電動(dòng)減溫減壓閥PLC控制系統(tǒng)

                       上海申弘閥門有限公司

之前介紹黃銅帶表消聲減壓閥使用注意事項(xiàng)，現(xiàn)在介紹電動(dòng)減溫減壓閥PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
隨著自動(dòng)化控制水平的逐步提高，對(duì)生產(chǎn)中蒸汽調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性和快速性的要求也在逐步提高，傳統(tǒng)的二次儀表已無法滿足現(xiàn)有的控制需求。主要表現(xiàn)在： 用于電站鍋爐還是工業(yè)鍋爐，減溫減壓控制系統(tǒng)是鍋爐設(shè)備*的組成部分，對(duì)實(shí)現(xiàn)鍋爐的工藝過程、保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及提高設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性能具有重要的意義。
針對(duì)溫度變化具有非線性、純滯后、時(shí)變性的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的PID控制算法難以獲得滿意的控制效果，不能滿足實(shí)際需求。模糊控制的魯棒性雖好，但對(duì)純滯后及被控對(duì)象的參數(shù)變化不敏感易產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差。將模糊控制與傳統(tǒng)PID控制有效結(jié)合，既保持了PID控制的穩(wěn)態(tài)誤差小、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，又具有模糊控制自適應(yīng)和調(diào)節(jié)速度快的特點(diǎn)。本文利用傳感器設(shè)計(jì)溫度和壓力的測(cè)量回路，進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)并把
1）、過程自動(dòng)化程度低，信息采集和反饋仍采用傳統(tǒng)的二次儀表，致使數(shù)據(jù)采集緩慢、調(diào)節(jié)滯后，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
2）、儀表內(nèi)部信息儲(chǔ)存量小，采集的壓力、流量等數(shù)據(jù)無法保存，不便于日后生產(chǎn)工作的歷史查詢和分析。
3）、系統(tǒng)可靠性低，需要配專人負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的運(yùn)行，造成了人工成本的上升；
-  鑒于以上三點(diǎn)，通過采用PLC（可編程控制器）控制系統(tǒng)，解決當(dāng)前存在的問題。

電動(dòng)減溫減壓閥PLC控制系統(tǒng)控制功能

供熱系統(tǒng)公用PLC控制系統(tǒng)采用一套雙機(jī)熱備的可編程序控制器（PLC）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制。控制系統(tǒng)能對(duì)整個(gè)供熱系統(tǒng)公用系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視、管理、自動(dòng)調(diào)節(jié)控制，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方手動(dòng)操作。

供熱系統(tǒng)公用PLC控制系統(tǒng)不再設(shè)置常規(guī)的儀表盤臺(tái)和模擬屏。

控制要求

供熱系統(tǒng)公用PLC控制系統(tǒng)采用一套雙機(jī)熱備的可編程序控制器（PLC）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制。PLC選用MODICON的QUANTUM系列產(chǎn)品。監(jiān)控軟件采用通用的正版軟件，3年內(nèi)免費(fèi)升級(jí)。

遠(yuǎn)程I/O站模塊必須采用和冗余CPU模塊對(duì)應(yīng)的同等級(jí)、同系列的模塊，不允許降低遠(yuǎn)程I/O站模塊的等級(jí)，這樣利于提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)便于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員維護(hù)。遠(yuǎn)程I/O站背板需要采用冗余電源模式，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

主站PLC需要采用高性能的支持熱備冗余功能的CPU，處理器模塊為140CPU67160。 冗余PLC系統(tǒng)需要預(yù)留4路MODBUS接口與電廠DCS系統(tǒng)通訊。冗余的PLC系統(tǒng)與上位機(jī)SCADA系統(tǒng)通過以太網(wǎng)交換數(shù)據(jù)，要求該以太網(wǎng)必須支持冗余切換，需要在主機(jī)背板機(jī)架與備機(jī)背板機(jī)架上分別安裝2塊以太網(wǎng)模塊，采用4個(gè)交換機(jī)，形成以太網(wǎng)冗余。

