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基于Quantum PLC的電廠鍋爐補給水系統改造

發布時間:2019-10-15 16:21   類型:應用案例   人瀏覽

1 引言

改造前的原始處理設備由三部分組成:預處理設備有10臺機械過濾器,連接方式為母管制,每臺出力為50T/h。兩套反滲透系統,其中一套出力為120T/h對應二套一級除鹽單元,另一套出力為90T/h對應一套一級除鹽單元。一級除鹽單元共有三臺陽雙室雙層浮床,三臺除二氧化碳器,三臺陰雙室雙層浮動床,連接方式為單元制。每列單元出力為120T/h。二級除鹽由兩臺混床組成,每臺出力最大為180T/h。水處理系統PLC控制系統框圖參見圖1所示。

水處理系統PLC控制系統


預處理系統和反滲透系統采用的是MODICON昆騰Quantum系列PLC控制系統,CPU型號為:CPU534 14A,通訊模塊為:CRP932 00,系統設有一個本地站和一個遠程站(RIO),本地站接入反滲透設備和水處理系統模擬量數據,遠程站主要接入10臺機械過濾器設備信號。#3機化學補給水處理工藝系統共有除鹽系列3套,混床裝置2套,水箱2個,中和池2個,其控制系統采用4套西門子S5-115系列PLC作為控制器。補給水系統現場I/O點數統計表,如表1所示。

補給水系統現場I/O點數統計

輸出類型

24V  DC  DI

24V DC DO

220V AC  DO

AI

AO

32

32

16

16通道

8通道

現場點數

235

21

101

39

8

模件數量

9

2

8

4

1


2 存量PLC系統問題

控制系統采用的是西門子S5-115F,屬西門子公司八十年代產品,早已停產,在市場上購買備件困難,且此PLC的功能不強,尤其是對模擬量的處理上基本不能完成。西門子S5-115F控制系統編程器已經損壞,無法購買到替代產品。現無法對控制程序進行修改。從西門子提供的技術資料來看,其CPU和電源模板的無故障使用壽命是5年,現在該系統自1997年投產使用至今已經19年,存在可靠性、穩定性及系統停機風險。MODICON昆騰Quantum系列PLCCPU型號為CPU534 14A模塊已經停產,在市場上購買備件困難。


3 PLC升級系統設計

3.1 改造基本方案

1)新增一套MODICON昆騰Quantum系列PLC控制系統,用以替代原西門子控制系統的控制功能。新PLC控制系統框圖參見圖2所示。

                         

 PLC控制系統框圖


2MODICON昆騰Quantum系列PLC控制系統采用PLC的雙機熱備,網絡冗余配置。

3)將原預處理系統和反滲透系統的MODICON昆騰Quantum系列PLC控制系統改為新系統的遠程站,實現水處理系統PLC的統一控制。

4)取消原有的模擬盤,改由上位機控制。

5)上位機安裝主流的winXP以上操作系統,安裝正版ifix組態軟件。

6)系統配有兩臺上位機控制補給水,同時兩臺上位機互為備用。

7)控制盤利用原有的四塊盤進行改裝,以減少現場安裝工作量和縮短工期。

8)電源系統仍然用原有的系統不進行變更。

9)提供系統所必需的備用模件和編程所用設備。


3.2 改造基本工作內容

1)對現場原有的接線系統進行現場核查、校驗、標記,明確電纜拆除數量,制定設備拆除方案。

2)根據現場核查結果和新的控制系統要求設計接線圖紙,提供改造所需材料、備件及系統硬件設備的安裝及系統接線工作。

3)根據甲方提供規程、圖紙等資料完成PLC邏輯控制程序編寫。以及ifix上位組態軟件界面控制程序編寫。

4)根據甲方提供工藝流程、運行規程等資料編制調試方案,并在甲方配合下完成系統整體調試。

5)對現場運行和維護的工程技術人員進行培訓,并使這些培訓人員能得心應手地操作、維護、修改和調試PLC系統。


4 PLC升級技術規范

4.1 硬件配置

1)工控機采用臺灣研華最新主流工業控制計算機,配置合理,裝載的各種軟件均為正版軟件,運行中無死機現象。(IPC-610L/2G 內存/50OG硬盤/網卡/工控機DVD-ROM/鍵鼠)。

2)工控機硬盤數據恢復、備份與原程序一致,并提供一塊與工控機硬盤數據一致的硬盤備份。

3)采用MODICON昆騰Quantum系列PLC控制,用以替代原西門子控制系統的控制功能。

4)現場I/O信號數量:提供的I/O能力充分考慮并另外提供15%備用點(按每個機柜、每種I/O類型計)。I/O最終點數滿足詳細設計時工藝系統啟動控制、正常運行的監視和調整,停機及事故工況的處理,而無需現場人員的操作配合,所有I/O點數增加不發生任何費用變動。


4.2 環境條件和抗干擾

1)所有在PLC中的硬件能在環境溫度為-10~50℃,相對濕度為5~95%的范圍內連續運行,而無結露現象。噪音小于55dB

2PLC能在高的電氣噪聲,無線電波干擾和振動環境下連續運行。在距離PLC設備1.2米以外發出工作頻率達470MHz,功率輸出達5W的電磁干擾和射頻干擾,不影響系統正常工作。


