PLC和變頻器在電廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　摘要：介紹了某熱電廠給煤機控制系統(tǒng)的現(xiàn)有狀況，詳細闡述了改造后系統(tǒng)的工作原理及方式，控制系統(tǒng)的組成、PLC控制程序的設(shè)計思路、觸摸屏的設(shè)計及其參數(shù)設(shè)定，試驗證明改造后系統(tǒng)運行達到了經(jīng)濟穩(wěn)定的預(yù)定要求。
　　
　　1、系統(tǒng)說明
　　
　　1.1 系統(tǒng)工作原理
　　
　　給煤機系統(tǒng)的主要功能就是根據(jù)發(fā)電功率的要求來調(diào)整燃燒所需要的煤量。給煤機主要由輸送帶和馬達組成，從煤倉落至給煤機輸送帶上的煤通過輸送帶輸送至磨煤機。系統(tǒng)原理如圖1所示。系統(tǒng)將兩路稱重傳感器測得重量信號轉(zhuǎn)化得到實際煤重，比較兩路重量大小判斷稱重傳感器是否失效，如果沒有失效，實際總重量即為兩路重量之和；如果失效，實際重量等于密度與容積之積，實際重量與輸送帶速度的乘積即為實際給煤率，然后根據(jù)請求給煤率和實際給煤率的偏差，采用常規(guī)PID控制調(diào)節(jié)給煤機馬達轉(zhuǎn)速，zui終實現(xiàn)系統(tǒng)煤量調(diào)節(jié)，同時也實現(xiàn)發(fā)電功率調(diào)節(jié)。　　
　　1.2 系統(tǒng)工作方式
　　
　　（1）遙控方式是給煤機控制系統(tǒng)主要的工作方式，所謂的“遙控”是相對DCS主控室而言，也就是說給煤機在該工作方式下接受來自DCS主控室的控制信號實現(xiàn)煤量控制，控制信號主要有給煤機的啟停信號和請求給煤率信號。當(dāng)操作人員選擇“遙控方式”時，給煤機按用戶請求的給煤率實現(xiàn)恒流量控制。
　　
　　（2）停止方式
　　
　　使給煤機停止工作，有2種方法：①主控室發(fā)出一個給煤機停止信號；②在就地控制柜的觸摸屏上選擇“停止方式”。給煤機的停止方式主要是為了實現(xiàn)在該工作方式下的“校驗皮帶秤”的工作。當(dāng)操作人員選擇“停止方式”時，給煤機先停止運行，然后用戶可以選擇“校驗皮帶秤”等功能進行相關(guān)操作。
　　
　　（3）就地方式
　　
　　就地方式是一種就地調(diào)節(jié)給煤機轉(zhuǎn)速的工作方式，在該工作方式下，系統(tǒng)不接受來自DCS主控室的控制信號。當(dāng)操作人員選擇“就地方式”時，給煤機按現(xiàn)場設(shè)定的速度運行。該方式作為校驗系統(tǒng)轉(zhuǎn)速變頻控制功能是否正常的一種方式。
　　
　　2、控制系統(tǒng)設(shè)計
　　
　　2.1 系統(tǒng)基本組成
　　
　　該控制裝置主要由PLC、NT（工業(yè)觸摸屏）、變頻器、重量檢測機構(gòu)、給煤機馬達轉(zhuǎn)速檢測機構(gòu)及各種執(zhí)行機構(gòu)等組成，控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。　　
　　可編程控制器PLC采用日本OMRON公司的CQM1H，CPU模塊為CQM1H-CPU51，該CPU模塊自帶16個輸入點，包括了3個高速計數(shù)脈沖輸入；另外加1個DI模塊CQM1H-ID211，2個DO模塊CQM1H-OC221，1個4點A/D轉(zhuǎn)換模塊CQM1H-AD041，1個4點D/A轉(zhuǎn)換模塊CQM1H-DA021及相應(yīng)供電模塊，以滿足輸入/輸出點數(shù)及模擬量輸入要求。變頻器采用日本安川公司的YASKAWA—VarispeedG7系列3.7kW變頻器，該變頻器具有操作簡單、體積小、功能全面、抗干擾強、變頻效果好等特點。
　　
　　NT是與PLC配套使用的設(shè)備，它具有操作簡單、界面美觀直接、與PLC通訊良好、抗*力強的特點，是一種取代控制面板和鍵盤的智能操作顯示器，用于設(shè)置數(shù)據(jù)、顯示參數(shù)、以動畫等形式顯示自動控制過程；作為PLC的人機界面，一方面擴展了PLC的功能，組成交互式工作界面的獨立系統(tǒng)，另外一方面也可以大大減少操作臺上按鈕、開關(guān)儀器等使用數(shù)量，使PLC外圍電路更簡單。本系統(tǒng)選用OMRON公司的NT631C，它與PLC配套使用，實現(xiàn)各種開關(guān)量輸入、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、修改及各種工作狀態(tài)顯示，它通過RS-232與PLC通訊。