上位機(jī)監(jiān)控軟件SCADA的選用應(yīng)結(jié)合PLC的實(shí)際情況，要求與PLC系統(tǒng)是同一品牌，使用施耐德公司Citect軟件，點(diǎn)數(shù)為1500點(diǎn)，預(yù)留充分余量。以達(dá)到*的通訊能力和功能組合。2套上位機(jī)SCADA軟件也需要達(dá)到冗余功能。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)應(yīng)為*工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，重負(fù)荷設(shè)計(jì)，電磁兼容性指標(biāo)應(yīng)滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。要求交換機(jī)采用施耐德公司產(chǎn)品。采用“PLC＋上位機(jī)”對(duì)供熱系統(tǒng)公用設(shè)備的監(jiān)視及控制?？刂葡到y(tǒng)具有如下功能：數(shù)據(jù)采集及處理功能（DAS）、模擬量控制功能（MCS）、順序控制功能（SCS）。DAS功能，采集供熱蒸汽、減溫引射系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)業(yè)主要求對(duì)流量進(jìn)行各類統(tǒng)計(jì)計(jì)算、蒸汽負(fù)荷分配、流量的溫壓補(bǔ)償、流量累計(jì)、熱量累計(jì)、熱損失等方面的計(jì)算，能進(jìn)行熱網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)和熱負(fù)荷分析管理、制表，對(duì)參數(shù)越限、控制閥門故障、電源故障、PLC故障等進(jìn)行報(bào)警，及自診斷等功能。歷史趨勢(shì)數(shù)據(jù)保存一年以上。

MCS功能，對(duì)供熱蒸汽壓力溫度、流量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保持供熱蒸汽參數(shù)恒定。對(duì)主/備用調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)切換。滿足供汽的相關(guān)工藝參數(shù)要求。通過機(jī)組DCS的數(shù)據(jù)，進(jìn)行流量累計(jì)。對(duì)單獨(dú)的減溫減壓器的進(jìn)出口門用2塊開出模件同時(shí)控制。SCS功能，運(yùn)行人員可根據(jù)工藝參數(shù)在控制室遙控啟/停供熱系統(tǒng)公用系統(tǒng)的受控設(shè)備。通信接口功能

① 供熱系統(tǒng)公用系統(tǒng)與機(jī)組DCS串口通訊接口。

公用系統(tǒng)PLC通過4口串口通信模塊并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器和光纜與4臺(tái)機(jī)組DCS串口通訊接口連接，相互交換數(shù)據(jù)。配備2塊串口通信模塊，光電轉(zhuǎn)換器8個(gè)及光盒等附材。（包括DCS方）。公用系統(tǒng)PLC與機(jī)組DCS機(jī)柜距離約400米,另加一條到二期DCS備用光纜，合計(jì)光纜長(zhǎng)度400X5=2000米。

② 供熱系統(tǒng)公用系統(tǒng)與供熱計(jì)量站的供熱參數(shù)等接口。

公用系統(tǒng)PLC通過串口接口并經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器和光纜與供熱計(jì)量站的流量計(jì)串口通信，數(shù)據(jù)包括流量、壓力、溫度。配備光電轉(zhuǎn)換器2個(gè)及光盒等附材。（包括計(jì)量站方）。公用系統(tǒng)PLC與供熱計(jì)量站距離約800米。光纜長(zhǎng)度800米

③ 公用系統(tǒng)PLC與上位機(jī)房距離約400米, ,合計(jì)光纜長(zhǎng)度400X2=800米。

賣方在控制柜中包括電氣的相關(guān)控制。

賣方負(fù)責(zé)與供熱公用系統(tǒng)處理系統(tǒng)工藝承包商協(xié)調(diào)，并以各工藝承包商提供的終系

統(tǒng)及控制要求等資料為準(zhǔn)，提供終控制設(shè)備及所有測(cè)點(diǎn)信號(hào)的I/O清單，終清單由買方確認(rèn)。

賣方提供下列備用余量，以供系統(tǒng)以后擴(kuò)展需要：

（1） 每個(gè)機(jī)柜內(nèi)的每種類型I/O站都設(shè)有15%以上的裕量；

（2） 每個(gè)機(jī)柜內(nèi)設(shè)有10%模件插槽裕量。所有備用插槽均配置必要的硬件，如：背板、

連接件、連接電纜等，保證今后插入模件就能投入運(yùn)行；

（3） 控制器站的處理器在大負(fù)荷下處理能力有60%裕量，操作員站處理器處理能力有60%裕量；

（4） 處理器內(nèi)部存貯器有40%存儲(chǔ)裕量，外部存貯器有60%外存裕量；

（5） 30%-40%電源裕量；

（6） 網(wǎng)絡(luò)通訊總線負(fù)荷率不大于40%（共享式以太網(wǎng)通訊的負(fù)荷率不大于20%）。 以上這些都是按系統(tǒng)聯(lián)調(diào)成功正式投運(yùn)時(shí)的終容量計(jì)算的百分比值。

