北京西门子代模块理商

2.2.1  智能仪表的应用及通信子系统的设计与实现
智能仪表采用ÜGU（宇光）AI人工智能工业调节器，利用智能仪表、温度传感器、加热器或制冷机组组成闭环温度控制系统.PLC与AI仪表通过RS-485异步串行数据通信，通信方式为半双工型（即收、发分时进行）.AI仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据.软件通信指令有两条，一条为读指令，一条为写指令.读/写指令分别如下：
读： 地址代号 + 52H（82）+ 要读参数的代号 + 0 + 0 + CRC校验码;其CRC校验码为：要读参数的代号 * 256+ 82 + ADDR;
写： 地址代号 + 43H（67）+ 要写参数的代号 + 写入数低字节 + 写入数高字节 + CRC校验码;其CRC校验码则为：要写的参数代号*256+67+要写的参数值+ADDR [注1].
基于以上通信协议，如要实现对仪表的写入与读出，首先设定其通信处理模式；根据RS-485通讯协议，将格式为<7,E,1>，波特率为9600的数据H89，传给RS-485专用寄存器D1120；程序分为读、写两部分，一般情况下只读取仪表参数，当出现参数修改等，暂停读取。待写入完毕后，继续读取。注1：ÜGU（宇光）AI人工智能工业调节器使用说明书[CP/CD].
2.2.2  变频器的应用及通信子系统的设计与实现
   变频器是一种智能执行装置，其基本功能为对电机进行变频调速.主要掌握变频器在控制系统中的应用，以及变频器与PLC之间RS-485串联通信.在通信协议的处理上，如果选用的变频器或仪表与PLC为同一品牌，可以利用其专用指令来进行编程,使程序的编辑更加轻松容易.编程时可以采用RS-485串列I/O指令RS指令实现，亦可以用台达变频器专用指令(MODRD指令和MODWR指令)来实现.该指令系针对MODBUSASCII模式的通信外围设备专用的驱动指令，台达VFD-M变频器内建的RS-485通信接口符合MODBUS的通信格式，因此可利用该指令对台达变频器进行资料读取和资料写入,用其编写的通信程序比用RS指令实现会更简洁.
2.2.3  两种不同格式的通信协议的设计
   为了增强学生对PLC及通信协议的应用能力，本次智能仪表的通信格式为〈8，N，2〉，即8位数据，无校验位，2位停止位，而变频器的资料格式采用<7,E,1>，即7位数据位，偶校验，1位停止位.采用ATU模式，该模式可直接应用PLC的便利指令，大大优化程序.这时两种不同的通信格式共享一个RS-485数据口，如何处理两种不同通信格式，使得多台智能仪表与多台变频器能够在同一系统中，通信顺畅而不产生冲突，是本应用模型软件设计的难点所在.采用步进方式对两种不同格式的通信系统进行编程，经反复调试修改后获得成功，两种不同格式的通信能够做到互不干扰

3  模型的安装与调试工作
   用户程序设计完成后，一般先作模拟调试，在程序设计完成后先进行梯形图编译，检验所设计的程序是否有误.如程序正确即可写入PLC.根据顺序功能图，利用程序的梯形图监控或装置监控等方法在电脑里观察程序是否正确.这里可利用人机开发的程序进行在线模拟，接上PLC、智能仪表与变频器等，利用ADP的在线模拟，检验PLC程序是否正确，与智能仪表及变频器的通信网络及控制是否满足设计要求.利用电脑对PLC发出操作指令，可以检验程序是否满足顺序功能图的规定.调试基本无误后，可设计、制作控制柜，以及可编程控制器之外的其它硬件安装、接线工作等.
   调试的任务是发现问题，经过反复的调试把错误减少到少，使得系统能够稳定运行.当系统能够稳定运行时，就可以把ADP的程序写入人机界面里，后将人机界面和PLC用通信线连在一起，整个系统就可以投入使用.
   完成上述工作后，即可进行安装后的现场调试，接入实际的输入信号与负载，在联机总调试过程中观察是否出现控制逻辑或通信网络和硬件接线等方面的问题，以及人机界面与PLC的外部接线图和梯形图设计中的问题，发现问题后在现场加以解决，直到完全符合要求.
4   结束语
   PLC与触摸终端应用模型的研制的意义在于将工业现场的实际控制对象提炼成一个实物模型，使学生在毕业前能够熟悉对新项目的设计、实施的全过程.掌握和巩固本专业所需要的多方面的系统知识.可以训练学生综合运用知识的能力、分析解决问题的能力，同时也提高了学生工程实践的能力以及对新知识、新技术的实际应用能力.使学生在走向工作岗位后，能够很快地适应新的工作岗位，且具有一定的技术创新能力.学生毕业后，能够很快地将这些知识运用在传统设备的技术改造，新设备的研制开发，以及自动化新技术的应用推广等方面，也可以作为教师进一步进行科研开发的平台.