　　
　　2.2 PLC程序設(shè)計
　　
　　給煤機控制主要有遠控方式下的流量PID調(diào)節(jié)，就地方式下轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，停止方式下的給煤機的校驗等，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，考慮操作方便及安全可靠性，采用模塊化程序設(shè)計，系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)如圖3所示。　　
　　給煤機的流量PID調(diào)節(jié)是根據(jù)實際給煤率和請求給煤率的偏差進行PID調(diào)節(jié)，實際給煤率的計算精度將直接影響到給煤機控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度，因此實際給煤率的計算非常重要。系統(tǒng)稱重傳感器稱重的有效范圍是91.44cm，也就是說稱重傳感器檢測出的稱重信號值是91.44cm長度內(nèi)的重量，如果不加處理進行累加必然出現(xiàn)重復(fù)累加，所以必須把91.44cm長度內(nèi)的稱重重量先轉(zhuǎn)化為單位長度的重量，然后才進行累加。具體做法是先將每個掃描周期所累計的稱重重量除以91.44cm所對應(yīng)的齒輪脈沖數(shù)，得出單位脈沖所對應(yīng)的重量，然后再乘以單位時間所對應(yīng)的脈沖數(shù)即得到實際給煤率。
　　
　　2.3 NT設(shè)計
　　
　　NT631C是一個小型多功能5英寸的全屏幕顯示面板，屏幕為320×240點，防水、防振動、防反光，可以在惡劣環(huán)境下運行。它通過本身具有的RS-232以直接連接方式與PLC或個人計算機通訊，在計算機上通過它的支持軟件NTST3.3C設(shè)計各個控制及說明畫面，下載到觸摸屏后，再通過與PLC的通信來完成。　　
　　屏幕的軟件框圖如圖4所示。2類畫面之間的切換由箭頭的方向表示，可有2種方式切換：①設(shè)置功能鍵，兩屏幕之間直接切換，不經(jīng)過PLC；②設(shè)置開關(guān)鍵，由PLC控制切換。
　　
　　（1）初始畫面顯示本控制系統(tǒng)名稱；
　　
　　（2）參數(shù)設(shè)置包括就地控制轉(zhuǎn)速、校驗掛碼重量、PID調(diào)節(jié)參數(shù)、各報警的時間參數(shù)及報警值的設(shè)置。在每一個參數(shù)設(shè)置畫面都有輸入鍵盤，每個鍵盤都為觸摸鍵，用戶可直接輸入數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被放入NT631C的數(shù)據(jù)表中，通過通信再送至PLC的數(shù)據(jù)寄存區(qū)，PLC程序運行時就會調(diào)用這些參數(shù)。為了保證系統(tǒng)參數(shù)的安全，進入“參數(shù)設(shè)置”項必須輸入密碼，密碼輸入正確才能進入設(shè)置或者修改參數(shù)，當(dāng)然密碼隨時可以修改。
　　
　　（3）運行包括運行操作和運行狀態(tài)的顯示，運行中所有的操作都通過觸摸屏完成，其中包括運行方式的切換，系統(tǒng)功能的選擇都是通過觸摸屏實現(xiàn)；運行操作按鈕也同樣是設(shè)置了密碼的權(quán)限保護，避免其他人等的誤操作。狀態(tài)顯示包括了系統(tǒng)中所有的重要參數(shù)，如請求給煤率、實際給煤率、實際轉(zhuǎn)速、給煤機馬達電流等。
　　
　　（4）報警歷史報警歷史可以顯示多達256條報警記錄，用于幫助分析系統(tǒng)出現(xiàn)的問題。
　　
　　2.4 變頻器參數(shù)設(shè)置
　　
　　在該控制系統(tǒng)中，變頻器接受遠方模擬量端子輸入控制，也就是說PLC輸出模擬量轉(zhuǎn)速控制信號到變頻器，由變頻器來完成變頻控制給煤機馬達。其中主要參數(shù)設(shè)置如表1，其余參數(shù)按出廠的默認設(shè)置。　　
　　3、結(jié)語
　　
　　本系統(tǒng)自2006年11月投入運行以來，運行穩(wěn)定，狀況良好，顯示、控制功能正確，大大提高系統(tǒng)控制精度和穩(wěn)定性，為管理人員、操作人員帶來了極大的方便。特別是本系統(tǒng)投資少，實用性強，在實際應(yīng)用中取得了良好的效果。