基于PLC控制的减温减压装置保护系统的研究

咸孟雄

摘 要：锅炉主汽管道至凝汽器部分安装两级减温减压器，为避免高温高压蒸汽直接进入凝汽器，设计一种PLC保护系统。从总体方案出发，重点研究了硬件组态及软件编程方法，还涉及配线与保护投退方式。采用PLC控制，有效的保证了系统安全运行，与现场设备成为一个整体，提高了整个工艺流程的自动化水平。

关键词：PLC；保护系统；编程

1 减温减压装置系统的总体方案

河北省利源热电针对现有设备的实际情况，计划对供热设备进行改造。在锅炉主汽管道至凝汽器部分安装两级减温减压器，将锅炉燃烧产生的高温高压蒸汽经过两级减温减压器后，直接接入凝汽器换热，对用户进行供热。取消原有汽轮发电机组，在两台减温减压器上分别加装减温水调整阀、减压调整阀。

由于机组年代过早，机组容量较小，变压器出线为单回路形式，且无保安电源，据现场运行反映有全厂停电的可能。为了保护凝汽器，不使高温高压蒸汽直接进入凝汽器，在隔断阀和一级减温减压器之间装设快速关断阀。

2 减温减压装置保护系统的实现方式

快关阀与一、二级减温减压器后的温度和压力测点形成联锁，保证快关阀能够紧急切断汽源。联锁保护关系如下：

（1）当一、二级减温器后的温度过高时（采用三取二判断），PLC控制柜将报警，超过动作值后，联锁保护启动，关闭快速关断阀。一减后温度报警值为360℃，动作值为365℃，二减后温度报警值为75℃，动作值为80℃。

（2）由于一级减温减压器后设置了安全阀，如一级减温减压器后超压，安全阀到设定值1.1MPa会起跳，保证管道不会超压；二级减温减压器后未设置安全阀，压力超压，将会对凝汽器产生破坏。故取二级减温减压器后的压力测点（采用三取二判断），当超过0.03MPa动作值后，联锁保护启动，关闭快速关断阀。

减温减压装置保护系统采用西门子S7-300 PLC实现，将一减后3个温度测量信号、二减后3个温度测量信号、二减后3个压力开关信号分别引入PLC输入模块，经过CPU逻辑判断，输出模块可发送报警信号至报警音响，发送动作命令至快速关断阀。

3 PLC的硬件组态

西门子PLC系统的基本硬件构成为：安装机架1个、CPU单元1个、基本I/O单元若干个，其个数由系统I/O点数及机架上的槽数确定[1]。本系统采集一减后3个热电偶温度测量信号、二减后3个热电阻温度测量信号，因此需要2块8×12点AI模块；采集二减后3个压力开关信号，因此需要1块16点DI模块；还有输出至继电器动作快速关断阀信号和2个温度报警信号，因此需要1块16点DO模块。既需要1块DI模块，也需要1块DO模块，就可以选择1块16点的DI/DO模块。

3.1 创建项目

打开【SIMATIC Manager】，在【File】菜单下单击【New Project Wizard】，在【CPU】列表中选择本系统使用的带16点DI/DO模块的CPU 313C-2，MPI地址默认为2，软件组态选择OB1块，编程语言选择LAD。这样利用向导，就创建了一个项目，包括SIMATIC 300站，CPU 313和它的程序目录，还有OB1块。

3.2 配置主机架

在【CPU300 Station】中双击【Hardware】，进入硬件组态页面，先拖动主机架RACK-300中的Rail，在其中1号槽添加电源PS 307 2A，订货号为6ES7 307-1BA00-0AA0；2号槽添加CPU 313C-2，订货号为6ES7 313-6CF03-0AB0；本系统不需要扩展机架，因此3号槽为空；4号槽选择AI8×12Bit模块，订货号为6ES7 331-7KF02-0AB0，5号槽也选择此模块。

将PS电源、CPU、2个AI模块依次安装到机架上，注意此时CPU选择开关应该在STOP档位，AI模块背后的量程卡设定在“A”位置，即采集的是热电阻或热电偶信号。

用MPI适配器将CPU与编程主机连接，然后进行PG/PC接口设置，在【Set PG/PC Interface】中选择PC Adapter MPI选项。设置完毕就可以建立在线连接了，这时可以将硬件组态程序通过下载按钮下载到CPU中。

4 PLC的软件编程

4.1 在OB1中编写程序

OB1直接被系统调用，是循环执行的主程序，在OB1中编写程序。

4.2 在FC1中编写程序

FC1为用户编写的子程序，它的返回值实际上是输出参数，调用功能时应给所有的形参指定实参。

4.2.1 二减后温度超过动作值联锁保护启动程序

二減后温度2点、3点判断程序与之相同，用第1块AI模块自动分配的地址PIW260 、PIW264表示，因为AI模块热电阻需接成四线制，故占用4个字节。输出分别用M0.1、M0.2表示。

然后3个输出三取二，表示3个二减后温度测点任意2个或均高过80℃，都将启动保护，输出中间点M0.3。

4.2.2 一减后温度超过动作值联锁保护启动程序

一减后热电偶温度超过动作值联锁保护启动，关闭快速关断阀。一减后温度1点、2点、3点判断程序与二减后温度相同，用第2块AI模块自动分配的地址PIW272、PIW274、PIW276表示，因为AI模块热电偶需接成有自动线性补偿的二线制，故占用2个字节。输出分别用M0.4、M0.5、M0.6表示。

然后3个输出三取二，表示3个一减后温度测点任意2个或均高过365℃，都将启动保护，输出中间点M0.7，关闭快关阀。

4.2.3 二减后压力开关动作联锁保护启动程序

二减后压力超过动作值，压力开关动作，联锁保护启动，关闭快速关断阀。二减后压力1点、2点、3点用第DI/DO模块自动分配的地址I124.0、I124.1 、I124.2表示。

然后3个输出三取二，表示3个二减后压力开关任意2个或均动作，都将启动保护，输出中间点M1.0，关闭快关阀。

5 PLC的配线

如果让PLC正常运行，还需要与现场设备正确连接。除了将温度测点和压力开关引入模块，CPU还需要220V电源供电，各个模块还需要24V供电，Q124.0还需要连接继电器驱动快关阀，Q124.1与Q124.2还需要连接报警音响。

为了方便该保护的投退，还设计加入转换开关，即Q124.0输出后先连接转换开关，再连接继电器驱动快关阀。这样转换开关打在“通”位置，保护可以正常动作；打在“断”位置，即使Q124.0输出指令，也无法驱动继电器动作快关阀，即使PLC出现问题需要断电维护，也不会使快关阀误动作。

配线正确后，就可以实际上电调试了。经过调试，该保护系统功能可以在实际应用中实现。

6 结束语

该PLC设计了一种针对减温减压装置的保护系统，经过实践验证，可以投入使用，不致使高温高压蒸汽直接进入凝汽器。软件梯形图形象直观，现场抗干扰能力强，安装调试工作量少，与传统继电器搭建方式相比，接线数量少。特别是设计了转换开关，可用于该保护的投退，方便维修。

参考文献

[1]韩永志.可编程序控制器在运煤自动化中的应用[M].北京：中国电力出版社，2004：61.