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熱工微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

 ] 針對火力發(fā)電廠熱工保護(hù)的現(xiàn)狀及存在的問題,開發(fā)研制了一套由多PLC與上位機(jī)構(gòu)成的熱工微機(jī)保護(hù)系統(tǒng),并對十幾臺(tái)機(jī)組的改造應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)。
    [關(guān)鍵詞] PLC;上位機(jī);保護(hù);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(jī)組,它們設(shè)備落后,仍常年累月地運(yùn)行,承擔(dān)著艱巨的發(fā)電任務(wù)。
  這些發(fā)電機(jī)組原有的熱工保護(hù)裝置較落后且投運(yùn)時(shí)間較長,熱工保護(hù)系統(tǒng)仍然是由繼電器回路構(gòu)成,占用控制盤多。保護(hù)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(diǎn)易老化。因此,機(jī)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(hù)工作量。而且隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的越來越長,故障點(diǎn)相應(yīng)增多,維護(hù)工作量越來越大,嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。為了保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行,亟待對原保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行改造。
  針對這種現(xiàn)狀,一些大型的新建機(jī)組及部分老機(jī)組中熱工保護(hù)系統(tǒng)(汽機(jī)保護(hù))采用了PLC控制器進(jìn)行程序控制,在提高機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(shí)現(xiàn)了保護(hù)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(yàn)研究院熱工室研制的熱工微機(jī)保護(hù)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(jiǎng)、江西省電力公司科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)、2002年度江西省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
  熱工微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)主要由多PLC控制器和上位計(jì)算機(jī)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(hù)監(jiān)控系統(tǒng)。其中主機(jī)保護(hù)采用雙PLC熱備冗余,輔機(jī)保護(hù)單獨(dú)采用一臺(tái)PLC。
  下面以主機(jī)保護(hù)為例,介紹熱工微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)配置:
  PLC控制器配置包括CPU機(jī)架和網(wǎng)絡(luò)適配器(NTAL001),CPU機(jī)架由4部分組成:CPU底板、C200HGCPU、電源單元(1個(gè))、I/O單元(10個(gè))。CPU機(jī)架共兩套,通過網(wǎng)絡(luò)適配器連接并與上位計(jì)算機(jī)通訊。
  上位計(jì)算機(jī)配置為一體化液晶顯示工控機(jī)1臺(tái),打印機(jī)1臺(tái)。
    圖2-1為熱工微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)(主機(jī)保護(hù))結(jié)構(gòu)示意圖。