控制系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)：

由買方提供一路220VAC±10%，50Hz電源（二期公用UPS電源），另一路110VAC±10%，50Hz（一期公用UPS電源），需賣方提供變壓器將110VAC轉(zhuǎn)換成220 VAC，賣方提供雙電源切換裝置（西安航天自動(dòng)化），二路220 VAC電源能在控制柜內(nèi)自動(dòng)切換。如下圖。計(jì)量站所需求的二路220VAC電源從賣方的電源柜供出。電源故障都在LCD上報(bào)警。兩路冗余電源在任一路電源故障時(shí)自動(dòng)切換到另一路，以保證任一路電源的故障均不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)失電。變壓器 雙電

B 切換

D2 注： P1和P2電源為2塊CPU的PLC電源；P3、P4為PLC的遠(yuǎn)程站冗余PLC電源；D1和D2直流電源經(jīng)24VDC雙電源切換供給開入和模入；D3和D4直流電源經(jīng)24VDC雙電源切換供給繼電器、光電轉(zhuǎn)換器和交換器。在操作員機(jī)房給2臺(tái)交換機(jī)各配1個(gè)電源。 P2 P3 P4

買方負(fù)責(zé)提供總電源，賣方需要其他類型的電源均由賣方自行解決。供熱系統(tǒng)公用PLC控制系統(tǒng)中所需的各檔電壓、電流的供電電源均由賣方提供（雙路），電源裝置設(shè)有防浪涌保護(hù)。賣方對(duì)所供配電系統(tǒng)的接線方式與全廠供電接線方式相符合，具體方式在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí)提供。

2.3 供熱系統(tǒng)公用PLC控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)要求

上海申弘閥門有限公司主營(yíng)閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥供熱系統(tǒng)公用PLC控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的硬件及軟件由賣方負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和供貨，包括交換機(jī)、機(jī)柜、相應(yīng)的軟件等。

2.4 供熱公用PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

供熱公用PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖一：

圖一 供熱公用PLC控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
2）、的特點(diǎn)及組成：
PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制領(lǐng)域中早己得到了廣泛的應(yīng)用。以PLC的控制功能而言，具有嚴(yán)謹(jǐn)、方便、易編程、易安裝、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。它通用性強(qiáng)，適應(yīng)面廣,特別在數(shù)字量輸入/輸出等邏輯控制領(lǐng)域有*的優(yōu)點(diǎn)。PLC具有豐富的邏輯控制指令和應(yīng)用指令，它提供高質(zhì)量的硬件、高水平的系統(tǒng)軟件平臺(tái)和易學(xué)易編程的應(yīng)用軟件平臺(tái)。另外，PLC即有自身的網(wǎng)絡(luò)體系又有開放I／0及通訊接口，很容易組建網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。
主要性能指標(biāo)
系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了整套裝置的自動(dòng)控制和監(jiān)控，減溫減壓PLC控制系統(tǒng)主要包括如下功能：
1）、過程控制的功能：
①、系統(tǒng)對(duì)設(shè)備入口、出口的壓力和溫度實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單、方便的參數(shù)設(shè)定，壓力調(diào)節(jié)閥和給水調(diào)節(jié)閥的壓力及溫度設(shè)定值、P、I、D等參數(shù)可以在上位機(jī)中設(shè)定。系統(tǒng)經(jīng)過西門子S7-200/S7-300系列或研華工控機(jī)運(yùn)算后輸出模擬（開關(guān)）控制信號(hào)控制壓力調(diào)節(jié)閥或給水調(diào)節(jié)閥，達(dá)到設(shè)備出口蒸汽壓力和蒸汽溫度的穩(wěn)定及快速響應(yīng)?？刂葡到y(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)上位機(jī)操作、控制柜觸摸屏操作和就地手動(dòng)操作；
②、對(duì)所采集的模擬信號(hào)進(jìn)行線性化、濾波、工程單位轉(zhuǎn)換處理；
③、實(shí)現(xiàn)了流量信號(hào)的溫、壓補(bǔ)償，提高了儀表的測(cè)量精度；

