4、CPU面板上能显示状态、诊断信息；
5、串口直接支持MODBUS 主、从协议
6、支持多种语言编程FBD、IL、LD、ST、SFC、CFC
7、可以用SD卡扩展128M的数据空间

在没有上位监控子站的系统中，AC500 PLC的串口除了可以作为Modbus通讯外，还可以通过Modem 直接和GPRS 等系统相连，并可以在就地用SD卡储存高达128M 的历史数据。

系统概述：
烟气污染物排放总量数据监测系统（CEMS），根据使用需要的不同，可以选择不同的测量参数（如：SO2、NOX、CO、CO2、O2、颗粒物、温度、压力、流速、湿度等）。这些参数数值一般由各类分析仪采集烟道中气体进行测量分析后传送到上位机，由上位机对其进行处理、运算、存储、报表等。同时，上位机还要作为服务器与环保行政主管部门进行远程通讯，向其提供数据。 PLC

硬件设计：
CEMS测量烟道中的固体烟尘。现国内一般采用直接抽取法采样，将湿烟气经过过滤送氧化锆分析仪，测出湿氧含量。再把烟气经干燥器送入烟气分析仪，分析CO、SO2及氮氧化合物、干氧的含量。烟气的湿度可采用干湿润氧法计算得出，直接测量得出。压力一般由压力测试仪测得，并通过压力计算出烟气流速和流量。
软件设计
CEMS一般由PLC控制、上位机程序、远程通讯三部分组成。
PLC控制程序
由于CEMS中需要控制的是按一定时间序列开闭的管路，故PLC程序主要用于接收各种操作命令，控制各种阀、泵、指示灯的开闭及互锁，并定时或实时完成对采样通道的吹扫、测量仪器的标定。并对采集到的各模拟量进行数字滤波。
•　　上位机程序
主要用于显示各个分析设备的工作情况，汇总烟气的历史数据，进行打印归档、趋势显示及报警信息处理。
上位机通过FameView组态软件与AC500 PLC通过MODBUS-RTU或MODBUS-TCPIP协议进行通讯。实时的从仪器上数据，将采集到的数据分析处理后保存到数据库中，并实现实时数据和历史数据查看和曲线查询，对数据库中的数据进行查询、报表打印或导出到 EXCEL 表格中。 PLC资料网
实时数据监测：能实时的从与计算机连接的仪器上采集数据，并进行分析显示，可实时显示各种检测数据及系统运行时各部分的运行状态。系统主要完成如下功能：
系统设置：设置系统参数。
用户管理：实现系统的权限管理。
设备控制：能在计算机上对仪器进行控制，实现实时反吹和标定。
数据处理：将采集到的数据分析处理后保存到数据库中。
历史数据查询：可以按时间段来查询历史测量数据。
数据报表打印：可以打印小时平均值日报表、日平均值月报表及月平均值年报表。
远程通讯
远程通讯主要是上位机与环保站之间通过GPRS/CDMA/电话拨号/局域网进行数据通讯。CEMS中的上位机作为服务器，环保站作为客户机，采用C/S模式数据。具体来说就是环保站站发送查询请求，CEMS上位机返回相应时间段内的烟放数据。

