6ES7216-2BD23-0XB8技术支持

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1 引言

2004年12月在青岛发电厂投入使用的海水源热泵空调项目是集、卫生、环保于一体的我国既可取暖、又能制冷的海水源热泵供暖制冷工程。

海水源热泵技术包括板式换热器、取水设备、热泵机组(压缩机)和输风管四个部分, 其工作原理为:将海水抽出后，在其通过板式换热器后，将海水中的热量置换到自来水中，温度稍高的自来水再经过空气压缩机的物理做功后，其温度能提高到七八十摄氏度, 热水又把空气加热, 后空气经过风管进入房间，从而达到空调制式的制热效果。

2 电气控制系统设计

2.1 控制系统的组成及控制原理

工业自动化领域，可编程控制器PLC以其高性、适应工业过程现场、 强大的联网功能等特点，使用越来越普遍，广泛应用于生产工艺过程，用于数据采集、状态判别和输出控制;在系统管理层面，通常用工控机担负人机交流界面功 能，利用工控组态软件来完成工业流程及控制参数的显示，实现生产监控和管理等功能。作者正是充分利用了微型机和plc各自的特点,实现了优势互补，在该控 制系统中比较好的得到了运用。系统设计参见图1:

图1 控制系统组成

2.2 触摸屏的组态设计

上位机的系统设计采用全中文工控组态软件mcgs(moNItor and control generated system)，能充分利用bbbbbbs的图形编辑功能, 方便地构成监控画面, 以动画方式显示控制设备的状态, 具有报警窗口, 实时趋势曲线, 可便利地生成各种报表, 功能强大。

mcgs把每一台下位机看作是外部设备, 在开发过程中根据“设备配置向导”的提示一步步完成连接过程。在运行期间, mcgs通过驱动程序和这些外部设备交换数据, 包括采集数据和发送数据指令。每一个驱动程序都是一个com对象, 这种方式使通讯程序和mcgs构成一个完整的系统, 既保证了运行系统的率, 也使系统能够达到很大的规模。

为了满足工艺上的要求，分别设计了手动状态主界面(图2)和自动状态主界面(图3)。控制面板上设有手动/自动按钮，其主要区别在于，当设置在自动方式下时，系统则根据所采集到的环境温度和管道压力按照工艺流程自动运行，外界不能人为干预。手动状态下能分别的控制各 个部件，按钮红色表示部件停止，表示部件开启。同时，为了防止在手动状态下的误操作，还特别设计了按键锁功能。分别如图2和图3示。

图2 手动状态主界面

图3 自动状态主界面

2.3 系统的plc软件设计

该控制系统跟据所要求的工艺选择了三菱的fx2n系列plc。可编程控制器主要的控制对象是开关量居多，而本系统要求采集温度值、压力值、并且按要求控制变频电机，所以需要加上硬件的a/d、d/a接口，实现模数转换，来有效的处理模拟量。

考虑 到工艺要求系统采用了模拟量输入模块fx2n-4ad、与pt100型温度传感器匹配的fx2n-4ad-pt模拟量输入模块和模拟量输出模块fx2n- 4da。

根据项目的工艺要求，结合各种操作指令，确定设备动作的先后顺序，利用梯形图对plc完成开关量逻辑控制，编译通过后可由通讯电缆下载到plc。程序框图如图4所示:

图4 程序框图

3 结束语

海水源热泵技术作为一种真正的能源技术，其机理是提取海水中的热能，热泵压缩机组运转只使用相当于普通空调运转所需电能的 1/4，整个供热过程不会对空气、水源造成任何污染。使用海水源取暖和制冷不需煤炭、油料，同时又大大降低了成本。据测算， 使用地温空调技术，一个取暖季内，平均每平方米需15元，夏季制冷需5元;而如果燃用煤炭，每平方米取暖费用约为25元，燃用油料需45元，使用电锅炉则需8。此外，冬天取暖、夏天降温都可使用地温空调技术，平时还可以通过热泵空调技术随时获得热水，称得上是一举三得。该海水源热泵项目在青岛发电厂已经投入运行了很好的效果，并成为该领域的全国。