4.4 盤臺柜電裝

1)機柜內的端子排布置在易于安裝接線的地方,即為離開柜底300mm以上和距離柜頂150mm以下。機柜結構并設計成經過底部進出電纜。各類端子提供20%的備用。

2)盤柜內預留充足的空間,能方便地接線、匯線和布線,所有接線端子柜合理配置電纜布線空間,確保所有電纜接線完成后柜內仍留有20%的富余空間。采用底部進線方式。

3)盤柜及內部各設備的保護接地、工作接地,也稱邏輯接地,均不得混接,工作接地實現一點接地。


4.5 編程和軟件

1)邏輯功能都編入PLC系統內,不能用硬接線或復雜的特殊開關及其它輸入裝置來實現。

2PLC的軟件程序有友好的人機界面,可靠的操作性能及一定的擴展能力。


4.6 系統控制方式

系統的主要控制方式分為:自動、半自動二種方式。

1)自動方式:系統在自動方式下運行不需要任何人為參與,整個系統嚴格按照系統工藝要求和程序要求自動進行。

2)半自動方式:半自動方式是程序控制方式最為靈活,包含內容最多的一種方式,在半自動方式下設有:程序暫停、干預、跳步幾種功能正常系統在半自動方式下運行時,只是在幾個大的步序設置中斷點,此時需要人工參與才能進行下一段程序。(系列運行,系列再生,混床再生等)。


4.7 閥門轉機等執行機構

閥門和轉機的手動操作只有在系統半自動中干預有效的情況下進行,在操作閥門轉機時,有提示確認信息。

1)閥門開 —— 紅色。

2)閥門關 —— 綠色。

3)位置不對應 —— 紅色閃光。

4)無位置反饋 —— 黃色。

5)轉機運行 —— 紅色。

6)轉機停止 —— 綠色。

7)轉機故障 —— 紅色閃光。

同時轉機狀態有備用指示和轉機選擇功能。


4.8 儀表信號處理

    儀表的信號的處理主要包括:儀表過程信號處理、儀表報表、歷史和實時曲線幾個部分。

一些儀表信號在系統停運時(即系統不需要儀表信號時)必須將儀表信號進行切除,使其在實時顯示、曲線顯示、歷史庫中的值為零,這樣可以提高數據日報表的可讀性,提高系統報警的可操作性。在線儀表在系統流程圖中相應的測點位置有顯示外,還有總的儀表信號顯示畫面。同時各儀表信號有歷史和實時曲線顯示。

同時數據報表的統計數據進行處理,例如流量累計值不能以每小時的流量值進行累計來顯示,數據的最大值、最小值、平均值不包括為零的數據等。


4.9 報警信息

    整個控制系統的報警信息包括有固有報警、過程報警、智能提示報警、語音報警、報警歷史信息處理幾個部分。

    1)固有報警是指無論在系統停止和運行時都具有的報警:例如水箱液位、中和池液位等。

    2)過程報警是指在系統運行時進行報警的信息,這樣的信息在系統停運時將不出現報警信息。例如:系列導電度表等。

3)智能提示報警是在系統出現故障時所給出的提示性報警,這樣可以方便運行和檢修人員分析故障原因,提高缺陷處理速度和質量,這類報警集中在各分支程序轉步時出現條件不滿足信息,例如:再生不能啟動原因等。

4)語音報警主包括固有報警和過程報警信息,同時還包括一些重要設備的啟停信息,例如轉機的啟停、重要閥門開關等。

    5)報警歷史信息處理將上述信息按日進行存儲,同時存儲周期不小于30天,歷史信息方便運行和檢修人員的查詢。


4.10 運行分析報表

運行分析報表不同于儀表數據報表,其存儲的數據主要用來分析系統運行工況,主要記錄內容有:系統啟動時間,停止時間失效時間,總運行小時數、總處理水量值,失效時導電度值,同時將以上數據存入VFP數據庫,方便對數據進行進已不處理。


4.11 程序畫面

1)監控畫面能顯示工藝流程及測量參數、控制方式、順序運行狀況、控制對象狀態,同時能顯示成組參數。當參數越限報警、控制對象故障或狀態變化時,以不同顏色進行顯示并閃光和有相應的聲光報警。投標人按照工藝流程圖設計顯示器LED工藝流程畫面,設有足夠的幅數以保證工藝系統和控制對象的完整性及滿足整個系統的運行和控制的需要。。

2)有詳細系統運行步序圖,內容包括步序號,步序名稱,步序時間,完成時間等。

3)系統的流程畫面按系統和功能進行分解:A:補給水部分(系列運行畫面、過濾、系列再生畫面、混床再生畫面等)B:儀表顯示畫面 C:報警顯示畫面

4)在系統流程圖內有儀表數據顯示,方便運行監督。


4.12 操作記錄

對運行或檢修人員在上位機的操作記錄實行實時全部記錄(包括對閥門的開關及狀態)保存時間不小于30天,以方便對事故的追憶。


5 結束語

改造后系統已安全,穩定運行1年,現場維護次數為2/年,主要是在小修期對整套系統重啟時,防止出現問題而作的陪產。以上充分說明了MODICON昆騰Quantum系列PLC控制系統在本次改造中起到了重要的作用。

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