硬件设计：
CEMS测量烟道中的固体烟尘。现国内一般采用直接抽取法采样，将湿烟气经过过滤送氧化锆分析仪，测出湿氧含量。再把烟气经干燥器送入烟气分析仪，分析CO、SO2及氮氧化合物、干氧的含量。烟气的湿度可采用干湿润氧法计算得出，直接测量得出。压力一般由压力测试仪测得，并通过压力计算出烟气流速和流量。
软件设计
CEMS一般由PLC控制、上位机程序、远程通讯三部分组成。
PLC控制程序
由于CEMS中需要控制的是按一定时间序列开闭的管路，故PLC程序主要用于接收各种操作命令，控制各种阀、泵、指示灯的开闭及互锁，并定时或实时完成对采样通道的吹扫、测量仪器的标定。并对采集到的各模拟量进行数字滤波。
•　　上位机程序
主要用于显示各个分析设备的工作情况，汇总烟气的历史数据，进行打印归档、趋势显示及报警信息处理。
上位机通过FameView组态软件与AC500 PLC通过MODBUS-RTU或MODBUS-TCPIP协议进行通讯。实时的从仪器上数据，将采集到的数据分析处理后保存到数据库中，并实现实时数据和历史数据查看和曲线查询，对数据库中的数据进行查询、报表打印或导出到 EXCEL 表格中。 PLC资料网
实时数据监测：能实时的从与计算机连接的仪器上采集数据，并进行分析显示，可实时显示各种检测数据及系统运行时各部分的运行状态。系统主要完成如下功能：
系统设置：设置系统参数。
用户管理：实现系统的权限管理。
设备控制：能在计算机上对仪器进行控制，实现实时反吹和标定。
数据处理：将采集到的数据分析处理后保存到数据库中。
历史数据查询：可以按时间段来查询历史测量数据。
数据报表打印：可以打印小时平均值日报表、日平均值月报表及月平均值年报表。
远程通讯
远程通讯主要是上位机与环保站之间通过GPRS/CDMA/电话拨号/局域网进行数据通讯。CEMS中的上位机作为服务器，环保站作为客户机，采用C/S模式数据。具体来说就是环保站站发送查询请求，CEMS上位机返回相应时间段内的烟放数据。

在现代化的工业生产设备中，有大量的数字量及模拟量的控制装置，例如电机的起停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等，工业现场中的这些自动控制问题，若采用可编程序控制器(PLC)来解决自动控制问题已成为有效的工具之一，本文叙述PLC控制系统设计时应该注意的问题。

控制硬件选购目前市场上的PLC产品众多。国产有：永宏、和利时、凯迪恩等；国外有：日本的 OMRON、MITSUBISHI、松下；德国的SIEMENS，韩国的LG等。近几年，PLC产品的价格有较大的下降，其性价比越来越高，这是众多技术人员选用PLC的重要原因。但各的PLC在性能指标上都有着较大的差异。所以如何选购PLC产品成为了系统设计和系统功能要求的重要环节。

1．系统规模应确定系统用 PLC单机控制，还是用PLC形成网络，由此计算PLC输入、输出点数，并且在选购PLC时要在实际需要点数的基础上留有一定余量(10%)。

2．确定负载类型根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出，或晶闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。

3．存储容量与速度尽管国外各厂家的PLC产品大体相同，但也有一定的区别。目前还未发现各公司之间兼容的产品。各个公司的开发软件都不相同，而用户程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。一般存储容量越大、速度越快的PLC价格就越高，但应该根据系统的大小合理选用PLC产品。

