西门子模块6ES7334-0CE01-0AA0支持验货

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可编程控制器PLC在燃气轮发电站已经得到了广泛应用，它利用内部存储的控制程序软件以及外部的输入数据和操作指令，经过逻辑和算术运算，向控制装置发送指令，完成对燃气轮发电机组和各辅助设备的控制、调节。

    PLC可以对燃气轮发电机组的发动机转速、排气温度、负载以及发动机各系统的参数、状态进行控制和调节。例如，在滑油系统中，就可完成对压力、温度、液位等参数和滑油加热器、滑油冷动器、交直流滑油泵等状态的控制。本文只介绍对Taurus60燃气轮机滑油系统温度、压力控制的部分应用。

1、Taurus60燃气轮机的滑油系统介绍

    Taurus60燃气轮滑油为燃气轮机轴承、发电机轴承和齿轮箱轴承提供润滑油，同时也为压气机可变导流叶片作动器、燃料作动器和放气活门作动器提供增压滑油，控制上述作动器的位置。
    滑油系统中温度传感器RTD和压力传感器TP380的安装位置见图1。
 

2、PLC对滑油温度的控制

    PLC控制原理：Taurus60燃气轮机利用温度传感器RTD来控测滑油系统温度，并将其转换为相应的电信号经输入模块的光耦合、A/D转换，转换成数字信号，存储在内部存储器中，PLC扫描内部应用程序，读取数据，进行算术、逻辑运算，经输出模块转换输出控制执行机构动作，来达到上述控制目的。

    PLC控制目标:对Taurus60燃气轮机滑油温度的控制主要目的如下：①在机组停机时，启动或停止滑油箱加热器；②在运行中若滑油系统温度过高，启动报警回路、停车回路，或发出声光报警或使燃气轮机紧急停车；③控制滑油系统的三个滑油散热器冷却风扇的启动、停止和转速，从而控制滑油系统的滑油温度，使其保持在规定的范围内。

    Taurus60燃气轮机组滑油温度传感器RTD共有两个，分别为滑油箱RTD(RT390)和滑油管RTD(RT380)。滑油箱RTD安装在滑油箱内，感受滑油箱滑油温度，当滑油箱滑油温度设定值(65℉)(18℃)时，PLC命令滑油箱加热器启动，给滑油加热；当滑油箱滑油温度达到设定值70℉(21℃)时，PLC命令滑油加热器停止运行。滑油管RTD安装在主滑油管上，感受系统滑油温度，当系统温度设定值160℉(71℃)时，启动报警回路报警；当系统温度再升高过设定值165℉(74℃)时，启动燃气轮机紧急停车回路，燃气轮机停止运行。

    PLC还可控制滑油散热器的工作，当系统温度设定值100℉(38℃)时，PLC命令1#、2#滑油散热器冷却风扇启动，给系统散热；当系统温度设定值90℉(32℃)时，PLC命令1#、2#滑油散热器冷却风扇停止工作。1#、2#滑油散热器风扇的工作是由PLC根据系统温度控制风扇变频器的输出，从而实现滑油冷却风扇的平稳调速，因此滑油温度的调节十分；当滑油温度过140℉(60℃)启动3#散热器风扇，它是由继电器控制的。

    PLC控制过程：

    限于篇幅，我们仅以滑油温度高引起Taurus60滑油系统报警、停车以及3#滑油冷却器风扇的启动、停止为例来探讨一下PLC是如何实现对滑油温度的控制的。

    PLC是使用梯形语言进行控制的。

    (1)滑油温度高引起报警、停车的控制程序当滑油管温度160℉(71℃)将会出现滑油温度高报警，从而引起维护人员的注意；当滑油温度160℉(74℃)将会出现滑油温度高停车，以确保设备的。
   
    (2)3#滑油冷却风扇启动/停止控制程序

    当滑油管温度100℉(38℃)或90(32℃)，滑油冷却风扇开启或停止命令使能。具体的说，当100℉(38℃)或90℉(32℃)时滑油冷动风扇启动(或停止)命令通过输出模块输入.