 汽轮机热工监视和保护装置以及由其所组成的信号报警系统和保护控制系统，是保护汽轮机安全运行的重要设备。随着机组容量的增大，汽轮机安全监视和保护就显得更加重要，同时对汽轮机安全监视和保护装置的准确性和可靠性也提出了更高的要求。原有及早期设计的保护系统大多为继电器及硬件逻辑搭接的，它的系统可靠性较差，维护量较大。因此，采用可编程控制器（PLC）对汽轮机热工监视和保护装置进行控制显得十分重要和必要。以下所介绍的为应用PLC控制的汽轮机保护系统。

1 汽轮机保护系统概述
   汽轮机在正常运行过程中，需要根据用户用电量来调节负荷，为了防止调节系统因故障失灵，和汽轮机突然甩负荷时引起超速危险，以备在机组出现某些异常时迅速动作停机，防止发生事故。汽轮机必须设置转速、转子的轴向位移、轴瓦振动、机缸相对膨胀、汽轮机各轴承的油压和油温、凝汽器的真空度、发电机的主保护动作等参数的保护，在这些参数中的任何一个超过所规定的允许值时，要求自动发出信号使磁力断路油门动作，泄掉安全油，切断进汽，进行强制停机，并且同时声光报警，记录停机原因，向DCS控制系统和调节系统发送联锁信号，联锁调节门、发电机和油泵，使整个系统迅速回到安全状态，达到保护汽轮机的目的。

2 系统组成
    汽轮机保护系统由现场设备部分、PLC控制系统部分、人机界面（触摸屏）和外围联络系统组成。现场设备主要包括：汽轮机本体监测系统（检测汽轮机转速、轴向位移、轴承瓦振动、汽缸相对膨胀等）、压力检测系统（检测润滑油压力、安全油压油、凝汽器真空度）、油温检测系统（检测各轴承回油的温度）、磁力油路遮断停机系统；PLC控制系统包括：冗余的PLC控制器、信号隔离继电器、驱动继电器和接触器；外围联络系统包括：DCS控制系统、汽轮机转速负荷调节系统。系统结构如图1所示。整体系统构成了现场数据采集处理、监视和现场设备控制。

3 硬件设计
   由于汽轮机保护系统的重要性，决定了该系统在任何时候不容许出现误动作或拒动作，因此作为逻辑控制单元的PLC一般选用国内外品质高、稳定性好的产品，例如AB-ControLogix系列、GE-PAC7i系列、施耐德公司Modicon系列产品。
   以下以选用AB-ControLogix系列PLC为例对系统进行说明，系统采用双机热备冗余配置，控制核心部件（CPU）配置两套，分别安装在两个独立的机架，两个机架的CPU通过光纤连接的同步模块同步热备运行，在任一套CPU及相关部件出现故障或错误时，会无扰动切换到另一套CPU，保证了系统的可靠稳定运行。PLC的IO模块安装在独立的IO机架，IO与CPU的通讯方式为冗余ControlNet网络。PLC的开关量输入输出点都选用继电器隔离，彻底防止了现场的干扰信号对系统的不良影响，保证了系统能够长期可靠运行。

4 软件设计
   软件设计包括两部分：PLC控制保护逻辑和触摸屏监视、操作记录画面组态。PLC控制保护逻辑采用梯形图编写，保护逻辑程序选择连续性任务在全部时间内运行，使保护逻辑程序始终运行。保护逻辑程序主要包括各项保护投退部分，报警与显示部分，跳闸动作部分，事件记录和SOE记录等几个部分。
   由于采用了触摸屏，保护投退由一个总保护开关，扩展为每一项保护设置独立的保护开关，各分项保护开关在触摸屏上组态实现。各项保护投退相当于汽轮机保护系统的开环运行或闭环运行的选择钥匙，在保护退出时，汽轮机保护系统属于开环运行，此时保护对应的运行参数异常，保护系统只发出报警，不会动作跳闸；在保护投入时，汽轮机保护系统属于闭环运行，此时保护对应的运行参数异常，保护系统发出报警，同时动作跳闸，关闭主汽门。分项保护开关的设计，使得保护系统更灵活，现场工作人员可以根据运行情况投入部分重要的保护功能，不满足条件的保护暂时不投入。
   PLC采集到的现场汽轮机报警信号、跳闸信号分别在触摸屏报警画面和跳闸画面显示，取代了以前用大量光字牌显示报警跳闸的方法，大大减少了日常维护量。跳闸动作信号进行首次跳闸记录，为分析汽轮机跳闸原因提供了很好的依据。PLC保护逻辑与触摸屏之间通过对应的CotrolNet通讯协议进行实时通讯，从而保证了汽轮机运行参数在触摸屏上显示和进行事件记录，在触摸屏上进行的操作实时被PLC扫描，并在程序中执行。
SOE记录要求达到毫秒级别，需要在PLC中通过程序实现，并在PLC中记录，把记录结果在触摸屏上显示。

5 结论
   根据上述的思路和方法，由PLC控制的汽轮机保护系统已先后在沈阳新北热电厂、寿光巨能热电厂、通辽盛发热电厂等数十个用户单位的汽轮机设备上投入运行，结果表明系统的设计是合理的，系统在现场运行稳定可靠，不仅提高了设备的自动化运行水平，减轻了现场人员的维护量，而且延长了汽轮机的运行寿命，有着明显的经济效益和社会效益。