[關(guān)鍵詞] PLC;上位機;保護;應(yīng)用
1 概述
在我國電網(wǎng)中存在著一大批建設(shè)多年的大中型火電機組,它們設(shè)備落后,仍常年累月地運行,承擔(dān)著艱巨的發(fā)電任務(wù)。
這些發(fā)電機組原有的熱工保護裝置較落后且投運時間較長,熱工保護系統(tǒng)仍然是由繼電器回路構(gòu)成,占用控制盤多。保護系統(tǒng)回路硬接線多,很多繼電器都是長期帶電工作,繼電器觸點易老化。因此,機組大修期間需對繼電器進(jìn)行測試,以確保繼電器工作正常,從而大大增加了熱工人員的維護工作量。而且隨著機組運行時間的越來越長,故障點相應(yīng)增多,維護工作量越來越大,嚴(yán)重影響機組的安全運行。為了保障機組的安全穩(wěn)定運行,亟待對原保護系統(tǒng)進(jìn)行改造。
針對這種現(xiàn)狀,一些大型的新建機組及部分老機組中熱工保護系統(tǒng)(汽機保護)采用了PLC控制器進(jìn)行程序控制,在提高機組的安全、經(jīng)濟運行方面取得了非常明顯的效果,但這些控制只是簡單地采用了PLC控制功能,實現(xiàn)了保護控制邏輯的目的。而沒有充分利用PLC本身所具有的豐富的信息處理功能和通訊功能,使該系統(tǒng)的功能受到很大的限制。
由江西省電力試驗研究院熱工室研制的熱工微機保護系統(tǒng)于1999年11月在南昌電廠順利地交付使用,并獲得了華中網(wǎng)局科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎、江西省電力公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎、2002年度江西省科技進(jìn)步三等獎。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
熱工微機保護系統(tǒng)主要由多PLC控制器和上位計算機兩部分組成,兩者通過RS-422電纜通訊,形成了一套緊密結(jié)合、功能豐富的熱工保護監(jiān)控系統(tǒng)。其中主機保護采用雙PLC熱備冗余,輔機保護單獨采用一臺PLC。
下面以主機保護為例,介紹熱工微機保護系統(tǒng)配置:
PLC控制器配置包括CPU機架和網(wǎng)絡(luò)適配器(NTAL001),CPU機架由4部分組成:CPU底板、C200HGCPU、電源單元(1個)、I/O單元(10個)。CPU機架共兩套,通過網(wǎng)絡(luò)適配器連接并與上位計算機通訊。
上位計算機配置為一體化液晶顯示工控機1臺,打印機1臺。
圖2-1為熱工微機保護系統(tǒng)(主機保護)結(jié)構(gòu)示意圖。

3 軟件設(shè)計
3.1 下位機軟件設(shè)計
參照電廠提供的熱工保護原理圖,進(jìn)行下位機梯形圖的編制,完全滿足所有的熱工保護聯(lián)鎖,并增加實現(xiàn)主汽門屏蔽功能邏輯,開辟存儲區(qū),存儲所有熱工保護輸入信號跳變時間,精確到1 ms。
3.2 上位機軟件設(shè)計
上位機軟件在bbbbbbs98操作系統(tǒng)平臺下開發(fā),采用Visual Basic 6.0語言編寫。Visual Basic 6.0中文企業(yè)版是一種面向?qū)ο蟮?2位編程工具,它簡單易用、適用面廣,無論是通信、數(shù)據(jù)庫還是其它普通應(yīng)用程序都可以用VB進(jìn)行開發(fā),而且方便快捷。它的可視化用戶界面設(shè)計功能、數(shù)據(jù)庫管理功能、控件技術(shù)和ActiveX技術(shù)可以充分滿足上位機軟件開發(fā)的需要。
控件在VB程序設(shè)計過程中占據(jù)重要地位,因為它不僅提供了一些事件過程供用戶編寫程序代碼,完成程序各個流程應(yīng)運行的工作,而且通過其本身的屬性設(shè)置可直接影響界面外觀等。通過采用VB控件技術(shù),設(shè)計出的操作界面友好方便、功能強大。
ActiveX控件是Visual Basic的擴充部分,使用方法與使用其它標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)裝的控件完全一樣。在程序中加入ActiveX控件后,它成為開發(fā)和運行環(huán)境的一部分,并為應(yīng)用程序提供新的功能,其特有的方法和屬性大大增強了程序的能力和靈活性。上位機軟件通過使用通訊接口ActiveX控件,以PLC網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議為基礎(chǔ),實現(xiàn)了與PLC網(wǎng)絡(luò)的互相通信及交換數(shù)據(jù);通過使用報表ActiveX控件,實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)格式的保護聯(lián)鎖試驗報表的編制。
3.2.1 通信軟件設(shè)計
Ms Comm控件是微軟開發(fā),主要用于實現(xiàn)微機與其它控制器之間通信的ActiveX控件。作為UB程序員對于串行通信,只需要關(guān)心Ms Comm控件提供的對bbbbbbs通信驅(qū)動程序的API函數(shù)接口,也就是說只需要熟悉Ms Comm控件提供的屬性及事件的使用方法。
Ms Comm控件有大約30個屬性,常用的屬性見表3—1,其設(shè)置與監(jiān)測在軟件編程中扮演著舉足輕重的角色?! ?BR> 上位機系統(tǒng)通信部分軟件設(shè)計包括:打開串行端口,并設(shè)置通信格式;用查詢方式向下位機發(fā)送命令;接收下位機傳回的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成需要的數(shù)據(jù);實時顯示及處理等。其程序流程圖見圖3—1。