    当滑油温度过140℉(60℃)后，3#冷却风扇启动定时器控制电路回路动作(如图4)这时继电器K280-3线圈通电(或断电)其常开接点闭合(或断开)，接触器K4983线圈通电(或断电)，其常开接点闭合(或断开)接通(或断开)3#滑油冷却风扇。

    3、滑油压力控制

    PLC控制原理：滑油压力是通过滑油压力传感器TP380(以下简称TP380)、输入输出模块、PLC的运算等来实现的。TP380感受0～690kPa范围内变化的滑油压力，将其转换为4～20mA的电流信号，输入输出模块将电流信号转换为供PLC识别的数字信号，PLC经过运算，将结果存储在标示为LUBEPRESS的地单元中，供程序调用。

    PLC控制目标Taurus60燃气机共有三套滑油泵，即主滑油泵、交流滑油泵、直流滑油泵。主滑油泵由燃气轮机驱动，提供燃气轮机、发电机的润滑滑油和控制作动器动作的增压滑油；交流滑油泵用于给燃气轮机、发电机提供运转前和动转后润滑，而且当主滑油压力设定值时紧急启动，以确保燃气轮机的正常运转；直流滑油泵作为交流滑油泵的备用泵，当交流滑油泵故障或燃气轮机发电站全站失电时，确保燃气轮机的润滑。

    当燃气轮机启动循环开始后，PLC对直流滑油泵进行试验，当直流泵P903压力达到4PSI，PLC使得P903断电停转并启动交流滑油泵BP321工作，如果压力达到6PSI，PLC允许燃气轮机运转，PLC启动前润滑定时器开始计时，燃气轮机以大于6PIS的压力进行运转前润滑30秒，滑油压力41PIS则PLC给出低滑油压力报警，若滑油压力25PSI，则启动不锁定快速停车。在燃气轮机稳定运转条件下，滑油压力的调节是由滑油压力温度控制组件完成的，但PLC始终监控着系统滑油压力的变化，并在不同状态下完成低滑油压力报警、启动交流滑油泵、启动不锁定快速停车等工作。当燃气机停止运行时，PLC检查直流泵工作，30秒计时器开始时允许滑油压力降至3PSI，定时器工作结束，重新接通交流滑油泵，运转后润滑开始。这些都是由PLC预先设定的控制程序完成。

    PLC根据燃气轮机不同的运行停车情况，编制了五种不同的运转后润滑方案供启用。

    PLC控制过程：

    这里我们只介绍滑油系统的压力计算和直流泵启动的命令程序。

    (1)滑油压力输入数据计算。
    (2)直流滑油泵

    启动命令使能直流滑油泵是作为交流滑油泵的备用泵，当交流泵或者TP38时，直流滑油启动。

    4、结束语

    PLC对滑油系统控制是十分完备的，它的控制内容、项目也是十分复杂的。它不但能控制、显示滑油系统中的压力、温度，它还能设置压力、温度的限值，一旦系统了这个限值，可以给出报警信号或停止系统运行，确保设备；它还可以控制滑油箱加热器的工作，控制油箱液位的高低，并给出报警信号等。限于篇幅，我们只能摘取其一小部分，做一简单介绍，希望能对大型复杂设备的滑油系统的控制有一定的借鉴。

图1　　岱庄煤矿井下主排水泵自动化监控系统图（略）

    2、2　　自动轮换工作
    为了防止因备用泵及其电气设备或备用管路长期不用而使电机和电气设备受潮或其他故障未 经及时发现，当工作泵出现紧急故障需投入备用泵时，而不能及时投入以至影响矿井，本系统程序设计了5台泵自动轮换工作控制，控制程序将水泵启停次数及运行时间和管路使 用次数及等参数自动记录并累计，系统根据这些运行参数按一定顺序自动启停水泵和相 应管路，使各水泵及其管路的使用率分布均匀，当某台泵或所属阀门故障、某趟管路漏水时，系统自动发出声光报警，并在触摸屏上动态闪烁显示，记录事故，同时将故障泵或管路自 动退出轮换工作，其余各泵和管路继续按一定顺序自动轮换工作，以达到有故障早发现、早处理，以免影响矿井生产的目的。

    2、3　自动控制
系统控制设计选用了日本欧姆龙公司C200HE型PLC为控制主机，该机为模块化结构，由PLC机 架、CPU、数字量I/O、模拟量输入、电源、通讯等模块构成。PLC自动化控制系统根据水仓 水位的高低、井下用电负荷的高、低峰和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时 间段（时间段可根据实际情况随时在触摸屏上进行调整和设置）等因素，建立数学模型，合理调度水泵，自动准确发出启、停水泵的命令，控制5台水泵运行。

