西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8质量保障

西门子模块6ES7232-0HB22-0XA8质量保障

巴蜀江油电厂2×330MW机组是法国ALSTOM公司成套提供的亚临界中间再热汽轮发电机组。该机组于1991年11月29日并网运行，至2002年底，累计运行63992.61h，累计发电1804734.9万kw．h，为四川经济发展作出了**贡献。电厂热工控制系统采用方法随机组配套20世纪80年代初的T20系列数字控制系统，主要包括计算机数据监视系统CENTRALOG、逻辑控制系统CONTROBLOC、模拟量控制系统MICRO－Z、汽机控制系统MICROREC等四个子系统。控制系统能以自动方式完成从锅炉吹扫、点火至汽机冲转、并网、带负荷运行全过程控制和监视。机组运行12年来，控制系统逐渐暴露出诸多问题：控制程序不透明，部分系统故障诊断能力差，修改控制组态困难；核心备品配件长期依靠进口，价格昂贵且采购周期长，ALSTOM公司已明确将逐步淘汰该系统。尤其是近几年来，汽机控制系统、模拟量控制系统频繁出现故障，造成机组多次跳闸事故，使厂330MW机组安全、经济运行受到严重威胁。因此，决定对32号机组原有的法国控制系统进行全面改造。改造工程采用了ABB贝利公司的Symphony分散控制系统，该系统与贝利公司Infi－90Open系统兼容，无论软、硬件及运行管理等方面都具有成熟的经验，而且进一步发扬了DCS控制器物理位置分散、控制控能分散、管理功能集中等优点，并且借助当今世界先进的微处理器技术、高速通讯技术、先进和现代控制技术，形成更加完善的、先进的、可靠的、开放式的新型控制系统。

    一、改造原则、范围和系统配置

    1．改造原则和改造范围

    针对机组的客观情况，在DCS改造初期就明确了DCS改造遵循的基本原则：确保机组改造后的安全运行、经济运行，体现当代DCS的先进水平，并在上述前提下实现投资省、的目标。根据这一原则，认真了解国内机组改造情况，调查DCS发展和运用情况，分析机组实际现状，较终确定了如下具体目标和改造范围。

    （1）改造实现的所有功能应充分遵循主设备制造商ALSTOM公司的技术规范，并根据巴蜀江油电厂生产实际进行优化和完善。

    （2）改造范围包括CENTRALOG、MICRO－Z、MI－CROREC、CONTROBLOC，保留原系统中运行情况较好的汽机阀门驱动回路装置、低旁SULZERAV6系统、高旁伺服驱动装置、汽机机械量测量系统、球磨机噪音测量及转换装置等。

    （3）改造后新系统在控制台上仅设置8个必要的事故手动操作按钮：锅炉MFT打闸按钮、汽轮机打闸按钮、发电机打闸按钮、凝汽器真空破坏阀开关按钮、汽机润滑油泵（交、直流）启动按钮、密封油油泵（交、直流）启动按钮；原控制盘台常规显示仪表、记录仪、报警光字牌全部取消，只保留汽包电磁水位表、汽包水位电视、炉膛火焰电视。

    （4）第三方设备（包括一次风粉在线监视装置、锅炉炉管检漏装置、蒸灰PLC装置、上网负荷总加系统）使用通讯方式进入DCS，实现DCS一体化。

    2．网络结构

    该工程的Symphony系统采用了典型的多层网络系统结构。系统配置了一个冗余的控制网络Cnet（ControlNetwork）作为系统中心环，现场控制单元HCU（HarmonyControlUnit）、人系统接口HSI（HumanSystemInterface）等作为Symphony系统的节点挂在控制网络Cnet上。控制网络Cnet上采用以太网协议，符合IEEE802**颁布的802.2标准。网络速度10MHz，较多可容纳250个节点。两相邻节点间距离可达2000m。Cnet通讯系统采用了面向字节的存储转发协议，以及安全校验措施保证通讯系统的安全，同时提高控制系统信息响应速度，减少信息通讯延迟。过程控制层的控制网络CW（ControlWay）是Cnet通讯系统的子系统，它是一个1M波特的串行通讯系统。较多支持30个控制器模件及网络处理模件之间的高速通讯。

    过程I／O与多功能处理器之间的数据通讯通过并行子扩展总线XB（ExpanderBus）完成。XB是一个高速8位高速并行通道，传送速率500kHz。

    3．现场控制单元HSU

    该系统配置了二种处理模块：多功能处理器MFP12、顺序事件记录服务器INSOE01。系统配置了八种I／O模件：模拟量输入模件（TC／RTD）IMASI23、模拟量输入模件（15AI）IMFEC12、模拟量输出模件（14AO）IMAS011、数字量输入模件（16DI）IMDS014、数字量输出模件（16DO）IMDS014、脉冲量输入模件（8PI）IM*04、频率计数模件（1PI）IFCS01、控制I／O模件（4AI、2AO、3DI、4DO）IMCSI22。模件功能强、种类少，可为电厂备品配件储备节约大量资金。