2）、減溫減壓PLC控制系統(tǒng)穩(wěn)定的供電：
控制柜2路220V交流供電，并配有施耐德雙電源自動(dòng)切換開關(guān)，可在一路供電故障情況下2秒內(nèi)切換備用電源供電；另備有山特在線式，可在系統(tǒng)斷電后為控制系統(tǒng)及調(diào)節(jié)閥執(zhí)行期提供一定時(shí)間的供電保障，*可以應(yīng)對(duì)緊急情況的發(fā)生。

3）、減溫減壓PLC控制系統(tǒng)報(bào)警功能：
當(dāng)壓力超過工藝要求，可在現(xiàn)場(chǎng)、就地實(shí)現(xiàn)高、低限壓力報(bào)警； 

4）、邏輯控制：
聯(lián)鎖邏輯控制實(shí)現(xiàn)開關(guān)的控制，邏輯控制及用戶自定義功能塊等。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電磁閥控制以及參數(shù)越限報(bào)警等功能。 

5）、權(quán)限設(shè)定：
可劃分科學(xué)的分級(jí)操作流程，包括操作員級(jí)（只能查看數(shù)據(jù)及報(bào)表，無法修改參數(shù)），班組長(zhǎng)級(jí)（可以修改設(shè)定值），管理員級(jí)（可以修改參數(shù)，賦予權(quán)限，退出系統(tǒng)）。 

6）、人機(jī)接口
HMI系統(tǒng)中包含主工藝畫面，各系統(tǒng)送氣壓力、流量，供氣壓力調(diào)節(jié)等多幅畫面，畫面直觀、豐富，具備在線調(diào)節(jié)、在線顯示調(diào)節(jié)曲線功能，包括過程量變化趨勢(shì)的實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線。 

7）、現(xiàn)場(chǎng)顯示：
現(xiàn)場(chǎng)采用西門子、ntouch、臺(tái)達(dá)等行業(yè)企業(yè)出品的觸摸屏進(jìn)行參數(shù)顯示、控制，觸摸屏程序由組態(tài)軟件來完成，人機(jī)界面采用中文菜單，界面友好，操作方便，功能較強(qiáng)，主要用于現(xiàn)場(chǎng)壓力、流量、閥位的顯示與操作?？勺鳛椴僮魅藛T現(xiàn)場(chǎng)操作的依據(jù)。 

8）、通訊及總線：
系統(tǒng)支持多種通訊及總線協(xié)議進(jìn)行通訊，包括TCP/IP、RS232/485、ProfiBus-DP、HSE（高速以太網(wǎng)）等等?？赏ㄟ^擴(kuò)展模塊（如模塊、以太網(wǎng)通訊模塊等）將現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)遠(yuǎn)傳至上位機(jī)或中控室，實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)之間的無隙連接。在辦公室、控制室就可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況一目了然。 

9）、報(bào)表打?。?br />以報(bào)表形式繪制報(bào)警記錄、歷史記錄畫面，調(diào)節(jié)間數(shù)據(jù)報(bào)表。實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線和歷史趨勢(shì)曲線可隨意設(shè)定時(shí)間段，打印在線趨勢(shì)，歷史趨勢(shì)曲線。

 
10）、其他功能：
針對(duì)某些工廠間歇用汽的工況，傳統(tǒng)的儀表控制無法滿足用戶自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，我公司況開發(fā)出一整套有自動(dòng)暖管，自動(dòng)切斷蒸汽，自動(dòng)投入使用功能的帶控制的減溫減壓站。 

采用該系統(tǒng)的意義
1）、計(jì)算機(jī)化管理使得系統(tǒng)信息儲(chǔ)存量大，數(shù)據(jù)采集與反饋及時(shí)、準(zhǔn)確，系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)保存，有利于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的歷史查詢和故障的及時(shí)排除；
2）、該系統(tǒng)投入運(yùn)行后，通過計(jì)算機(jī)顯示與控制，提高了過程自動(dòng)化的程度，可實(shí)現(xiàn)無人調(diào)節(jié)操作，減少了操作環(huán)節(jié)，降低了運(yùn)行成本，使系統(tǒng)的管理和控制上了一個(gè)新臺(tái)階。
3）、在控制回路相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境中，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)聯(lián)鎖控制，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。這是普通常規(guī)儀表不能滿足的。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：斯派莎克蒸汽減壓閥在化纖管路應(yīng)用