    为了保证井下生产，系统运行，水位信号是水泵自动化一个非常重要的参数，因此，系统设置了两套水位传感器，模拟量和开关量传感器，两套传感器均设于水仓的排水配水仓内，PLC将接受到的模拟量水位信号分成若干个水位段，计算出单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，同时检测井下供电电流值，计算用电负荷率，根据矿井涌水量和用电负荷，控制在用电低峰和中电价时开启水泵，用电高峰和电时停止水泵运行，以达到避峰填谷及节能的目的。

    2、4　　动态显示
动态模拟显示选用日本Digital公司的GP-570T型触摸式工业图形显示器（触摸屏），系统通过图形动态显示水泵、真空泵、电磁阀和电动阀的运行状态，采用改变图形颜色和闪烁功能 进行事故报警。直观地显示电磁阀和电动阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和压力值 。

    用图形以及趋势图、棒状图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、低段、高段、高段水位分段报警，用不同音响形式提醒工作人员注意。

    采用图形、趋势图和数字形式直观地显示3趟管路的瞬时流量及累计流量，对井下用电负荷的监测量、电机电流和水泵瞬时负荷及累计负荷量、水泵轴温、电机温度等进行动态显示、 限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据，并在屏幕下端循环显示新出现的3条故障（故障显示条数可在触摸屏上设置），以提醒工作人员及时检修，避免水泵和电机损坏。 

    2、5　　通讯接口
PLC通过通讯接口和通讯协议，与触摸屏进行全双工通讯，将水泵机组的工作状态与运行参数传至触摸屏，完成各数据的动态显示；同时，操作人员也可利用触摸屏将操作指令传至PL C，控制水泵运行。PLC同时将水泵机组的运行状态与参数经生产监测系统分站传至地面 生产调度监控主机，与全矿井生产监控系统联网，管理人员在地面即可掌握井下主排水系统设备的所有检测数据及工作状态，又可根据自动化控制信息，实现井下主排水系统 的遥测、遥控，并为矿提供生产决策信息。触摸屏与监测监控主机均可动态显示主排水系统运行的模拟图、运行参数图表，记录系统运行和故障数据，并显示故障点以提醒操作人员注意。

    3、　系统功能及特点
    （1）PLC控制程序采用模块化结构，系统可按程序模块分段调试，分段运行。该程序结构具 有清晰、简捷、易懂，便于模拟调试，运行速度快等特点。
    （2）系统根据水位和压力控制原则，自动实现水泵的轮换工作，延长了水泵的使用寿命。 
    （3）系统可根据投入运行泵组的位置，自动选择启动就近的真空泵，若在程序设定的时间内达不到真空度，便自动启动备用真空泵。
    （4）系统根据电网负荷和供电部门所规定的平段、谷段、峰段供电电价时间段，以“避峰填谷”原则确定开、停水泵时间，从而合理地利用电网信息，提高矿井的电网运行质量。
    （5）PLC自动检测水位信号，计算单位时间内不同水位段水位的上升速率，从而判断矿井的涌水量，自动投入和退出水泵运行台数，合理地调度水泵运行。
    （6）在触摸屏上动态监控水泵及其附属设备的运行状况，实时显示水位、流量、压力、温 度、电流、电压等参数，限报警，故障画面自动弹出，故障点自动闪烁。具有故障记录，历史数据查询等功能。
    （7）系统具有通讯接口功能，PLC可同时与触摸屏及地面监测监控主机通讯，传送数据，交换信息，实现遥测遥控功能。
    （8）系统保护功能有以下几种。
    温保护：水泵长期运行，当轴承温度或定子温度出允许值时，通过温度保护装置及PLC 实现限报警。
    流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值，通过流量保护装置使本 台水泵停车，自动转换为启动另一台水泵。
    电动机故障：利用PLC及触摸屏监视水泵电机过电流、漏电、低电压等电气故障，并参与控制。
    电动闸阀故障：由电动机综保监视闸阀电机的过载、短路、漏电、断相等故障，并参与水泵的联锁控制。
    （9）系统控制具有自动、半自动和手动检修3种工作方式。自动时，由PLC检测水位、压力及有关信号，自动完成各泵组运行，不需人工参与；半自动工作方式时，由工作人员选择某台或几台泵组投入，PLC自动完成已选泵组的启停和监控工作；手动检修方式为故障检修和手动试车时使用，当某台水泵及其附属设备发生故障时，该泵组将自动退出运行，不影响其它泵组正常运。PLC柜上设有该泵的禁止启动按钮，设备检修时，可防止其他人员误操作，以保证系统。系统可随时转换为自动和半自动工作方式运行