 本系统采用可编程控制器具有相当的性，其优点显而易见。体积小、结构紧凑、性高、安装维护方便。重要的是编程简单、程序修改容易、组成系统方便灵活

可编程控制器(PLC)用以取代继电器控制系统，把计算机功能完备、灵活性强、通用性好的优点与继电器控制系统简单易懂、操作方便、价格等优点结合起来，是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制装置。

PLC已广泛应用于工业控制领域，在电力工业的应用加普遍，比如，化学水程控、凝结水精处理系统以及除灰除渣系统等，铜陵电厂300MW机组，ETS系 统是安徽省台采用PLC实现其逻辑功能的机组。

1 系统简介

危急遮断系统(ETS)由一块模拟试验盘、一块操作指示盘、机头试验模块和一个控制柜组成。ETS的功能是接受现场设备的信号，在汽轮机参数发生越限情况 时，发出报警信号.并通过AST电磁阀泄放EH高压油，关闭全部进汽阀门，实施紧急停机。

当汽轮机某一参数达到跳闸值时，作用于跳闸柜的检测信号闭合，经跳闸柜逻辑处理后，驱动四只AST电磁阀，将自动停机跳闸母管高压油泄放掉，从而使高中压 主汽门、调门快速关闭。若汽机速到103%时，由DEH送出OPC保护信号，使高压油系统危急遮断模块中的两只OPC电磁阀动作，0PC高压油泄放，使 高中压调门关闭。由于在自动停机跳闸母管与OPC母管之间设有两只逆止门，故高中压主汽门仍处于运行状态。当速达到110%时，危急遮断系统(ETS) 动作，关闭高中压主汽门和调门，实现紧急停机。

系统提供双通道保护，允许进行在线试验，以使在试验时仍具有连续的保护功能。

本工程ETS设计停机项目有15项：EH油压低、润滑油压低、低真空、轴向位移大、速110%、振动大(#1-8瓦)、发电机故障、高排温度高、透平压比低、胀差大、锅炉MFT、高排压力高、手动停机以及ATC透平遮断、 DEH失电等，如表1。

每一组信号都可以给出“出”记忆信号，即个到来的信号可以单记忆。每一组信号给出二路输出，一路信号到SOE，另一路到BTG盘。

2 逻辑功能的实现

该系统由两块OMRON公司的SYSMAC C200HE(CPU42)可编程控制器A、B以及相应的I/O模块组成，分别形成两个立的通道A和通道B，从而实现在线通道试验功能。 A、B通道各包括3块开关量输入模块和5块输出模块。所有开关量输入均为无源接点。另外，每组跳闸信号送出2组无源接点，一组提供给DAS系统作SOE， 一组给BTG盘光字牌报警显示。

跳闸出原因在操作指示盘上闪光显示，后续跳闸信号用平光指示。该系统具有ETS失电及PLC故障报警及出跳闸信号记忆功能。

系统工作电源容量为220V 2KVA，由冗余的UPS电源和保安电源进行供电。AST电磁阀(常带电常开电磁阀)电源为IIOVAC，是通过控制柜内的变压器将220VAC变成 110VAC。

图1是润滑油压低跳闸的梯形图。 00000、00001、00100、00101是PIC的输入接点;03000、03003、03006、03010、00600是PLC的线圈，用它 们代替硬继电器。在PLC中，用线圈作输出元件，以控制外部设备或PLC内部其它接点。正常运行时，现场润滑油压压力开关接点是断开的，一旦油压低到跳机值，压力开关接点闭合，则线圈03000、03003带电，该线圈的常开接点闭合，使03006线圈通电。如此类推，终00600线圈失电，导致 AST电磁阀断电，从而关闭汽机进汽门，达到停机目的。可以看出，PLC中的软继电器是一个看不见、摸不着的器件，不必担心因触点积灰或老化粘连带来的误动作，使该保护系统的性大大提高。其他保护逻辑类似，不再赘述。

