K0202控制系统PLC系统设计说明书要点.docx
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K0202控制系统PLC系统设计说明书要点
第二卷第二册
FA07068S-K0202
系统设计说明书
项目名称：
宁波钢铁有限公司五丰塘焦化1＃、2＃焦炉
干熄焦工程1×25MW汽轮发电机组
阶段：
工程设计版本：
A
编制人：
编制日期:
2007-8
审核人：
审核日期:
批准人：
批准日期:
南京科远控制工程有限公司
NANJINGKEYUANCONTROLENGINEERINGCO.,LTD
目录
一、概述：
3
二、自动化水平4
三、系统配置：
4
1、PLC控制系统：
4
2、工程师站和操作站：
4
3、操作台：
4
4、仪表盘：
4
5、就地盘：
4
四、系统功能：
5
1、ETS系统：
5
2、循环水系统：
5
3、油系统：
5
4、汽机调节系统5
5、数据通讯5
6、其它系统：
5
7、系统网络：
6
8、系统电源：
6
9、系统接地：
6
五、逻辑功能：
6
1、模拟量控制系统（MCS）7
1.1凝汽器水位调节7
1.2减温减压器温度调节7
1.3减温减压器压力调节7
2、顺序控制系统（SCS）7
2.1汽机9
2.2循环水11
六、人机界面：
12
1、界面布局12
2、工艺流程的表现12
3、监控功能的实现14
4、安全区设计16
一、概述：
本工程为宁波五丰塘焦化厂1＃、2＃焦炉干熄焦工程1×25MW汽轮发电机组，通过干熄焦锅炉产生的蒸汽进行发电，同时提供低压蒸汽供化产工序或其他热用户使用。
系统设计范围包括汽机热力系统、汽轮机本体、汽轮机调节系统、发电机系统、油系统、循环水系统及减温减压装置。
1、热力系统参数
主汽压力：
9.5MPa
主汽温度：
540℃
主汽流量：
正常71.87t/h，最大80.5t/h
抽汽压力：
0.68－1.2MPa
抽汽温度：
290－321℃
抽汽流量：
正常45t/h，最小20t/h，最大100t/h
2、系统主要受控设备：
凝结水泵2台
射水泵2台
电控油泵2台
高压油泵1台
低压油泵1台
直流油泵1台
胶球泵1台
电动阀门7台
调节阀4台
3、盘柜
PLC控制柜2台
PLC远程柜1台
PLC电源柜1台
仪表柜1台
就地盘1台
低压柜1台
ETS柜1台
高压柜5台
保护控制柜4台
操作台1节（三单元）
二、自动化水平
系统采用PLC控制系统，实现汽机的集中控制，控制系统（PLC）的功能包括数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、汽机危机跳闸装置（ETS）、锅炉辅机顺序控制（SCS），具备SOE功能。
在控制室内，运行人员能以LCD和键盘为监控中心，完成机组正常运行工况的监视和调整、异常工况的报警和紧急事故处理，在控制室内可在少量就地运行人员的配合下，可实现机组的分阶段半自动启／停。
控制室内的控制盘上只布置少量汽机、发电系统必要的后备操作设备，旨在PLC系统出现局部故障时能减少用户的经济损失，当PLC系统出现全局故障时应保证系统安全停机，再辅以少量必备的监视仪表和操作手段完成设备的启动、停止及正常运行时的监视调整和事故工况下的紧急处理。
三、系统配置：
1、PLC控制系统：
本系统采用AB公司PLC冗余控制系统，PLC控制系统的控制范围包括汽机、发电机、油系统、循环水系统及减温减压装置。
系统配置1台PLC电源柜、2台PLC控制柜和1台PLC远程柜，PLC远程柜布置在循环水泵房，循环水系统设备及测点进入PLC远程柜。
2、工程师站和操作站：
系统配置1台LCD操作员站和1台LCD工程师站，每台操作站都是全功能操作站，两套全功能操作员站分别用于汽机、电气及循环水、减温减压的参数进行连续监视和控制对象的控制。
3、操作台：
系统配置操作台（3单元）放置在控制室，其上布置操作站，并设置紧急停汽机、发电机按纽及重要设备的启停按钮。
4、仪表盘：
仪表盘布置在控制室，操作台前方，其上布置有闪光报警器、重要信号二次表、TSI仪表、505E、超速保护装置，作为运行操作的后备操作盘。
5、就地盘：