3.2.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計
熱工微機保護系統(tǒng)需要實時處理大量的數(shù)據(jù),如實時畫面的更新顯示、保護動作的記錄及處理等。因此,數(shù)據(jù)庫是應(yīng)用系統(tǒng)的心臟,是信息資源再開發(fā)利用的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的主要內(nèi)容是確定整個數(shù)據(jù)庫是由哪些相關(guān)的數(shù)據(jù)模型組成,每個模型由哪些屬性構(gòu)成,各模型的相互關(guān)系如何,以及對數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理組織,以便滿足用戶的功能需求,實現(xiàn)信息的快速檢索,又可最大限度地節(jié)約空間。數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)和性能直接影響著系統(tǒng)的安全、可靠、連續(xù)運行。
上位機軟件采用的數(shù)據(jù)庫平臺是性能強大的Ms Access數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。Access數(shù)據(jù)庫是一種桌面數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),是Visual Basic的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫,其文件結(jié)構(gòu)是以Microsoft SQLServer數(shù)據(jù)庫文件結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),可以通過編程充分利用SQLServer內(nèi)部提供的功能進(jìn)行各種數(shù)據(jù)庫管理。通過采用SQL數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理技術(shù),保證了數(shù)據(jù)庫的安全性、完整性和一致性,提高了數(shù)據(jù)的存取速度。熱工微機保護系統(tǒng)對兩個PLC分別建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,存儲熱工保護輸入信號工作信息。
4 應(yīng)用情況
2000年9月至2001年5月,熱工微機保護系統(tǒng)先后在分宜電廠、貴溪電廠、南昌電廠、萍鄉(xiāng)電廠進(jìn)行推廣應(yīng)用。針對主機保護的重要性及安全可靠性,系統(tǒng)采用雙PLC控制器熱備冗余,并實現(xiàn)PLC故障自診斷、自切換。輔機保護則單獨采用一臺PLC控制器進(jìn)行控制。系統(tǒng)還采用24V直流電源冗余設(shè)計,確保電源的可靠?,F(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)電氣來的信號受操作的影響,導(dǎo)致保護誤動,后對所有電氣進(jìn)出信號采用繼電器隔離,徹底解決了現(xiàn)場信號干擾的問題。
在原有的主機保護試驗中,由于機組停機時主汽門關(guān)閉信號已經(jīng)存在,因此,在做主機保護靜態(tài)試驗時,試驗人員只有解線才能完成試驗,步驟繁瑣,而且有時還常常需要打開主汽門,現(xiàn)場設(shè)備易老化、損壞。因此,熱工微機保護系統(tǒng)精心設(shè)計了一項主汽門關(guān)閉屏蔽功能。試驗人員做主機保護試驗時簡單方便,不用改變外圍接線。系統(tǒng)在特定步驟屏蔽主汽門關(guān)閉信號(PLC一定要在監(jiān)控狀態(tài)),當(dāng)短接跳機信號時主汽門電磁閥立即動作,發(fā)出聲光報警信號,試驗過程結(jié)果與動態(tài)試驗一致。
2001年6月,景德鎮(zhèn)電廠采用了熱工微機保護系統(tǒng)。針對景德鎮(zhèn)電廠DCS改造時改為高壓抗燃油機組的情況,系統(tǒng)增加了AST電磁閥在線試驗的功能。運行人員可以在機組運行過程中,對AST電磁閥進(jìn)行在線試驗,實現(xiàn)對電磁閥及動作回路是否正常的確認(rèn)。系統(tǒng)同時將在線試驗的時間記錄到數(shù)據(jù)庫中。
2001年7月,九江電廠采用了熱工微機保護系統(tǒng)。根據(jù)電廠的需求,系統(tǒng)引入了滅火保護,實現(xiàn)了BMS系統(tǒng)的基本功能。并且對火焰檢測信號和MFT動作接觸器信號進(jìn)行毫秒級事故追憶,可正確判斷是由于保護動作滅火還是由于運行原因引起滅火?! ?002年以來,熱工微機保護系統(tǒng)分別在景德鎮(zhèn)電廠、南昌電廠、貴溪電廠及九江電廠的機組上使用,由此可見該系統(tǒng)已經(jīng)完全獲得了各大電廠的認(rèn)同。
5 結(jié)束語
總之,經(jīng)過一年多的發(fā)展與完善,熱工微機保護系統(tǒng)逐漸走向成熟,功能更加完備。為了方便用戶的接線與維護,系統(tǒng)采用了專用的控制柜。PLC控制器的體積小,可靠性高,降低了硬件維護成本和維護人員的工作量。熱工微機保護系統(tǒng)還為今后其它系統(tǒng)的改造提供了通訊接口,方便了系統(tǒng)的擴展與升級。
熱工微機保護系統(tǒng)的毫秒級保護動作順序分辨功能給熱工人員分析、查找保護動作原因提供了可靠的事實依據(jù)。并大大提高保護動作正確率,減少誤動次數(shù),防止拒動。既節(jié)約了資金和人員投入又提高了電廠的自動化水平,其經(jīng)濟效益非常巨大。
[參考文獻(xiàn)]
[2] 劉炳文,張 坤.Visual Basic程序設(shè)計[M].人民郵電出版社.










