西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8保内产品

西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8保内产品

1 引言
火力发电机组的热工保护系统是保证机组安全运行的逻辑控制系统。它连续监视机组的运行状况，当出现危及设备和人身安全时，按适当的程序停用相应的设备，甚至停机。其误动和拒动都会带来重大损失。
125MW火电机组多建于80年代，其热工保护装置采用继电器硬线逻辑，系统复杂，故障点多，发生故障时系统不易恢复，可维护性低，严重影响机组的安全运行。
采用PLC改造热工保护系统，有如下优点:
(1)系统构成简单，可靠性大大提高;
(2) 具有灵活的扩充能力，动作逻辑完善;
(3) 系统可维护性提高;
(4) 具有强大的事故分析能力。
为提高老机组热工保护系统的可靠性，完善其功能，我们对湖南金竹山电厂的#6机组(125MW)进行了改造，系统通过一年多的运行考验，取得了圆满的成功。

2总体设计
2.1热工保护系统原理
热工保护系统通常由四个部分组成，参见图1，即运行人员控制盘、逻辑控制系统、执行机构和检测元件。
(1) 操作控制盘:包括指令器件和信息反馈器件，如操作按钮和信号灯等。控制盘逐渐由CRT代替。

(2)逻辑控制盘:热工保护系统的核心。它根据操作命令和检测信号进行综合判断和逻辑运算，其结果用于驱动执行机构或送运行人员控制盘。
(3) 执行机构:机组的驱动机构。包括:各种电磁阀、控制阀、变频器、接触器等。
(4)检测元件:热工保护系统的基础。其主要作用是将反映机组状态的各种参数变为系统可接受的开关量信号。检测元件包括:反映执行机构位置的限位开关;反映诸如压力、温度、流量、水位是否正常的传感器，如压力开关、温度开关、流量开关等等。
2.2检测信号处理
为减少中间环节，充分利用PLC资源，将所有汽轮机跳闸、联锁回路，包括汽轮机后备超速保护、真空低保护、润滑油压低保护、轴向位移保护、高压缸胀差保护、低压缸胀差保护、发电机断水保护、发电机差动保护、汽轮机振动保护、电超速保护、润滑油压低联动、高加水位高保护、抽汽联锁、后汽缸喷水、给水泵联锁等信号直接接入PLC。
对于重要参数，如汽包和高压加热器水位、汽轮机位移和差胀、真空等采用三选二逻辑。对于变化频繁的参数，加延时处理。因现场信号均为无源节点，不经过隔离直接输入到PLC摸件。本课题的输入点约80点。
2.3 输出信号处理
执行机构包括:主汽门，电超速保护，发电机断水保护，1-5段抽汽门保护和信号，甲、乙给水泵，后汽缸喷水保护和信号，#5、#6高加水位高Ⅱ值信号，高加事故放水门动作，#5、#6高加水位高Ⅲ值信号，切除高加(1)、(2)、(3)磁力断路油门，中压调速汽门，油开关，#5、#6高加出水电动门，#5、#6高加进汽电动门，高加旁路门等等，共52点。
综合考虑执行部分设备容量和系统可靠性，PLC输出全部采用中间继电器隔离。
2.4PLC配置
在老机组热工保护的PLC改造中，相对于检测元件和执行机构而言，PLC的可靠性是高的，故本课题未采用PLC整体冗余结构。仅对于极其重要的I/O点，采用PLC的模件冗余方式解决。
对于PLC的输出模件的选择，考虑到现场的共摸干扰达200-300V，采用继电器方式的模件。根据上述原则，选择MODICON TSXPremium PLC。
2.5系统电源
系统电源是PLC可靠运行的基本保证。系统供电的两路UPS电源分别来自不同的回路，减少了事故状态下UPS失电的可能，两路UPS互为备用，先投入者为工作电源，另一路为备用电源。
3控制逻辑
在热工保护PLC改造中，其逻辑功能如下:
(1) 基本功能，完善并实现原继电器所有逻辑;
(2) 保护系统投入、退出时间记录，用于保护系统投入情况考核;
(3) 原因记录。