安装在汽机头前方，其上布置了一些重要的压力就地仪表，在汽机开机时使用，开机时就地人员能够方便的看到各部分参数。
四、系统功能：
1、ETS系统：
ETS系统独立于主机控制系统，设置独立的控制屏。
与PLC控制柜布置在一起，现场来停机信号直接进入ETS控制屏经继电器扩展后，一付送ETS控制屏用于继电器逻辑控制紧急安全停机；另一付送主机控制系统进行历史记录。
2、循环水系统：
循环水泵功能子组采用远程站控制，循环水泵、阀门及冷却水系统作为SCS中的独立的远程控制站，既能在主机控制系统运行员站上控制，又可以在现场控制盘上操作。
3、油系统：
油系统包括交直流润滑油泵、高压油泵，电控油泵，油系统包括了润滑油系统和高压抗燃油系统，测点进入控制系统。
4、汽机调节系统
汽轮机的调节由汽机厂配置的505E完成，包括汽机转速、汽机负荷、汽机抽汽压力调节，安装在仪表盘内。
5、数据通讯
数据通讯系统将各分散处理单元、输入/输出处理系统及人机接口和系统外设联接起来，保证可靠和高效的系统通讯。
连接到数据通讯系统上的任一系统或设备发生故障，不会导致通讯系统瘫痪或影响其他联网系统和设备的工作。
通讯总线的故障不会引起机组跳闸或使DPU停止工作。
挂在数据通讯总线上的所有站，都能接受数据通讯总线上的数据，并可向数据总线上发送数据。
通讯总线敷设时应避开高频强电设备，如变频器，避免与动力电缆平行敷设，以消除数据传送过程中的误差和干扰。
数据通讯总线敷设时必须采用金属保护管，以防止外界损伤。
电站主控系统要预留2个通讯接口，一个用于和干熄焦主控系统通讯，通讯采用以太网方式通过光纤口相连，另一个用于电气综合保护系统。
6、其它系统：
（1）凝结水子组项
包括凝结水泵、凝结水管路阀门等。
（2）凝汽器子组项
包括凝汽器循环水进、出口阀门等。
（3）凝汽器真空系统子组项
包括射水泵、射水抽汽器、管路有关阀门等。
（4）汽机轴封系统子组项
包括轴封供汽阀门，汽机本体疏水阀门等。
（5）汽机蒸汽管道疏水阀子组项
包括主蒸汽、再热汽、排汽管道疏水阀门等。
（6）轴封压力、轴封温度控制
7、系统网络：
系统网络图如下：
8、系统电源：
系统配置1台电源分配柜。
外部由2路220VAC±10%，50Hz±1Hz单相电源供电，这二路电源中的一路来Ⅰ段厂用电源，另一路来自Ⅱ段厂用电源，其中一路厂用电进入UPS装置，UPS输出电源与另一路厂用电在电源分配柜内组成两套互相隔离的供电电源，向系统内各设备供电。
除外部接受上述二路电源外，在各个机柜和站内部配置相应的冗余电源切换装置和回路保护设备，并用这二路电源在机柜内馈电。
机柜内有二套冗余直流电源。
这二套直流电源都具有足够的容量和适当的电压，满足设备负载的要求。
任一路电源故障都报警，二路冗余电源通过二极管切换回路耦合。
在一路电源故障时自动切换到另一路，以保证任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电和机组的正常运行。
9、系统接地：
、过程控制器DPU
、系统接地（TE）
确保可靠接地即可，阻抗在5欧姆范围之内，相互间在2欧姆内。
、屏蔽接地（PE）
这种接地用于机柜内，作为I/O卡件的信号返回接地和屏蔽电缆接地，PE是一根铜排。
所有机柜的PE接地线汇总后接到电气主接地网，阻抗在5欧姆范围之内，相互间在2欧姆内。
、操作站的接地
、操作站主机的接地
操作站主机装在机柜中，主机接地要求同CPU相同。
主机通过铜排确保接地，接地电阻小于1欧姆。
、操作站外设的接地
外设通过操作站接地。
外部设备接地由三线插座完成。
在某些情况下，外设可能被安置在远离工作站的地方。
在这种情况下，外设必须被接入一个与系统地线相连的电源上（或按主机控制系统的要求单独接地）。
五、逻辑功能：
1、模拟量控制系统（MCS）
模拟量控制系统主要以死循环控制为典型，包括下列回路，子回路间相互协调动作，使机组能安全、快速、稳定地响应所有工况下负荷变化要求，这些回路是：
·凝汽器水位调节
·减温减压器温度调节
·减温减压器压力调节
1.1凝汽器水位调节
控制方式：
单PID+模拟量手操
调节对象：
凝汽器水位
设定值：
执行机构：
凝结水再循环调节门
调节参数：
P:
I:
D:
动作规律：
