摘要：火电厂给社会经济的发展及人民的生产生活提供了诸多的电能，其本身对建设的要求就很高、科技含量大。火电厂内主机系统采用DCS集中控制，但外围辅助系统完全可以通过PLC完成自动操控，以节约成本起到很高的应用价值。文章将根据PLC平台的软、硬件设计进行分析，介绍顺序控制和自动保护作用，能为火电厂空气压缩系统的无人值守和监控带来方便。
关键词：DCS系统；PLC系统；火电厂；空气压缩系统；自动操控
当前，国内的火电厂仍是全国电能供应的重要输送场所。火电厂主机大多采用自动化程度高的集散控制系统DCS系统完成。但在外围辅网中我们经常能够看见采用PLC系统来完成自动控制的中、小型自动控制系统。在一些火电厂内空气压缩系统依旧停留于继电器加面板控制的人工操控状态，如此就不利于提高整个系统操控效率和压缩机的使用效率，也大大增加了厂用电率。要实现空气压缩系统的自动操控唯有积极将PLC系统引入空压机组的操控中，增强各种自动控制及保护功能，方可更好实现空气压系统的自动操控。
1、PLC控制系统的组成
空压系统自动控制系统关键是由可编程控制器、I/O卡件、电源模块等构成。温度、压力、流量等传感器实时收集现场参数，送至PLC的I/O模块中转换成数字信号，由CPU处理运算，通过网络上传至上位机远程监控参数及空气压缩系统运行状态。
1.1基本功能
（1）温度监控及保护。实时监控空压系统运行环节的一级排气温度、二级排气温度、进气温度、润滑油温度、冷却水温度、电机线圈温度等技术指标。完成超限声、光报警与自动保护停机，报警记录等功能，方便故障查找及维护。
（2）压力监控及保护。实时监控空压系统运行环节的一级与二级排气压力、润滑油等压力的技术指标，完成超限报警与自动保护停机，报警记录等功能，方便故障查找及维护。
（3）冷却水流量指示及保护。空压系统运行阶段产生冷却水断水现象时，系统迅速报警并保护停机，安全保护压缩系统。
（4）电机参数监控及保护。实时采集空压系统运行阶段电压、电流及温度参数，完成超限报警与自动保护停机。
（5）统一控制。通过PLC组态实现空压系统的统一操控，通过监控系统压力控制压缩机的加卸载，保持系统压力稳定的同时减少电能的消耗。
1.2基本特征
利用成熟的PLC系统，整机稳定安全，防干扰性能强；模块化框架与简单的编程语言，方便现场维护；
高精准温度、压力传感仪器、屏蔽控制电缆提高数据采集可靠性；
统一控制、参数智能巡检和手动检查等功能，并且具有运行指示、报警指示、消声、复位、记录等多种功能；
PLC结构科学，软件结构简单可编辑性强，性价比较高；远程操作及监视系统运行状态、实时参数。
2、案例介绍
某火电厂内有3台空气压缩器，这些设备能够为火电厂中的各种气动仪器、气动元部件、气动开关等设备提供稳定气源。平时一台空压机主动运行，第二台空压机随动，由母管压力开关控制空压机进口电磁阀加/卸载（压力低时加载，压力高时卸载），第三台空压机备用。单个空气压缩机的机械结构中包括压缩机组、电动机、润滑结构、冷却系统、电气控制系统等构件，由控制面板启停，是典型的就地控制方式，设备可操作性差，切换空压机风险大，随动空压机长期运行不做工能耗大，故障出现后查找故障点困难。
3、PLC控制下火电厂空压系统自动操控方案的规划思想
本文探讨的改造方案观念是：保留空压机系统运行方式并做优化调整，提高空压机系统稳定性及安全性，同时降低系统电能消耗。利用PLC系统来完成空压系统的自动控制，加强顺序辨别和自动启停控制等组态，提高保护功能。将空压系统的参数监视转移至远程集中操控中心，记录故障参数方便故障查找及处理，有效完成空压系统的无人值守及监控。
控制空压机启停的关键指标是系统内的母管压力。当该压力值表现出低信号时，系统将会及时判别随动空压机状态并打开加载电磁阀，如果延时20S后母管压力值不上升或母管压力值表现出低低信号后，则启动备用空压机并加载运行。如果母管压力达到高信号，则会立刻卸载随动空压机；如果母管压力持续10分钟后无压力低报警且维持在稳定的压力范围内，则停止随动空压机运行。如果运行过程的空压机产生保护动作信号，系统将急停该空压机，并立即传出报警信号。如果主动运行的空压机迫停，系统立即加载随动空压机，并报警、提示监控人员远程切换空压系统运行方式，保证压缩空气系统稳定运行。
4、PLC控制下空压系统自动操控逻辑规划
PLC控制下的空压系统通过控制合理设计，能够实现自动和手动操控两种模式。在自动操控系统中，能够产生三个子控制平台，分别起到三点作用：
（1）顺序操控功能。利用PLC控制编程，可以实现根据母管压力下限制来完成顺序启动与顺序停止。按照设定好的运行模式遵循先主动机再随动机最后备用机的顺序来确定。并执行、记录相关编号的机组开启时间。母管压力上限控制，遵循先备用机再随动机最后主力机的顺序确定。唯有在空气压力系数正常时，方可积极维持目前状态一直运作。
（2）联动保障功能。空压机有保护监测，当检测传感器检查到超压缩机设定值的危险值时，将直接启动系统紧急停机流程语言，当危险报警维持5秒后，那么空压机就会智能停机。
（3）事故报警解决功能。当空压系统产生运转不畅、设置保护运行执行不全面、传感器产生异常报警后，就会引起停机现象。下一次的顺利开启还需要先确认空压系统复位后方可正常运行，这样可以减少由于空压机产生异常而造成的反复启停动作，导致空压机损坏。PLC处理系统的各种报警及异常，并实时传输给监控电脑以便远程监控者能够整理、借鉴各种信息对空压系统运转状态进行分析处理。
5、PLC控制下空压系统自动操控硬件规划方案
对于文章所分析的火电厂案例，要完成空压系统的PLC智能控制升级，就要积极进行软、硬件组态。此次方案拟采用3台紧凑型设计的S7-1200控制器组网运行，S7-1200控制器可完成简单、高级逻辑控制、HMI和网络通信等任务。方案规划中，PLC直接安装到现场每台空压机控制柜内，减少线缆铺设同时提高信号采集可靠性。使用完全集成的工程组态工具 SIMATICSTEP 7 Basic，并借助 SIMATIC WinCC Basic 对 S7-1200 进行高效率的工程组态。并通过控制器自带的 PROFINET 接口实现组网控制，高效可靠。PLC程序设计遵循每个子系统均会对应一个具体的流程操控功能，能够加强对不同系统的流程图规划来引导进行软件程序规划。
硬件架构
6、结束语
通过使用PLC技术，火电厂内的空压系统可以大幅度提高自动操控效率，达到无人值守的同时降低厂用电率。而且，有效提升了整个火电厂的发展水平，有助于火电厂日后对空压系统优化及改建、升级。
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论文作者:邓月飞
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/16
标签：系统论文; 火电厂论文; 空压机论文; 压力论文; 温度论文; 空气论文; 组态论文; 《电力设备》2018年第32期论文;