当热工保护动作后，要指出引起动作的原因，以便处理和分析事故原因，跳闸记忆逻辑就是根据这一条原则制定的。对于保护动作时间记录，由于一些保护动作时互为因果的关系，其动作的先后次序的记录对运行事故分析有相当的参考价值，要求记录的小分辨率达到10ms，每套保护记录系统复位后先动作的那一次时间。对于某一套保护的逻辑梯形图如图2。
图2中:%Mi为动作条件;MFT代表保护动作; MF↑表示上升沿有效。
当动作条件出现，保护动作;在保护动作瞬间将原因写入状态字，记录动作时间。
4结束语
采用PLC改造火电机组的热工保护系统，具有可靠性高、功能较完善、投资少等特点，易于扩展。该系统投入运行后，未发生过误动和拒动情况，动作准确可靠，受到用户好评，正在该厂的其它机组上推广应用。

1 引言
国内自行设计的6m焦炉移动机械已实现机械化作业，但由于其电控系统采用继电器-接触器控制，使用的继电器数量多，线路复杂，投产后故障频繁，很难保证机械设备功能的全面实现。我们在广泛吸取国内外经验的基础上，在武钢7#、8#焦炉推焦车、拦焦车上采用了PLC控制，进行了硬件和软件自行开发和设计，实现了分单元的自动化操作。
推焦车生产过程按照工艺流程划分为12个作业单元，拦焦车为10个作业单元，均采用“5-2串序推焦”和“一次对位”工艺。推焦杆或导焦栅对准炉位后，既可控制炉门又可清扫炉框。这种工艺与原有“9-2串序”工艺相比，由于减少了车辆移动次数，每出-孔焦可缩短3～4min，增加了控制系统的难度，却提高了作业效率。为满足多种作业进行的复杂操作，控制系统设计采用了“单元自动操作”和“手动操作”两种方式。
2 焦炉PLC控制系统的构成
推焦车、拦焦车电控系统均选用美国MODICON公司的984-680PLC控制器，采用800系列模块、智能I/O模块、S908远程I/O驱动器、J890远程I/O接口处理器和打印机等设备。
推焦车控制部分由1个本地站构成，配置有4个I/O机架和31个I/O模块,如图1所示。拦焦车控制部分由1个本地站和1个远程站构成，各配置有2个I/O机架和17、11个I/O模块。供电系统设计采用了隔离变压器和UPS电源。

3 推焦车、拦焦车控制系统功能
3.1 基本控制功能
焦炉移动机械的检测元件，由于受高温、粉尘的条件限制，基本上采用限位开关、行程开关，而液压系统用的电磁阀也不具有位置信号反馈功能，无法直接判断输出信号的执行情况，在软件编程时采用了重做、跳步、时间检验等设计技巧。按照行程或时间原则，以间接的方式实现这一目的。其程序由设备状态检测、联锁检查、控制方式选择、单元自动控制、单步手动控制、信号显示、故障部位和过程数据检测、数据打印8个程序块组成，层次清晰，结构简单，便于调试和维护。这里以推焦车控制为例进行说明,拦焦车控制功能基本相同,不再重复。图2示出推焦车自动控制系统流程。