当PV>REMOTESP+死区时，调节门自动关小；当PV1.2减温减压器温度调节
控制方式：
单PID+模拟量手操
调节对象：
减温减压器温度
设定值：
执行机构：
减温减压器温度调节门
调节参数：
P:
I:
D:
动作规律：
当PV>REMOTESP+死区时，调节门自动开大；当PV1.3减温减压器压力调节
控制方式：
单PID+模拟量手操
调节对象：
减温减压器压力
设定值：
执行机构：
减温减压器压力调节门
调节参数：
P:
I:
D:
动作规律：
当PV>REMOTESP+死区时，调节门自动开大；当PV2、顺序控制系统（SCS）
SCS分为三级，由设备操作保护级、设备联锁级组成。
设备是指电动门、电动机、电磁门、电动执行机构等。
设备操作保护级是SCS的基础级。
操作人员通过CRT键盘对各台设备分别进行操作，实现单台设备的启停，在出现危险工况时，自动启停/开关设备。
设备联锁级是指两个设备之间的联动。
功能组级，操作人员发出功能组启动指令后，同一功能组的有关设备将按预定的操作顺序和时间间隔自动启动。
对所有设备进行相应的分类，并为同类型的设备设计通用的控制功能块，使编程标准化。
受控设备表
序号
设备名称
设备类型
1
减温减压器入口电动门
FVL_BT
2
减温减压器出口电动门
FVL_BT
3
汽机主蒸汽电动门
FVL_BT
4
电站1＃循环水泵
FMT_ST
5
电站2＃循环水泵
FMT_ST
6
电站3＃循环水泵
FMT_ST
7
电站1＃循环水泵进口门
FVL_BT
8
电站1＃循环水泵出口门
FVL_BT
9
电站2＃循环水泵进口门
FVL_BT
10
电站2＃循环水泵出口门
FVL_BT
11
电站3＃循环水泵进口门
FVL_BT
12
电站3＃循环水泵出口门
FVL_BT
13
汽机胶球清洗泵
FMT_ST
14
汽机循环水甲侧进电动门
FVL_BT
15
汽机循环水甲侧出电动门
FVL_BT
16
汽机循环水乙侧进电动门
FVL_BT
17
汽机循环水乙侧出电动门
FVL_BT
18
1#射水泵
FMT_ST
19
2#射水泵
FMT_ST
20
1#凝结水泵
FMT_ST
21
2#凝结水泵
FMT_ST
22
高压交流油泵
FMT_ST
23
低压交流油泵
FMT_ST
24
直交流油泵
FMT_ST
25
盘车电机
FMT_ST
26
#1EH油泵
FMT_RS
27
#2EH油泵
FMT_RS
28
加热器
FMT_RS
29
1#净环冷却水供水泵
FMT_ST
30
2#净环冷却水供水泵
FMT_ST
31
1#净环冷却水供水泵进口门
FVL_BT
32
1#净环冷却水供水泵出口门
FVL_BT
33
2#净环冷却水供水泵进口门
FVL_BT
34
2#净环冷却水供水泵出口门
FVL_BT
35
1#干熄焦循环供水泵
FMT_RS
36
2#干熄焦循环供水泵
FMT_RS
37
1#冷却塔风机
FMT_ST
38
2#冷却塔风机
FMT_ST
标准电机FMT_ST
电机类设备的软件功能主要有以下几种工作状态和启停方式：
（1）调试状态
在调试状态下，操作人员可对电机进行手动启和停操作而不受启条件或停条件的限制。
（2）检修状态
在检修状态下，电机不可进行启和停操作。
（3）软手动/自动状态
在软手动状态下，电机不参与顺序控制，转到自动状态时电机才能自动启停。
（4）启动允许/停止允许：
当未转到调试位时，只有在启动允许状态下，电机才能手动启动和顺控启动。
当未转到调试位时，只有在停止允许状态下，电机才能手动停止和顺控停止。
（5）强制启动和强制停止
当强制启动或强制停止信号为“TRUE”时，只要电机不在检修状态，电机立即启动或停止。
（6）自动启动或自动停止
当电机转到自动，电机不在检修状态，调试投入，自动启动或自动停止信号为“TRUE”时，电机启动或停止。
当电机转到自动，电机不在检修状态，调试未投入，自动启动或自动停止信号为“TRUE”且启动/停止条件满足时，电机启动或停止。
（7）手动启动和手动停止
当电机转到软手动，电机在启动允许和停止允许状态下，调试投入，不在检修状态时，操作人员可对电机进行手动启动和停止操作。
当电机转到软手动，电机在启动允许和停止允许状态下，调试未投入，不在检修状态且启动/停止条件满足，操作人员可对电机进行手动启动和停止操作。