   近年来，市场上石化产品的竞争日趋激烈。与国外同类产品相比，我国的石化产品无论在生产工艺上，还是产品质量上，都存在着相当大的差距。为改变我国石化产品发展严重滞后的局面，国内石化行业的许多厂家已开始向产品的多样化、添加剂材料和配方的高科技化迈进。我们应有关厂家提出的技术要求，针对石化产品生产工艺复杂、添加剂配比要求严格、品种多样、互换性差的特点，开发研制了计算机与PLC集成控制系统。该系统控制、操作简便、开放性强、性能价格比高，在国内石化系统的数家企业推广应用后，受到。
   
    1、系统组成

    计算机与PLC集成控制系统由生产系统和非生产系统二部分组成(如图1)。生产系统主要由微型机、适配器、PLC、执行机构及现场仪表等部分组成。非生产系统主要由工艺流程模拟显示屏、电视、现场通话设备、质量检查系统、管理信息系统等部分组成。控制室负责处理来自生产系统和非生产系统的大量信息。通过计算机与PLC集成控制系统，将润滑油厂的各生产车间、附属部门以及总厂厂部联成了密不可分的整体，从而大限度地利用了信息资源。

图1 计算机集成控制系统的组成

    2、　系统功能

    为满足用户提出的技术要求和现场的工况，此控制系统的设计具有以下功能：

    1.根据用户提出的技术要求，按照添加剂配方的比例地配制生产各种型号的石化产品，并且通过微型机和现场PLC控制系统实现整个生产过程的自动化。
    2.通过自行开发的计算机软件，实现生产现场的动态监控。良好的人机界面、清晰的组态图形，使得操作人员通过计算机屏幕，对于现场的各种工况变化一目了然。
    3.在现场生产中，为提高整个控制系统的性，在搅拌器、电动机、电动阀、电磁阀等设备上均设计了局部反馈功能，这些相互立系统的局部反馈功能构成了对总系统反馈控制的有力支持。
    4.当系统出现压力报警或油面报警时，一方面通过PLC程序实现自动停车，另一方面借助于语音卡，在控制间的操作人员可以立即听到报警信号，及时采取相应措施。
    5.考虑到生产现场某些部位属于高温、有害气体残留处，技术人员不宜靠近，在现场设置了电视，让技术人员实现远程监控。为便于管理，还安装了现场通话设备。
    6.在控制室设置了1个大屏幕模拟显示屏，在屏幕上不仅可以显示总厂所有管道线路，而且能够动态显示油的液位、流向，让高层管理人员从宏观上掌握全厂的生产状况。
    7.通过微机联网，质量检查部门可以直接得到工业现场的信息，各管理部门之间也可以实现数据通信与数据共享。

    3、　硬件与软件设计
   
    3、1　硬件设计
    在本系统中，工业现场控制是，而工业现场控制主要由PLC系统完成，所以如何合理有效地使用PLC技术就成了设计的关键。PLC的特点是控制，编程简单，但程序内存不大，不能进行复杂的编程；而石化产品的特点是生产工艺复杂，产品型号繁多，往往1条生产线就能够生产几十种型号的产品。这就形成了一对矛盾。如果设计时采用常规的PLC控制系统，那么1条生产线就需要20几台PLC基本模块和A/D转换模块。投资，而且按照现代控制理论，在1个控制系统中配置的控制模块越多，控制越不。为了减少投资和增强控制的性，在PLC控制系统的硬件配置上进行了多项。

    以润滑油生产线为例，在润滑油生产车间，有搅拌温度、添加剂温度、输油泵压力、油罐的液面等共计32路模拟信号需要检测。如果按常规设计，需要8块FX-4AD模块。为减少投资，设计了多路开关切换电路，只用2块FX-4AD模块就完成了全部功能。图2为FX-4AD模块的多路开关切换示意图。