(1) 单元自动控制
按照作业性质划分单元，实现取门、推焦，平煤、炉框清扫等分单元的自动操作。单元间彼此独立，也可通过可靠的联锁控制，实现多单元的操作。
(2) 手动控制
每一作业单元又划分成若干控制步，通过单独的操作按钮，实现控制步骤的独立手动操作。
(3) 重做功能
在单元自动方式操作时，可能由于某种原因，代表一个动作完成的开关未能按规定的行程或时间动作。为了正确判断这些开关是否属于不可恢复的故障，根据自动重做申请后的人工确认，将自动执行重做功能，如重做成功则程序向下执行，否则进行故障报警。
(4) 跳步功能
运行过程中，有些控制动作虽未能在规定的行程或时间内完成，但对整体功能的实现并没有太大的影响，则采用跳步方式跳过这段程序，继续向下执行。
(5) 时间校验功能
用时间原则来判断一个动作指令是否完成。根据设备运行的速度和移动的距离计算出校验用的时间设定值。动作指令发出后，如在此时间内完成即为正常，否则判断为设备故障．时间校验功能又因同一控制过程中控制因素的变化而分成单时间和双时间校验功能。
(6) 减速校验
推焦杆运行至前进端或后退端时，减速环节是否能正确投入，对推焦杆和焦炉炉体的安全是至关重要的。减速校验就是根据减速校验开关的动作状态，判断涡流制动是否投入，如未投入，即迅速切断控制回路。
(7) 平煤次数选择功能
根据工艺要求分为长行程和短行程平煤两种方式，每种方式又可有若干种不同的选择。程序设计上采用了长、短行程各有0～9种，可任意组合．只要事先选择好开关位置，程序即可按规定的方式和次数自动进行平煤。
3.2 监控功能
(1) 设备状态监控功能
程序中利用“STAT”功能块来检测控制器中的各种设备运行状态信息，这些信息有CPU运行状态、存储器保护状态、后备电池工作状态、AC电源状态等，当这些设备状态正常时，程序允许执行各种控制功能，如异常，立刻产生报警，切断控制回路，并进行数据打印。
(2) 联锁检查
联锁检查分单元自动初始条件检查、单元自动运行条件检查和单步运行条件检查。通过联锁检查，将确保在多单元作业时的可靠运行，杜绝设备事故的发生。
(3) 推焦电流数据采集、处理和记录功能．
(4) 状态显示和报警功能
生产过程中设备运行状态，可通过灯光和音响按正常、重故障、轻故障状态分别进行显示，并在故障发生时，根据故障性质采取相应的控制措施。
(5)过程数据检出和打印功能
向操作和维护人员提供准确的操作信息和维护数据是操作稳定和系统可靠运行的重要保证．在每次作业中，当“重做”、“超时”、“跳步”、“联锁欠落”等故障发生时，均实时将发生故障部位的各种信息检出，并通过内部总线传送到智能I/O模块中，进行数据处理后，自动打印出相关数据．这些数据包括运行方式、单元号、数据类型和具体故障部位的设备代码．
4 运行效果
本系统在武钢7#、8#焦炉一次试车投产成功，实现了全部软件设计功能，仅投产2个月就达到了推焦间隔10min的综合设计指标，创造了国内同型号焦炉开工顺产、达产的新水平。与国内设计的继电器控制的6m焦炉相比，具有下列优点:
(1) 推焦车每炉位动作时间为405s，其作业效率提高了10%。
(2) 清门、清框、炉台清扫、头尾焦处理均实现了自动化操作，大大降低了工人的劳动强度。
(3) 系统可靠性高，投运以来运行正常，与本厂4.3m焦炉相比，其月平均电气故障时。
间比为1:10，故障率大大降低。
5 结束语
实践证明，PLC控制系统在武钢7#、8#焦炉移动机械系统使用中具有显著的经济效益和社会效益，并具有较高的推广价值，为今后焦炉移动机械全面采用PLC控制创造了条件。

1 引言
目前，高校建设的PLC实验室普遍存在着缺乏控制对象的问题。我校PLC实验室从上海新奥托实业有限公司购买了列车模型来作为PLC的被控对象。列车模型在轨道上运行，列车轨道提供0～10V电压供列车模型使用，轨道电压的大小可以调节列车运行速度，电压的极性可以控制列车运行的方向。配置的光电位置检测开关可以检测列车的当前位置，对轨道的叉道进行控制可以改变列车的行进路线。可以看出，在列车模型上可以进行数字量、模拟量控制。如果在列车轨道上运行多辆列车，则可以优化控制算法。本文主要介绍列车PLC控制系统的设计与调试，为将来控制算法的优化提供一个平台。