3 系统试验

系统应用了双通道概念，这就允许进行在线试验，以使在试验时仍具有连续的保护功能。PLC内部逻辑设计采用了试验回路。外部输出设备上也具有立的两路通 道，从而了周期性保护通道试验的运行规程要求。

3.1 试验块

本系统设计了三块试验块，即EH油压试验块、润滑油压试验块、真空试验块。每个试验块的原理是一样的，原理如图2：

节流孔的作用是将两路隔离开。试验时，互不干扰。试验可以手动就地试，也可以在主控室通过试验按钮远方试。用按钮试验时，电路上有闭锁，保证不会两路同时试验，如果同时试验，将会引起误跳机。手动试验 时，尤其要注意：

正常情况下，压力油通过节流孔送到压力开关和指示表，一旦油压降低，两边的四只压力开关只要各有一个开关动作，将引起跳机。逻辑关系如图3：

如图3所示，为“两或一与”关系，既可以防止误跳，又可以防止拒跳。试验时，打开F1或S1，则B1上指示将缓慢下降，达到设定值时，K1、K3将动作。 在试验盘上指示灯亮。试验块电磁阀电源为220VAC。试验完毕后，要注意表压是否恢复到正常值，否则不准试验另一路。

跳闸块上共有六个电磁阀，两个OPC电磁阀是110VDC常闭电磁阀;四个AST电磁阀是110VAC常开电磁阀。正常情况下，AsT电磁阀是常带电结 构。

3. 2 通道在线试验

机组正常运行中，可通过ETS操作盘完成在线通道试验。此时，操作盘上的钥匙开关应位于“试验”位置。

通道1：对应ASTl、AST3

通道2：对应AST2、AST4

当系统润滑油压、EH油压、真空已建立时，可对机头试验模块进行手动或遥控试验,目的是检查机头试验模块对冲压介质的泄放速度以及保护通道的性。单通 道试验时不论在就地进行手操或遥控试验，都需要机头模块泄放冲压介质的速度应不小于规定要求。做通道试验时，按操作盘上的通道1或通道2按钮，ETS输出信号至机头试验模块上的电磁阀，通过电磁阀动作使相应的试验通道信号闭合,引起ASTl/AST3或AST2/ AST4动作，实现通道在线试验功能。在试验过程中应检查现场跳闸电磁阀AST的动作情况，从而确认通道试验状态的正确性，此外在做通道试验时，两个通道 应互不影响,在线试验只能单通道试验，既可发信号又可使相应的AST电磁阀动作而不跳机,试验结束后，将钥匙开关置“运行”位。

3.3 模拟试验盘试验

模拟试验盘与现场来的跳闸信号并联后送入可编程控制器，其功能是模拟现场来的信号，完成ETS静态试验工作;检查可编程控制器的输入/输出情况，动作状态 是否符合要求。

3. 4 操作盘试验

让模拟试验盘处于断开位置，在跳闸柜内将系统中来自现场的各开关量输入信号依次瞬时短接，操作盘上相应的灯光应闪烁， ETS跳闸光字牌报警。按操作盘上的复位按钮可将跳闸信号复归。同时按下操作盘上的“跳闸”和“确认”按钮，机组跳闸且ETS跳闸光字牌报警。在试验过程 中每次“挂闸”、“跳闸”时应检查现场跳闸电磁阀(AST)的动作情况，从而确认“挂闸”或“跳闸”状态的正确性。

4 改进措施

在实际使用过程中，我们做了以下几个方面的改动：

(1)“透平压比低?保护在汽机冲转时反复动作，影响了汽机冲转，而在汽机冲转过程中，透平压比低是正常的。因此，在该信号到跳闸柜之间加装了保护投切小开关，在机组并网后再投入该保护。

(2)ETS原设计只有输出到机头试验块电磁阀关闭信号，当接通试验按钮时，可实现相应通道的信号试验，而无输出至AST电磁阀信号，后调试中增加通道试 验至AST电磁阀信号，即在线试验时既可发信号至机头试验块电磁阀，又可使相应的AST电磁阀动作而不跳机。