    4．人机界面平台

    该系统提供了4台ConductorNT工作站作为操作员站，1台Composer工程师工作站。操作员站、工程师站均采用中文bbbbbbsNT4.0平台，HP公司工作站，基本配置为：InbbbPentium4、主频1.4GHz处理器、内存容256Mbytes、硬盘容量40Gbytes、标准PC键盘、鼠标，工程师工作站配置可读写光驱作为备份工具。以人为本，采用了环保型、高分辨率的21寸液晶显示器。

    5．电源系统

    Symphony系统配置了专用的电源分配柜，接受2路外部220V电源，电源分配柜内安装了自动切换电路。两路电源均来自不间断电源UPS，一路来自单元机组UPS，另一路来自机组公用系统UPS，两路电源分别经15kVA的变压器隔离、二次侧接地后送至电源分配柜。两路电源经无扰自动切换电路切换后送至现场控制单元HSU、人系统接口HSI等。电磁阀48VDC驱动电源由电厂原有48VDC电源系统提供。

    二、系统功能

    改造工程充分遵循原ALSTOM公司对控制系统的划分原则和规律，改造后Symphony系统将控制系统分为SCS（包括BMS、ECS）、MCS、DEH、DAS四个子系统。四大子系统I／O初步总点数3970多点，其中SCS（包括BMS、ECS）共2500余点、MCS共350余点、DEH共210余点、DAS共810余点。

1系统设计

    根据确定所要开发的系统控制方式及其它特殊要求，根据所在单位和个人条件，计算I0点数和选择PC机的规格型号，并设计绘制电路原理图和安装接线图。

2设计PLC梯形图程序

    采用PLC作为中间过程控制的电梯电气控制，在电路原理图和安装接线图设计绘制完成后，还必须设计绘制与电路原理图对应的PLC梯形图程序，梯形图程序是PLC内各种软硬继电器的逻辑控制图，它的逻辑控制方式类似于中间过程控制继电器之间的逻辑控制电路图，因此它是PLC控制电气系统设计工作的重要环节之一。设计梯形图程序时，应接PLC使用手册的方法，了解PLC的工I0接口分配、组合排列和代号，机内各种软继电器、数据区、通道代号，常用指令的编制规则和代号等。

    设计梯形图一般应遵守以下规则:

      (1) I/0点和内部各种软继电器等的常开和常闭触点可多次重复使用。

      (2)软继电器的线圈不能与左边的母线直接连接，应有过渡点。

      (3)软继电器的右边不能再有接点。

      (4)在一套梯形图中，相同代号的线圈不能重复出现。(用SET, RST指令外)

      (5) PLC的输入输出点可当软继电器来使用。

3,灌输程序

    梯形图编制好后，必须灌输到PLC的存储器中方可运行。现在大家都有电脑，我们可以用编程软件把梯形图编好，用专用的电缆把电脑与PLC连接后，就可把程序写到PLC中去了。

4、模拟运行

    程序灌入PLC中之后，先要进行模拟运行。方法可用搭接线的办法模拟输入端的各种状态，观看输出信号是否达到设计要求。

编程软件介绍

    采用三菱FX系列的PLC，可以使用三菱FX系列PLC专用编程软件FxGP/WIN来编程。该软件可以采用三种方式来编程:(1)输入指令方式(2)画梯形图方式(3) SFC编程方式。利用一根专用电缆SC-09可以与PLC通信，达到灌输或读出程序的目的。而且可以在线监控运行中的PLC，观察PLC内部各种软继电器的动作状态，使用十分方便。

定时器相当于继电器电路中的时间继电器，可在程序中作延时控制。 FX2系列可编程控制器定时器具有以下四种类型。

100ms定时器： T0～T199 200点 　　　　 计时范围：0.1～3276.7 s

10ms定时器 T200～T245 46点 　　　 计时范围：0.01～327.67 s

1ms积算定时器 T246～T249 4点（中断动作） 计时范围0.001～32.767 s

100ms积算定时器 T250～T255 6 点 　　　计时范围0.1～3276.7s

可编程控制器中的定时器是根据时钟脉冲累积计时的，时钟脉冲有 1ms、10ms、100ms等不同规格。（定时器的工作过程实际上是对时钟脉冲计数）因工作需要，定时器除了占有自己编号的存储器位外，还占有一个设定值寄存器（字），一个当前值寄存器（字）。设定值寄存器（字）存储编程时赋值的计时时间设定值。当前值寄存器记录计时当前值。这些寄存器为16位二进制存储器。其较大值乘以定时器的计时单位值即是定时器的较大计时范围值。定时器满足计时条件开始计时，当前值寄存器则开始计数，当当前值与设定值相等时定时器动作，起常开触点接通，常闭触点断开，并通过程序作用于控制对象，达到时间控制的目的。