2对象与控制要求分析
本次设计所使用的列车，是由上海新奥托实业有限公司提供的。该模型由工作台、列车轨道、列车模型、光电位置检测开关、驱动电路板、蜂鸣器、红绿灯以及其他一些附件组成。在列车轨道上设置了2个车站(1＃站、2＃站)，列车轨道分为3段(外围轨道、1＃站轨道、2＃站轨道)，每段轨道的电压大小、电压极性可以分别进行控制。为了使列车沿不同路线行进，在该模型中还设置了6个电动叉道。此列车PLC控制系统共有22点开关量输入信号、23点开关量控制输出信号和3路模拟量输出信号。
为了确定列车模型在轨道上的位置，在列车上设置了22个光电位置检测开关，当列车模型经过该检测开关时，该光电开关输出信号“1”，否则输出信号为“0”。这22个光电位置检测开关作为PLC控制系统的开关量输入信号。
该列车PLC控制系统的23点开关量输出信号的分配如下:12点用于轨道电动道叉控制(每个叉道正、反控制共需要2点);6点用于三段轨道的电压极性控制(每段轨道正、反控制共需要2点);1点用于控制火车鸣笛的蜂鸣器;4点用于车站的红、绿灯(1＃站、2#站)。
该列车PLC控制系统的3路模拟量输出信号分别控制火车三段轨道的电压(0-10V)，进而控制列车在该轨道上的运行速度。
在进行控制系统设计时，发现光电位置检测开关工作不正常，经过我们的努力该问题得到了完满的解决。这个问题具有一定的典型性，我们有必要对它进行一定的分析。光电位置检测开关信号处理电路如图1所示，此电路图大体可以分为三部分:放大电路、比较电路和输出电路。当列车经过该光电开关时，发光管发出的光被列车挡住，接收不到发光管发出的光;当列车离开该光电开关时，光敏元件则可以接收发光管发出的光。在这两种状态下A点电压信号的变化值为1V左右。A点信号经放大级放大后进入比较器“＋”，调节比较器“－”端门槛电压为合适的值，则列车挡住和不挡住该光电开关时，比较器翻转，可以得出光电开关的状态。
在实验时，发现处理电路的OUT端输出的并不是期望的高电平或低电平信号，而是一列方波信号(此时，处理电路中B点未加滤波电容)。经过逐级分析，得出了原因的所在:处理电路中的光敏元件由于受到外界杂散光的影响，A点信号中存在一定的交流分量，该交流分量经过放大级的放大后引起了比较器的连续翻转，故在输出级OUT端出现方波信号。可以看出，在电路中增加滤波环节来滤除进入比较器之前的交流分量是可用的方法。我们对该处理电路进行了改进，在B点增加了一个4.7μ的滤波电容，改进后的处理电路工作非常正常。

我们采用OMRON C200HGPLC来作为该列车的现场控制装置。PLC与上位机之间以RS-232进行通信，在上位机上用组态王编制控制系统的监控画面，监视模型的运行状态并可以用监控系统对模型进行远程控制。在该列车的轨道上有两列列车运行，基本的控制规则分析如下:
(1) 列车进站前鸣笛，以提醒工作人员接站;进站时速度按照预定的速度曲线减慢，直至停下。
(2) 一次只能有一列列车进站停车，若有列车停在站内，其他列车只能在站外等候进站。
(3) 以红绿灯作为列车能否出站的标记:绿灯通行，红灯不通行，出站时亦要鸣笛。
(4) 若有列车停在车站，其他不用进站的列车可以绕道而行，避免发生撞车。
(5) 用监控系统来调度列车的运行。如可以在监控系统中设置某列列车应该在某个车站停车，以及停车时间等。
(6) 在监控界面上反映列车的位置及运行状况。

3控制系统硬件、软件设计
该列车PLC控制系统的输入/输出点数比较少，在选择输入输出模块时没有采用高密度模块，而是选用了常用的16点或8点输入/输出模块。控制系统共有22点开关量输入信号，都是布置在轨道上的光电位置检测开关，选用两块ID212模块(2×16点)来处理开关量输入信号。开关量输入信号类型单一，比较简单，在这里不再详述。

表1 开关量输出信号分配情况

该列车PLC控制系统有23点开关量输出信号。从对象实验得出，所有的被控点都是高电平(24V)有效，这样一来，输出模块的COM端应该接24V。从以上分析可知，OD系列的输出模块不能在这里使用，故这里选用了OC225(16点)和OC224(8点)两个开关量输出模块。表1详细的给出此系统开关量输出点的分配情况。该PLC控制系统有3路模拟量输出信号，分别控制火车三段轨道的电压(0-10V)，进而控制列车在该轨道上的运行速度。在这里我们选用DA003模块，该模块具有直接输出0～10V电压的能力。

控制规则由PLC软件来实现。其中，列车的进出站控制是列车运行控制中重要而难以解决的问题。在系统调试过程中，发现列车进出站过程中是两列列车容易发生事故的地方，解决该问题是极为重要的。列车进出站的程序框图如图2所示。

4结束语
在列车的自动控制系统中选用OMRON C200HGPLC为现场控制装置。经过一段时间的运行、调试后，本系统能迅速、准确地完成该实验模型的控制任务，对列车实现自动控制。用组态王开发地监控系统可以对实验模型进行准确地监控。该控制系统的成功设计为列车的下一步完善奠定了基础。