（8）报警及确认
当下列情况之一发生时，设备模块发出报警信号
·当现场的电机送入故障信号
·启电机的DO信号发出后未在规定时间内接收到“已启”信号
·停电机的DO信号发出后未在规定时间内接收到“已停”信号
（9）电机跳闸标志位
电机在正常的远程启动后，系统没有给电机发出停止指令而电机的运行信号消失时，认为电机意外跳闸，此标志位进行显示记录报警。
单电控电机FMT_RS
软设备接口和标准电机软接口差异在FMT_RS改为单输出持续的信号。
其他接口功能和FMT_ST一致。
不可调节电动门FVL_BT
这两者的内部逻辑和标准电机基本一样，只是输入信号有所不同。
不可调电动门没有跳闸判断逻辑。
2.1汽机
1、主蒸汽电动门
无联锁条件
2、凝汽器甲侧循环水进水门
无联锁条件
3、凝汽器甲侧循环水出水门
无联锁条件
4、凝汽器乙侧循环水进水门
无联锁条件
5、凝汽器乙侧循环水出水门
无联锁条件
6、减温减压器入口电动门
无联锁条件
7、减温减压器出口电动门
无联锁条件
8、1#、2#射水泵
A运行泵跳闸，备用泵启动
B射水泵出口母管压力低低限（待设定），备泵启动
逻辑关系：
A+B
9、1#、2#凝结水泵
联锁开：
A运行泵跳闸，备用泵联动
B凝结水母管压力低（0.4Mpa），联动备用泵
逻辑关系：
A+B
10、交流高压油泵
联锁启动：
A主油泵出口油压低于0.9MPa
11、交流润滑油泵
联锁启动：
A润滑油压低于0.05MPa
12、直流油泵
联锁启动：
A润滑油压低于0.04MPa
13、盘车电机
联锁停止：
A润滑油压低于0.015MPa
14、加热器
无联锁
15、胶球清洗泵
无联锁
16、#1EH油泵、#2EH油泵
A运行泵跳闸，备用泵联动
BEH油系统油压低于（0.4Mpa），联动备用泵
逻辑关系：
A+B
2.2循环水
1、#1循环水泵
2、#2循环水泵
3、#3循环水泵
启动条件：
A循环水泵进口门已开
B循环水泵出口门已关
逻辑关系：
A·B
联锁启动：
A工作泵跳闸
联锁停止：
A泵运行延时20S
B对应的出口门未开
逻辑关系：
A·B
4、1#2#3#循环水泵进口门
无联锁
1#2#3#循环水泵出口门
联锁打开：
A对应的循环水泵运行
5、#1冷却塔风机低速
联锁停止：
A#1冷却塔风机高速运行
6、#1冷却塔风机高速
联锁停止：
A#1冷却塔风机低速运行
7、#2冷却塔风机低速
联锁停止：
A#2冷却塔风机高速运行
8、#2冷却塔风机高速
联锁停止：
A#2冷却塔风机低速运行
注：
以上联锁动作均在联锁已投入情况下有效
六、人机界面：
系统采集和处理所有与机组有关的重要测量信号及设备状态信号，以便及时向操作人员提供有关的运行信息，实现机组安全经济运行.一旦机组发生任何异常工况，及时报警，提高机组的可利用率。
至少有下列功能：
－－显示：
包括操作显示、成组显示、棒状图显示、报警显示等。
－－操作：
设备的手自动操作、联锁、保护。
－－调节：
汽机辅助系统调节等。
－－制表记录：
包括定期记录、事故追忆记录等。
－－历史数据存储和检索
1、界面布局
画面被分成三部分。
图的左上方显示两条最新报警信息，其下布置报警分区状态按钮：
从左到右是A、B、……、F；点击各个区出现的报警图名称依次为：
ALARMA、ALARMB、……、ALARMF；图的右边是系统时间、位号显示/隐藏按钮、科远公司标志、以及进入退出监视画面的按钮等。
画面大部分在中间区域，用于显示工艺流程及参数，报警，趋势和操作记录等画面。
底部为画面导航按钮区。
2、工艺流程的表现
1）、颜色
背景-------深灰色。
蒸汽-------红色。
若同一幅模拟图上有多根蒸汽管道，则根据压力或温度的高低，选择不同的红色，压力温度越高，则越红。
给水-------草绿色。
同样为了区别不同的水管，可以选择不同的绿色。
油---------黄色；同样为了区别不同的油管，可以选择不同的黄色。
空气-------蓝色。
电气：
直流110V-------褐色
交流220V-------梨黄色
交流380V-------黄褐色
交流10KV--------深蓝色
接地线---------黑色
2）、流程图