(3)应注意信号的抗干扰措施。该系统在机组试运行中，曾发生误发一次发电机故障单通道报警和三次发电机故障引发的跳机事故，后对该信号加装中间继电器隔离，问题得以解决。

另外，可编程控制器中后备电池用于保存程序及相关设置，电源电压不足就会造成数据丢失。本系统设计了后备电池电压不足报警，热工人员应注意巡检。

5 结束语

本系统采用可编程控制器具有相当的性，其优点显而易见。体积小、结构紧凑、性高、安装维护方便。重要的是编程简单、程序修改容易、组成系统方便灵活：尽管PLC已广泛应用于工业控制领域，但我省尚属在300MW机组上使用。从系统调试及运行结果看，系统设计功能和实用方面都是成熟的。在逻辑设计上采用了“两或一与”关系，既可以防止误跳，又可以防止拒跳，提高了系统的性。

从上世纪70年代开始应用以来，以PLC和DCS为代表的三代控制系统，在冶金、电力、石油、化工、轻工等工业过程控制中获得迅猛的发展。那个时期，工厂经理有两个基本选择：集散控制系统(DCS)或者可编程逻辑控制器 (PLC)。尽管两者功能相似，实际上却有很大的不同，各有其优缺点，用户不论选择哪一种控制系统，往往都是以牺牲另一种功能为代价。而近的十几年来， 历史悠久的DCS和PLC公司都转向共同称之为“混合型控制系统(HCS)”的领域，尝试着把DCS系统的强大功能、复杂性和PLC系统的灵活、开放性以及位结合起来。为此，DCS公司减少了其系统所占用的空间，而PLC公司则开始集成其组件以制造完善的系统。

水泥行业的特点就是开关量多，模拟量比较少，回路控制也不多，用混合控制系统为合适，ABB、西门子和罗克韦尔推出的FC800、PCS7、Logix多属于混合控制系统的范畴。同时在水泥行业控制系统的供应商也已将控制算法用于DCS和PLC等控制器中，ABB公司的Optimize IT优化则集成了Industry IT大量已验证的控制技术及广泛的知识库，如模糊逻辑、控制模型、神经元和模糊控制等，实现对水泥生产过程进行控制及实施优化决策管理。

但是，目前市场上的用户并不认为混合控制系统是一种性的新产品，也没有将它们看成一个不同的产品。而且，目前的上，既存在如上所述的混合控 制系统，也有可通过装备回路控制板实现较多过程控制功能的PLC。但是，混合控制系统的概念切合了生产实际，是控制系统的发展趋势。从理论上讲，当代的 DCS与PLC都是混合控制系统，但是作为一种产品，混合控制系统无疑为用户提供了一种新的选择。

模块化、离散 化设计成新趋势

自动化系统的发展趋势是由的、集中的控制结构向分散化的、立的自动化模块发展。对于现今的工程服 务，虽然模块化和可利用性的概念已经被成功应用在机械和靠近硬件水平的元件上，但是在控制技术方面，它仍存在一定的局限性。目前厂商为用户提供的方案大多 是将功能和网络连接的多种控制系统分开。理想的情况下，机械的、硬件的和软件的划分界限是保持一致的。

在自动化界引起关注的是控 制系统正由集中向分散化发展。霍尼韦尔的Experion PKS平台包含了大量新技术，其中之一便是分布式系统架构DSA，它体现的便是离散化设计的概念。

传统DCS的集散概念一般停留 在一个生产装置以内。一个生产装置使用一套立控制系统，在不共工段使用不同的操作站，不同的控制器及I/O进行各工段的操作和控制。随着现代过程工业不 断地往大规模发展，每个生产装置之间的上下游关系加密切，对集散控制系统(DCS)提出了新的要求。不仅要求全流程中每个生产装置相对保持立性，以 利于危险分散，立装置开停车，易于进行立安装和维护。而且要求能够实现各生产装置的信息集中管理和共享，这就是高层次的集散控制概念。分布式系统架 构DSA(Distributed System Architecture)将每个生产装置用一个称之为Experion PKS族来控制，每个族具有立的实时过程数据库(ERDB)，保证每个族的立性。多个Experion PKS族通过DSA可以很容易地集成一个单一的系统中，重复组态，无缝集成所有DCS数据。从而实现各生产装置的信息集中管理和共享，构成大规模系 统，并且易于扩展。