PLC

4．编程器的选购 PLC编程可采用三种方式：

一是用一般的手持编程器编程，它只能用商家规定语句表中的语句编程。这种方式效率低，但对于系统容量小，用量小的产品比较适宜，并且体积小，易于现场调试，造价也较低。

二是用图形编程器编程，该编程器采用梯形图编程，方便直观，一般的电气人员短期内就可应用自如，但该编程器价格较高。

三是用个人计算机加PLC软件包编程，这种方式是效率的一种方式。基于电脑笔记本的普及和PLC软件编程的方便性，并且易于现场调试。这种方式是用户喜欢用的一种方式。

因此，应根据系统的大小与难易，开发周期的长短以及资金的情况合理选购PLC产品。

5．尽量选用大公司的产品其质量，且技术支持好，一般售后服务也较好，还有利于你的产品扩展与软件升级。

输入回路的设计

1．电源回路 PLC供电电源一般为 AC85—240V(也有DC24V)，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1：1隔离变压器等)。
2．PLC上DC24V电源的使用，各公司 PLC产品上一般都有DC24V电源，但该电源容量小，为几十毫安至几百毫安，用其带负载时要注意容量，同时作好防短路措施(因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行)。
3. 外部DC24V电源 若输入回路有 DC24V供电的接近开关、光电开关等，而PLC上DC24V电源容量不够时，要从外部提供DC24V电源；但该电源的“—”端不要与 PLC的 DC24V的“—”端以及“COM”端相连，否则会影响PLC的运行。
4．输入的灵敏度各厂家对PLC的输人端电压和电流都有规定，如日本三菱公司FX系列PLC的输入值为：DC24V、7mA，启动电流为4．5mA，关断电流小于1．5mA，因此，当输入回路串有二管或电阻(不能启动)，或者有并联电阻或有漏电流时(不能切断)，就会有误动作，灵敏度下降，对此应采取措施。另一方面，当输入器件的输入电流大于PLC的大输入电流时，也会引起误动作，应采用弱电流的输入器件，并且选用输人为共漏型输入的 PLC，输入元件的公共点电位相对为负，电流是流出 PLC的输入端。
输出回路的设计
1．各种输出方式之间的比较
(1)继电器输出：优点是不同公共点之间可带不同的交、直流负载，且电压也可不同，带负载电流可达2A／点；但继电器输出方式不适用于高频动作的负载，这是由继电器的寿命决定的。其寿命随带负载电流的增加而减少，一般在几十万次至几百万次之间，有的公司产品可达1000万次以上，响应时间为10ms PLC资料网
(2)晶闸管输出：带负载能力为0．2A／点，只能带交流负载，可适应动作，响应时间为1ms.
(3)晶体管输出：大优点是适应于高频动作，响应时间短，一般为0．2ms左右，但它只能带 DC 5—30V的负载，大输出负载电流为0．／点，但每4点不得大于0．8A。
当你的系统输出频率为每分钟6次以下时，应继电器输出，因其电路设计简单，抗干扰和带负载能力强。当频率为10次／min以下时，既可采用继电器输出方式；也可采用PC输出驱动达林顿三管(5—10A)，再驱动负载(见图2)，可大大减小
2．抗干扰与外部互锁当 PLC输出带感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。
当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的性。
3．“COM“点的选择不同的 PLC产品，其“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1—2个输出点的 PLC产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“COM”点带4—8个输出点的PLC产品，这样会对电路设计带来很多方便。每个“COM”点处加一熔丝，1—2个输出时加2A的熔丝，4—8点输出的加5—10A的熔丝，因 PLC内部一般没有熔丝。 PLC
4．PLC外部驱动电路对于 PLC输出不能直接带动负载的情况下，在外部采用驱动电路：可以用三管驱，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动，同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二管(LED)指示。印制板应做成插拔式，易于维修。
PLC的输入输出布线也有一定的要求，请看各公司的使用说明书。
扩展模块的选用

对于小的系统，如80点以内的系统．一般不需要扩展；当系统较大时，就要扩展。不同公司的产品，对系统总点数及扩展模块的数量都有限制，当扩展仍不能满足要求时，可采用网络结构；同时，有些厂家产品的个别指令不支持扩展模块，因此，在进行软件编制时要注意。当采用温度等模拟模块时，各厂家也有一些规定，请关的技术手册。

各公司的扩展模块种类很多，如单输入模块、单输出模块、输入输出模块、温度模块、高速输入模块等。 PLC的这种模块化设计为用户的产品开发提供了方便。
PLC的网络设计

当用PLC进行网络设计时，其难度比PLC单机控制大得多。你应选用自己较熟悉的机型，对其基本指令和功能指令有较深入的了解，并且指令的执行速度和用户程序存储容量也应仔细了解。否则，不能适应你的实时要求，造成系统崩溃。另外，对通信接口、通信协议、数据传送速度等也要考虑。 PLC

后，还要向 PLC的商家寻求网络设计和软件技术支持及详细的技术资料，至于选用几层工作站，依你的控制要求与系统大小而定。
软件编制

在编制软件前，应熟悉所选用的 PLC产品的软件手册及编程指令手册，待熟练后再编程。若用图形编程器与软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。若用个人计算机与软件编程，编程结束后先程序，待各个动作正常后，再在设备上调试

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