图 6为定时器在梯形图中使用的情况。图6（a）为普通的非积算定时器。图6（b）为积算定时器。图6（a）中X1为计时条件，当X1接通时定时器T 10 计时开始。K20为设定值。十进制数“20”为该定时器计时单位值的倍数。T 10 为100ms定时器，当设定值为“K20”时，其计时时间为2s。图中Y10为定时器的工作对象。当计时时间到，定时器T 10 的常开触点接通，Y10置1。T10为非积算型定时器。在其开始计时且未达到设定值时，计时条件X1断开或PLC电源停电，计时过程中止且当前值寄存器复位（置0）。若X1断开或PLC电源停电发生在计时过程完成且定时器的触点已动作时，触点的动作也不能保持。

若把定时器 T 10 换成积算式定时器T250，情况就不一样了。积算式定时器在计时条件失去或PLC失电时，其当前值寄存器的内容及触点状态均可保持，可“累积”计时时间。所以称为“积算”。图6（b）为积算式定时器T 250 的工作梯形图。因积算式定时器的当前值寄存器及触点都有记忆功能，其复位时必须在程序中加入专门的复位指令。图中X2即为复位条件。当X2接通执行“RST T250”指令时，T 250 的当前值寄存器及触点同时置0。

 这类模块一般带有微处理器，用来控制运动物体的位置、速度和加速度，它可以控制直线运动或旋动、单轴或多轴运动。它们使运动控制与PLC的顺序控制功能有机地结合在一起，被广泛地应用在机床、装配机械等场合。

      位置控制一般采用闭环控制，用伺服电动机作驱动装置。如果用步进电动机作驱动装置，既可以采用开环控制，也可以采用闭环控制。模块用存储器来存储给定的运动曲线，典型的机床运动曲线如图所示，高速v1用于快速进给，低速v2用于实际的切削过程，P1是运动的终点。模块从位置传感器得到当前的位置值，并与给定值相比较，比较的结果用来控制伺服电动机或步进电动机的驱动装置。

      下面介绍FX2N系列的脉冲输出模块和定位控制模块。

     1．FX2N–1 PG–E脉冲输出模块

     FX2N–1 PG–E有定位控制的7种操作模式，一个模块控制一个轴，FX2N系列PLC可连接8个模块，控制8个单独的轴。输出脉冲频率可达100kHz，可选择输出加脉冲、减脉冲和有方向的脉冲。在程序中占用8个I/O点，可用于FX2N和FX2NC。

    2．FX2N–10PG脉冲输出模块  

    FX2N系列PLC可连接8个模块，输出脉冲频率可达1MHz，较小起动时间为1ms，定位期间有较优速度控制和近似S型的加减速控制，可接收外部脉冲发生器产生的30kHz的输入，表格操作使多点定位编程更为方便。在程序中占用8个I/O点，可用于FX2N和FX2NC。

   3．FX2N–10GM和FX–20GM定位控制器

    FX2N–10GM是单轴定位单元，FX–20GM是双轴定位单元，可执行直线插补、圆弧插补，或独立双轴控制，可以独立工作，不必连接到PLC上。有**位置检测功能和手动脉冲发生器连接功能，具有流程图的编程软件使程序设计可视化。

    较高输出频率为200kHz，FX–20GM插补时为100kHz,在程序中占用8个输入输出点。

    4．可编程凸轮控制单元FX–1RM–SET

    在机械控制系统中常常需要通过检测角度位置来接通或断开外部负载，以前用机械式凸轮开关来完成这种任务。它对加工精度的要求高，易于磨损。

    可编程凸轮控制单元FX–1RM–SET可实现高精度角度位置检测。它可以进行动作角度设定和监视。可在EEPROM中存放8种不同的程序。配套的无刷转角传感器的电缆较长可达100m。在程序中占用8个I/O点。通过连接晶体管扩展模块，可以得到较多48点的ON／OFF输出。可用通信接口模块将它连接到CC–bbbb网络。

该探测器基于光纤后向拉曼散射效应，产生一个比光源波长长的光，称斯托克斯(stokes)光，和一个比光源波长短的光，称为后斯托克斯(anti-stokes)光，光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯(anti-stokes)光强发生变化，anti-stokes与stokes的比值提供了温度的**指示，利用这一原理可以实现对光纤温度场的分布式测量，因此，感温光纤可以将环境温度以连续的线性方式表示出来。该探测系统还可以准确地定位温度发生变化的确切位置，定位精确度可达10cm。