DSA可使用各种通用的网络，包括局域网、广域网。支持微波、卫星、租用专线网络等，突破地理位置上的分散。 可以说，Experion?PKS分布式系统架构DSA是控制系统DCS发展非常重要的一个趋势。

无线技术改变 过程控制系统

作为过程控制领域新技术的者，艾默生过程控制有限公司也一直把无线技术作为自己技术之一。艾默生 艾默生过程控制公司市场总监林永春指出，随着无线技术进一步为公众所接收，其应用的范围也在日益扩大，尤其在工业过程领域，无线技术对习惯于有线技术的工 业过程领域所带来的冲击是的。到目前为止，大多数的无线项目用于开环回路的监测，应该说，现今的无线技术是对有线技术强有力的。由于无线技术的应 用，解决了有线技术由于投资成本及环境限制未能实现的功能，提升了过程控制精度，为工厂管理带来大效益。应该认识到，过程控制的无线化是一场静悄悄的革 命，是一个逐步渗透的过程，随着人们认知程度的提高，以及无线技术为、连续、兼容的操作方式将给整个工业界以使用的信心，越来越多的无线设备将用于 工厂。然而，有效的工厂操作总是放在位的，就目前来说控制功能的应用仍然是通过有线电缆来完成的。而今年9月底艾默生在奥兰多推出了无线方案的冗 余功能，使用户有足够的信心将灵活的易于使用的智能无线平台向关键点监测和控制应用领域扩展。

霍尼韦尔过程控制部市场战略经理姜 亚春介绍说，霍尼韦尔新版本的控制系统Experion PKS已经把无线网络集成到了控制层，使得无线设备可以参与到控制之中。姜亚春经理表示，“我们认为无线技术会是自动化控制的发展方向，同时无线技术的发 展又会改变过程控制系统的结构。”

现场总线升级到工业实时以太网

现场总线和 工业以太网技术的发展和推广应用，为全集成自动化体系架构的形成和发展奠定了通信的基础。另外，从工业编程语言、现场总线、工业以太网等各种自动化标 准的和推广应用，也为工业以太网技术的发展奠定了标准化的基础。

当今自动化领域内，从工艺现场层到工厂(集团)管理层可经由 以太网，基本实现信息的畅通无缝流通，通过信息的无缝集成、过程优化和资源优化，实现物流、信息流、流的集成，以缩短企业新产品的开发周期、提高质 量、降、改进服务和改善环境，从而提升企业的市场的应变能力和竞争能力。在工业自动化领域当今较认可的有两种，一个是P-NET，它是基于 PROFIBUS系统开发的，二个是由罗克韦尔为主开发的即CIP(通用工业协议的工业网络)-它包括DeviceNet、 EtherNet/IP、ControlNet.使用实施以太网技术后，过去每一个点的都要用两根线接到两线制仪表，现在只要通过一根电缆就直接下来了， 不但电缆大量减少且I/0的设备也减小了很多。

过程仪表的不可忽视

堡盟 过程仪表产品市场经理李素蓉指出，不论过程系统如何发展，功能如何强大，过程仪表的作用不能被忽视。她进一步指出，仪表是在工业生产过程中，对工艺参数进 行检测、显示、记录或者控制的基础。随着工业的发展，对仪表控制系统提出了高的要求，电动仪表逐步向数字化、智能化方向发展，计算机系统向网络化、开放 化发展，新一代的仪表主要特点是智能化和数字化。

工厂的生产好坏很大程度上依赖于过程仪表的状况，这些仪表除了流量、液位、压力 及温度等参数的传感器和变送器，还包括分析仪及控制阀。用于过程技术的堡盟传感器和测量设备其精密和稳定，能够满足应用要求。尤其是在端环境条件 下，它们也能进行准确的测量。良好的产品质量不仅延长了使用寿命，而且降低了维护周期，提高了过程生产的性和效率。