图2　FX-4AD模块的多路开关切换示意图

    图2中，FX-4AD模块为12位4通道模拟量输入模块，Y0、Y1、Y2、Y3为PLC的任意输出触点。FX-4AD模块的多路开关切换电路的设计实质上是通过1个多路开关控制FX-4AD模块分别去完成搅拌温度检测、添加剂温度检测、输油泵压力检测及油罐液面检测4项功能，其中多路开关的4个转换触点接PLC的输出触点，由PLC编程控制。这个多路开关切换电路简单实用，而且节省了大量投资，实践证明，该电路在控制精度上满足用户的需要。

    3、2　软件设计
    在计算机与PLC集成控制系统的软件设计中，也采用了许多新的设计思想。

    仍以润滑油生产车间为例，按照用户提出的72种润滑油的生产工艺和技术要求，如果用常规方法编程，需要12台PLC基本模块。为节约投资，我们充分利用PLC的文件寄存器(2000点)，用逐项查表的方法编写了1个72种润滑油的通用程序，用1台PLC基本模块带2台PLC扩展模块的方式完成了过去需要12台PLC才能实现的功能。

    我们选用了三菱公司生产的FX系列的可编程序控制器，文件寄存器共计2 000点(D1000～D2999)。为节约程序内存，充分利用PLC本身提供的指令资源，我们选用了字传送方式，用1个16bit的字来控制PLC触点的16个输出触点，而不必像过去那样，1条指令只能控制1个输出触点。例如在图3中，X0导通，十进制数K6送入数据寄存器D0，接着X1导通，数据寄存器D0的数值K6转化为二进制数“0000　0000　0000　0110”送入K4Y0，控制输出Y0～Y17共计16个触点的动作，其开关动作和数据寄存器D0的数值K6一一对应。如图4所示，“1”控制输出触点导通，“0”控制输出触点关断。在此例中，Y1、Y2触点导通，其余输出触点关断。

图3 字传送方式控制输出触点示意图

图4 数据寄存器DO的值与16个触点的对应关系

    通过字传送方式，我们用1条指令就可控制16个电动阀及输油泵的动作，大大节省了程序空间。在这种设计思想下，我们把72种润滑油的工艺流程全部用字方式编写，然后输入文件寄存器，并在此基础上，编制了72种润滑油的通用程序。在通用程序运行时，根据某一润滑油的型号，通过查表的方式，在文件寄存器中调出对应的数据段(这些数据段也就是该种润滑油的工艺流程)，然后该数据自动输入PLC的控制程序，使得PLC按照规定的工艺流程控制整个执行机构工作。如图5所示之例，润滑油品种LSO-1的工艺状态字存于文件寄存器D1050～D1060 10个字节中。程序运行时，根据润滑油型号在文件寄存器中寻址，查到正确的后，调出D1050～D1060 10个字节的数据，然后输入到通用程序的相应寄存器，参与工业控制。

图5 文件寄存器示意图

    4、　计算机与PLC的通信技术

    在计算机与PLC集成控制系统中，一个关键的技术问题是计算机与PLC的通信。若在整个系统设计中全部采用进口器件，软件也选用相应的进口产品，那么，整个工程造价惊人。针对这种情况，我们自行开发了计算机与PLC的串行通信技术。该技术设计思想，软硬件简单实用，性高，性能价格比好，兼容性强，可适用于市场上多种型号的计算机与PLC。

    从硬件上讲，现在中国市场上使用的PLC，在通信接口上多采用RS422接口或RS485接口；而微型机多采用RS232接口。这样在计算机与PLC通信时就不可避免地要选用RS422-RS232转换模块，同时考虑到恶劣工况下的抗干扰要求，这个转换模块具有良好的隔离功能和放大功能，而选用进口模块，必定提高工程造价。

    针对这种情况，为降低工程造价，我们在硬件上用1根普通的通信电缆代替进口的通信模块，在电缆的接口处采用的电路设计技术和单片机技术，以完成信号的隔离和放大功能。实践证明，通信的性可以和国外的进口模块，而且造价低。

    从软件上讲，计算机和PLC的通信技术属于保密技术，长期为国外公司。这就使得我们只要选用了该厂家生产的PLC，用它开发的工控软件，提高工程造价。针对这种情况，我们开发了自己的工控软件。下面以三菱公司生产的FX系列可编程序控制器为例，介绍我们的软件设计。