    火灾报警系统接受隧道内、变电所、泵房以及设备用房内火灾探测器的报警信号，当隧道内发生火灾时，发出紧急信号，发出声、光报警信号，并显示出火灾报警的具体位置，经过视频系统自动将事故地点显示在相应的工作站和大屏幕上，并启动相应的控制预案，如启动应急照明、通风、消防灭火等设施，发布交通诱导信息，调度救援车辆及人员等，以便能快速、有序地疏导隧道内的车辆和人员，保障隧道及司乘人员的生命财产安全。

    （十一）交通信号控制

    交通信号控制主要是用于协助疏导交通、给司机提供，以保道路畅通。在隧道两端入口前设置交通信号灯，由控制中心综合分析各系统的相关信息，控制信号灯的开关及时间的长短。

    在隧道入口处设置一个可变限速标志和一个可变情报板，控制中心根据隧道内的交通状况，编辑和发送交通信息、运营指令、路况资料、限速、报警信息等多幅信息，引导进入隧道的车流量，以避免或排除隧道内交通阻塞，在突发事件发生时关闭隧道通行，在隧道入口处设车高红外检测器，对进入隧道的车辆的进行车高测量，利用车牌识别系统，语音系统、视频检测系统，对**高车辆进行语音报警。

    在隧道内或隧道口设置可变信息标志和可变限速标志，用于在异常情况下发布隧道内交通提示信息和速度控制信息。

    三、结束语

    隧道控制系统主要是为了进行隧道交通控制，提高隧道服务水平，提供一个高质量，高可靠性，创造一个安全、方便、快捷、的交通与生活环境，其关键问题是解决控制网络模式和提高监控设备软、硬件可靠性，同时，工业以太网在工业控制领域具有的开放性、高可靠性等优势，在公路隧道的监控系统中应用工业以太网，实现管控一体化，控制软件智能化，将成为隧道监控系统的发展趋势

    在隧道出入口、隧道中间设*可控彩色摄像机。现场视频图像采用多路视频复用光端机和光缆向控制中心传输视频图像和控制信息，并在控制中心电视墙上实现监控图像的实时显示。在控制中心可以对彩色摄像机实现远程遥控，控制包括对*云台和可变镜头等，使控制中心的值班员能实时监视隧道内的交通情况，辅助值班员指挥行车。在发生灾情时，及时了解现场的灾害和乘客疏散情况。

    （五）紧急电话系统

    隧道设紧急电话，为驾驶员提供一个直接呼救求援的专用通信系统，对火灾、交通事故，采用热线方式，直通计算机主机，并进行声光报警，与110、120联动。

    （六）有线广播系统

    系统可对隧道内来往车辆驾驶员播放各种交通信息等；在发生紧急情况时进行紧急情况的通知，同时，当收到火灾报警信号时，能自动进入火灾紧急广播状态，与火灾自动报警系统实现联动。    

    （七）隧道通风控制子系统

    通风控制子系统主要由风机PLC控制器、隧道内区域控制器、CO/VI器、风速风向器等组成。根据隧道的通风方式，分别在隧洞中间、进口及通风竖井附近设置CO/VI器及风速风向器，根据CO/VI和风速风向器的参数。对洞流风机采用“PLC风机控制器→PLC区域控制器→监控中心”的三级控制。

    公路隧道发生火灾时，及时启动轴流风机，保证隧道内的较低风速不得低于2.5m/s，使烟雾迅速向同一方向排出，确保车辆有序疏散。

    （八）隧道照明控制

    照明控制子系统主要由洞内外亮度检测器和区域控制器完成，根据检测到的洞内外亮度数据、交通量变化以及白天、黑夜等情况，按照预计的照明控方案控制隧道的照明，调节出入口以及洞内照明灯具的亮度，防止黑洞和白洞效应，保证行车的安全畅通，同时，在满足照明要求的情况下达到节能运行的目的。

    （九）电力监控

    电力监控系统对隧道变电所及箱式变电站的运行状态进行监视，主要监测高、低压开关柜的工作状态、各断路器的开关状态、故障、电流、电压、频率、有功功率、功率因素、变压器温度等参数，对供配电系统设备及通风、照明回路进行监控，实现显示、报警、统计、维护等功能。

    （十）隧道火灾报警

    火灾报警方式分为手动报警按钮和火灾自动探测器两种。

    手动报警按钮，在隧道内按每50米一套设置手动报警按钮。在紧急情况下由人工按动报警按钮，将信号传到隧道监控中心。

    自动火灾报警探测可采用分布式光纤感温自动探测器，在隧道内**部敷设感温火灾探测光缆，对隧道内进行连续的温度检测。该系统利用光纤作为线性感温探测器，