3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
  參照電廠提供的熱工保護(hù)原理圖,進(jìn)行下位機(jī)梯形圖的編制,完全滿足所有的熱工保護(hù)聯(lián)鎖,并增加實(shí)現(xiàn)主汽門屏蔽功能邏輯,開辟存儲(chǔ)區(qū),存儲(chǔ)所有熱工保護(hù)輸入信號(hào)跳變時(shí)間,精確到1 ms。
3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
  上位機(jī)軟件在bbbbbbs98操作系統(tǒng)平臺(tái)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(jì)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(jī)軟件開發(fā)的需要。
  控件在VB程序設(shè)計(jì)過程中占據(jù)重要地位,因?yàn)樗粌H提供了一些事件過程供用戶編寫程序代碼,完成程序各個(gè)流程應(yīng)運(yùn)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(jì)出的操作界面友好方便、功能強(qiáng)大。
  ActiveX控件是Visual Basic的擴(kuò)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(yùn)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(qiáng)了程序的能力和靈活性。上位機(jī)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(shí)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(bào)表ActiveX控件,實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)格式的保護(hù)聯(lián)鎖試驗(yàn)報(bào)表的編制。
3.2.1 通信軟件設(shè)計(jì)
  Ms Comm控件是微軟開發(fā),主要用于實(shí)現(xiàn)微機(jī)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(dòng)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(gè)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(jī)系統(tǒng)通信部分軟件設(shè)計(jì)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(jī)發(fā)送命令;接收下位機(jī)傳回的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成需要的數(shù)據(jù);實(shí)時(shí)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(jì)
  熱工微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)處理大量的數(shù)據(jù),如實(shí)時(shí)畫面的更新顯示、保護(hù)動(dòng)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(jì)的主要內(nèi)容是確定整個(gè)數(shù)據(jù)庫是由哪些相關(guān)的數(shù)據(jù)模型組成,每個(gè)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(shí)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(yùn)行。
  上位機(jī)軟件采用的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)是性能強(qiáng)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(jī)保護(hù)系統(tǒng)對兩個(gè)PLC分別建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫,存儲(chǔ)熱工保護(hù)輸入信號(hào)工作信息。
4 應(yīng)用情況
  2000年9月至2001年5月,熱工微機(jī)保護(hù)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(jī)保護(hù)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(shí)現(xiàn)PLC故障自診斷、自切換。輔機(jī)保護(hù)則單獨(dú)采用一臺(tái)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(jì),確保電源的可靠。現(xiàn)場應(yīng)用發(fā)現(xiàn)電氣來的信號(hào)受操作的影響,導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng),后對所有電氣進(jìn)出信號(hào)采用繼電器隔離,徹底解決了現(xiàn)場信號(hào)干擾的問題。
  在原有的主機(jī)保護(hù)試驗(yàn)中,由于機(jī)組停機(jī)時(shí)主汽門關(guān)閉信號(hào)已經(jīng)存在,因此,在做主機(jī)保護(hù)靜態(tài)試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)人員只有解線才能完成試驗(yàn),步驟繁瑣,而且有時(shí)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(jī)保護(hù)系統(tǒng)精心設(shè)計(jì)了一項(xiàng)主汽門關(guān)閉屏蔽功能。試驗(yàn)人員做主機(jī)保護(hù)試驗(yàn)時(shí)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(hào)(PLC一定要在監(jiān)控狀態(tài)),當(dāng)短接跳機(jī)信號(hào)時(shí)主汽門電磁閥立即動(dòng)作,發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào),試驗(yàn)過程結(jié)果與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)一致。
  2001年6月,景德鎮(zhèn)電廠采用了熱工微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。針對景德鎮(zhèn)電廠DCS改造時(shí)改為高壓抗燃油機(jī)組的情況,系統(tǒng)增加了AST電磁閥在線試驗(yàn)的功能。運(yùn)行人員可以在機(jī)組運(yùn)行過程中,對AST電磁閥進(jìn)行在線試驗(yàn),實(shí)現(xiàn)對電磁閥及動(dòng)作回路是否正常的確認(rèn)。系統(tǒng)同時(shí)將在線試驗(yàn)的時(shí)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(jī)保護(hù)系統(tǒng)。根據(jù)電廠的需求,系統(tǒng)引入了滅火保護(hù),實(shí)現(xiàn)了BMS系統(tǒng)的基本功能。并且對火焰檢測信號(hào)和MFT動(dòng)作接觸器信號(hào)進(jìn)行毫秒級(jí)事故追憶,可正確判斷是由于保護(hù)動(dòng)作滅火還是由于運(yùn)行原因引起滅火。  2002年以來,熱工微機(jī)保護(hù)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(jī)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(jī)保護(hù)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(hù),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(hù)成本和維護(hù)人員的工作量。熱工微機(jī)保護(hù)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(kuò)展與升級(jí)。
  熱工微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的毫秒級(jí)保護(hù)動(dòng)作順序分辨功能給熱工人員分析、查找保護(hù)動(dòng)作原因提供了可靠的事實(shí)依據(jù)。并大大提高保護(hù)動(dòng)作正確率,減少誤動(dòng)次數(shù),防止拒動(dòng)。既節(jié)約了資金和人員投入又提高了電廠的自動(dòng)化水平,其經(jīng)濟(jì)效益非常巨大。

參考文獻(xiàn)]

[1] 宋佰里.可編程控制器配置、編程、聯(lián)網(wǎng)[M].中國勞動(dòng)出版社.
[2] 劉炳文,張 坤.Visual Basic程序設(shè)計(jì)[M].人民郵電出版社.
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