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施耐德 PLC 在水电厂现地控制单元改造中的应用
日期:2010-4-16 13:53:44 点击:
来源:中国自动化网
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1 引言
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  随着国民经济的发展,对电力系统、电厂的要求越来越高。对于水电厂来说,装备一套结构合理、功能完善、可靠性高的现地控制单元,是水电厂提高安全生产水平,实现“无人值班”的重要环节。
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2 原有设备问题分析
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2.1 原有现地单元
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  原有现地控制单元包含一面盘柜,柜内安装了Modicon984-145型PLC,参见图1。该PLC属于凑型的PLC,基本的控制和数据采集功能都可以实现;与一体化工控机以及上位机采用了MB 网方式通信,该PLC仅具有一个RS-233口,协议固定为MODBUS,规约只能是MODBUS从站。
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图1 原有盘柜布置图
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2.2 原系统存在问题
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(1) 整个电站的通信采用一个MB 网,当通信线路一个地方发生故障可能会影响整个电站的运行,对电厂的安全运行形成隐患;
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(2) 对外通信扩展不方便,许多外部设备的信息无法采集到PLC中去;
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(3) 随着外部控制设备的更新改造,所需测控点数增加,原有配置已无法满足要求;
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(4) 当地显示界面即一体化工控机故障率比较高;
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(5) 备品备件订货越来越困难。
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为此需对现地控制单元进行更新改造。
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3 技改方案分析
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  结合水电厂现场改造的经验,提出如下三个现地控制单元改造方案以供比选。
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(1) 全部更新
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  把原有设备全部更新,改用Quantum PLC。全部更新,原有设备要全部报废,这样改造的成本较高,同时现场配线、安装等工作量都较大,改造周期较长。
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(2) 扩展DI/DO新屏
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  扩展一面屏,增加开关量输入和输出点数,PLC仍采用Modicon984,和上位机通信仍需采用MB 方式。由于仅仅是对原有系统进行扩充,增加了相关的点数,整个系统的功能特点以及可靠性等并没有过提高,这种方案改造的意义不大。
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(3) 扩展PLC新屏
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  原有屏柜保持,新扩展一面屏柜,采用Quantum PLC,Quantum PLC与原有PLC采用MB 网进行通信;与上位机通信方式改用以太网通信,即PLC直接上以太网,在新增屏柜上安装一台通信管理机。
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  在充分利用原有设备的基础上,增加了一套Quantum PLC,数据处理能力得到很大的提高,Quantum PLC具有无与伦比的网络连接能力,特别是应用于MODBUS PLUS网络的站间通讯(Peer Cop)技术,其快速、准确、可靠的性能充分满足功能要求,在新盘柜和旧盘柜之间即采用MB 网进行通迅,高速MB 网络的通讯功能也得到了充分的利用,上位机的通迅改用了以太网方式,提高了速度和可靠性,同时改造过程中工作量也增加的不是很多,具有可行性。
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4 系统设计
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  系统配置方案如图2所示。在该方案中,原有Modicon984 PLC配置以及盘柜布置和外部接线不作任何更改;增加了一套盘柜,盘柜内安装了一套Quantum PLC,PLC配置有140CPU 11303S,增加了开入模件、开出模件、模入模件、以太网通信模件。这就弥补配置点数不足的问题,同时解决了与上位机通信的问题。
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图2 原配盘柜与扩展盘柜
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4.1 数据采集和处理功能
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  原配置Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都具数据采集功能,都配有相应的数据采集模件,两套PLC共同完成现地控制单元的数据采集功能;Modicon984 PLC采集到的所有数据通过MB 网络,采用Peer Cop方式送到Quantum PLC中去,Quantum PLC对所有的数据进行处理,即数据处理功能全部由Quantum PLC完成,这就充分利用了Quantum PLC高速的数据处理功能。
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4.2 控制和调节功能
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  Modicon984 PLC和新增Quantum PLC都配有开关量输出模件,即都具有控制和调节功能;Modicon984 PLC中的开出点,既可以由Modicon984 CPU控制也可以由Quantum PLC控制,两者是‘或’的关系;Quantum PLC通过MB 网络,采用Peer Cop方式把开出点信息送到Modicon984 PLC中去,同时Modicon984 PLC也编有程序,可以实现对开出点的控制,这主要是用来实现对辅机或自启动流程的控制。
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4.3 人机界面
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  在新增盘柜,装有触摸屏,触摸屏与Quantum PLC通迅,这样可以实现所有数据的实时动态显示,同时可以下发相关的控制令给Quantum PLC,Quantum PLC接受到控制命令后进行解释执行。
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4.4 对外通信
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  在新增盘柜,安装有以太网通信模件和通信管理机,以太网通信模件用来和上位机系统通信。通信管理机主要是把现场辅助设备的运行信息进行采集,同时把采集到的数据信息送到Quantum CPU里,其自身具有八个RS-232串口,这样整个现地控制单元的外部通信功能大大增强。
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4.5 系统结构主要特点
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(1) 原有Modicon984 PLC相当于一个智能I/O,自身可以运行PLC程序,这样一些流程就保持不变,而这些控制功能又不受所扩展盘的影响;而对Quantum PLC来说,可以把Modicon984 PLC当一个扩展I/O来处理,它可以处理Modicon984 PLC所有的开关量、模拟量等;
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(2) Modicon984 PLC和新增Quantum PLC采用Peer Cop方式,通过高速MB 网络进行通信,实践证明,通信快速、准确、可靠。
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5 软件的功能和实现
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5.1 Modicon984 PLC程序功能设计
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(1) 编写简单的程序,以实现Quantum PLC和Modicon984 PLC可以同时控制Modicon984 PLC的开出点.
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(2) 把开关量、模拟量进行处理,送到指定的寄存器,以便通过Peer Cop方式一齐传输到Quantum PLC;
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(3) 简单的辅机流程和自启动流程
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由于原配置Modicon984CPU不支持Concept编程,所以仍需用MODSOFT组态软件来编写。
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5.2 Quantum PLC程序功能设计
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(1) 发电机组的开停机流程、功率自动调节流程等;
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(2) 对所有采集到数据进行处理分析;
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(3) 接受上位机和触摸屏所发的控制命令并解释执行。
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  编程软件采用了组态软件Concept2.6,该软件支持梯形图(LD)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)等多PLC编程语言,能保证系统的各类控制功能的需求。
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6 结束语
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  本现地控制单元改造方案,在结构、技术路线、实现方法上都有所创新,该系统的结构设计合理,技术路线和实现方法完全可行;改造实施简单,大大减少了安装、配线的工作量,改造工程实施完成几个月来,运行非常稳定,达到了预期的目标,该方案的成功应用为国内老电厂LCU的技术改造提供了典型范例,对提高发电厂的自动化的水平有重要的现实意义。
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