基于PLC和IFIX组态软件的制氢站控制系统

基于PLC和IFIX组态软件的制氢站控制系统浙能长兴发电公司设备管理部邓卫国摘要：本文介绍以GE9030系列PLC控制器、IFIX上位机监控软件组成的基于Windows操作平台的PLC控制系统，实现电厂制氢站的安全、可靠运行和全过程监控。关键词：IFIXPLC结构控制功能可靠性1.引言水氢氢发电机组的正常运行需要具有一定压力一定纯度的氢气作为循环冷却介质，当压力、纯度指标下降时，必须及时对发电机组补氢。因此，不少电厂都设有安全高效、无污染的制氢站，以提供机组正常运行所需的氢气。由于氢气易燃易爆，制氢系统亦非连续运行，因此保证制氢站氢气生产的安全、及时、可靠，成为机组正常运行的重要保障之一。浙能长兴发电公司两期工程共安装四台300MW水氢氢发电机组，与之配套的制氢站具有5立方米每小时的产氢量的制氢装置2台，制氢控制系统是一套以GE9030系列PLC控制器、IFIX上位机监控软件组成的基于Windows操作平台的PLC控制系统。本控制系统自投产以来，总体运行稳定可靠，按照程序设置的步骤能自动完成氢气生产、氢气干燥、氢气冲罐等工艺流程，同时系统还具有数据浏览、历史查询、程序控制参数修改等功能，为制氢站的安全稳定运行提供了可靠保证。2．硬件系统控制系统总体由上位机与下位机组成，硬件结构如图一所示：图中的CPU即下位机PLC的处理器。图一、控制系统硬件总体结构图下位机选用GE9030系列PLC，系统采用模块化设计，整个机架由CPU数据处理单元、模拟量数据读取单元、开关量数据读取单元、继电器输出单元、AO输出单元、以态网通讯单元等模块组成，PLC控制程序采用梯形图直接编写的方式。在制氢站现场，通过与CPU单元RS-232C接口相连的触摸屏，可作为后备方式实现就地控制和监视生产过程。通过PLC机架的以态网卡，运行人员可方便地通过上位机在化运集中控制室对制氢系统进行全过程远程监控。在上位机上通过VersaPro软件可对GE9030PLC进行应用工艺流程的编程，并通过PLC机架的以态网口下载至PLC的CPU单元。由于制氢系统的特殊性，为保证安全系统设计了软手操和硬手操两种后备方式，即IFIX监控画面的维护状态的设备启停方式和单体设备控制柜上的硬启停方式。维护状态的设备启停是指制氢装置进入维护状态时，在上位机通过IFIX软件启停设备，而硬手操则是完全独立于PLC系统的硬按钮或开关操作。为保证PLC开关量通道与强电系统的安全隔离，PLC机柜配置了大量的中间继电器。中间继电器是弱电系统，在实现电气隔离的同时，又放大了控制功率和控制信号。开关量通道隔离示意如图二所示：图二、PLC开关量通道隔离示意图3．软件结构上位机组态软件采用GE公司的IFIX3.5版本。IFIX软件的数据库通过接口程序读取PLC可编程控制器的各种IO实时采集数据，通过IFIX监控画面可发出针对工艺流程的控制命令并实时监控系统运行。IFIX软件通过以态网访问下位机的GE9030PLC相应的寄存器（即PLC的%M可读写区域部分），以获取制氢站现场各设备参数的实时值或对现场的各控制设备的开度或者产氢量进行控制。IFIX软件拥有强大的图形编辑功能，以动画方式显示监控设备的运行状态，可较为方便地组成监控画面和实现控制功能，并可生成报表、历史数据等，通过它提供的工具箱还可绘制实时曲线图、历史趋势图，并提高报警记录显示。在程序框架允许的范围内，操作员可以通过专用画面任意修改有关参数的报警值，比如电解槽补水液位、电解槽的槽温等报警定值。在制氢控制系统中，控制系统的软件结构如图三所示：图三、控制系统软件总体结构图上位机的组态软件基本实现了制氢站的测控要求，简洁形象地模拟了制氢站的现场工艺流程，操作员能在控制室的上位机屏幕上监控制氢站的全部运行状况。制氢装置的投用全部采用自动方式，正常情况下不需要任何人工干预。4.控制系统实现的主要功能制氢系统工艺流程：图四、制氢系统工艺流程---图四、制氢系统工艺流程PLC完成的具体工艺流程如下：●按要求完成制氢站的开机流程控制●按要求完成制氢站的正常停机流程控制●按要求完成制氢站的紧急停机流程控制●完成制氢站实时状态显示、故障信号和事故信号的准确报警●完成氢、氧分离器液位的复杂运算●完成以太网上实时数据的收发人机接口即在上位机实现的主要功能如下：●参数显示监控功能：测量值、工艺流程、设备运行状态、操作模式、报警等显示与监控。●报警处理功能：故障发生时有实时报警功能，系统按照报警产生的时间以及危险程度等自动生存报警画面。●数据库存储与访问：实现IFIX数据库与PLC数据的交互。●管理权限：实现不同级别的系统管理权限，操作员可以对制氢装置的启停进行干预，部分液位与压力报警定值的设置，具有权限的工程师还可根据实际情况对上位机软件和下位机软件进行修改。5.可靠性措施为了提高整个系统的可靠性，在控制系统设计中采取了如下措施：●PLC采用单独供电且接地线单独接地●要求整个系统接地电阻小于1Ω●所有现场的模拟量信号在进入PLC的模拟量卡件前，全部使用安全栅进行隔离，防止外部干扰信号进入，并满足现场防爆要求。●所有现场测量仪表全部选用EX等级设备，确保现场安全。●中间继电器与动力柜设置在控制室，方便操作与设备安全。●对温度调节阀、氢气压力调节阀、氧气压力调节阀采用三断保护。●各种弱电传输信号全部采用屏蔽电缆，并且屏蔽层在PLC机柜单端接地。6.结束语本文研究的制氢站控制系统，利用了ＰＬＣ抗干扰能力强及适用于工业现场的特点，又利用了IFIX组态软件数据处理和图形表现能力较强的特点，同时融合了较为先进的自动化技术、计算机技术、通讯技术和软件技术，具有可靠性高、操作简单、维护方便等特点。目前该系统已经在浙能长兴发电有限公司运行多年，效果良好，极大地提高了自动化水平，降低了运行操作人员的劳动强度。参考文献（1）陆灵玲周克毅组态软件IFIX及其在电站时时系统中的应用，电站自动化信息化学技术交流，2002，第一辑，36-41（2）严濯辉工业自动化软件FIX,FIX系列及其应用，云南冶金，200，第2期，66-69收件人：邓卫国联系地址：浙江长兴迎宾大道888#浙能长兴发电公司设备部邮编：313100联系电话：0572242900413355828658