流程按工艺划分为：
a）主流程画面
显示各子流程的关键设备和关键过程检测值。
b）汽轮机热力系统流程图
主要显示入汽轮机和出汽轮机进入冷凝器的蒸汽流程图。
需要显示该流程上的所有相关的过程检测值以及气轮机组的关键过程检测值
c）汽轮机油系统流程图
包含所有油系统的检测点和润滑油冷却水的相关检测点。
d）汽轮机本体检测流程图
显示汽轮机和发电机本体组所有的参数检测值
e）循环水流程图
循环水系统所有设备和循环水入汽轮机组前的过程参数检测。
f）电气系统
显示电气系统设备供配电情况。
g）SOE报警
汽轮机事故跳闸数据记录、查询。
h）联锁投切操作画面
i）综合报警画面
j）数据趋势操作画面
k）硬件配置
显示PLC系统状态和IO测点的当前值，方便调试、检修维护。
画面导航按钮布局如下
主画面
热力系统
油系统
汽轮机本体
循环水
电气系统
联锁投切
综合报警
SOE报警
数据趋势
硬件配置
备用
3、监控功能的实现
1）、过程参数检测的显示
数据颜色----数据天蓝色。
2）电动门颜色状态：
开-------------红色；
关-------------绿色；
综合故障-------红黄闪烁
调节门的开度在设备旁边显示
检修---设备背景天蓝色
3）电机颜色状态：
启动-----------红色
停止-----------绿色
综合故障------红黄闪烁
检修---设备背景天蓝色
电机的电流在设备旁边显示
3）、设备操作子画面
如上，显示该设备的已开，已关，正在开，正在关，检修，综合故障信息。
有启动、停止、检修、报警复位操作按钮
4）、PID操作子画面
显示设定值、回馈值、输出值的棒状图。
操作设定值、手/自动切换、手动输出值、PID参数。
操作弹出设定值、回馈值、输出值趋势画面的按钮。
5）、SOE报警
专用的SOE报警记录软件。
6）、联锁投切操作画面
设备的联锁投切操作，对设备联锁启动或联锁停止的点以设备为单位操作。
7）、综合报警画面
需要归入报警记录的信号：
a）设备故障
b）设备跳闸报警
c）模拟量限值
d）联锁触发信号
报警根据工艺流程可划分为以下几个报警区：
a）系统故障
b）汽机热力系统报警区
c）油系统报警区
d）凝结水系统报警区
e）汽轮机本体报警区
f）循环水系统报警区
报警产生时，报警所在区的切换按钮闪烁，点击该按钮切换到该报警区，然后可以查看和确认产生的报警。
报警标签内容至少包括：
报警日期，时间，描述，过程值标签名
要求记录至少一个月的历史报警。
8）、趋势
需要进行数据归档的有：
a）所有模拟量标签
归档采样周期：
3S
至少保存一个月的趋势
要求可以查找任意时间的历史数据
对归档标签进行合理分组，以方便操作时调出
9）、操作记录
需要保存的记录内容有：
a）远方/就地信号的变化
b）联锁投/切信号的变化
c）调试投/切信号的变化
d）手动操作启/停信号的变化
e）所有DO信号的变化
f）急停/复位信号的变化
至少保存一个月的操作记录
内容至少包括：
日期，时间，描述，当前值，标签名
10）、报表
a）根据工艺要求决定具体需要打印报表的记录
b）报表记录的归档时间为整点，如果系统出现问题就记录最后一次正常的数据。
c）连接网络打印机，2台操作站均可以随时召唤打印，功能相同。
11）、硬件配置
此画面可以监视控制器系统的健康状态和各IO通道的当前值，方便调试和维护。
12）、小数点位数
标准测点标注小数点位数符合以下要求：
对于工程量程宽度在0~10的保留二位小数点；
对于工程量程宽度在10~500的保留一位小数点
对于工程量程宽度在500以上的不保留小数点；
4、安全区设计
对系统操作权限和安全区进行合理的设定，不仅有利于用户安全生产和管理，而且避免运行人员误操作，同时能够方便、清楚的分析由于操作错误引起的事故。
其中画面和操作均需设置权限级别，这样的系统可以保证任何人员不可能进行其权限以外的任何操作。
（1）、安全区规定如下：
按级别分为：
SUPER（超级用户），OPER（操作员）；
（3）、登录身份规定如下：
SUPER（超级用户）,密码暂定为“njkeyuan”，具有系统所有操作显示的功能，可以切换到编辑状态，修改组态，投入生产时可以根据需要修改密码。
OPER（操作员），可以设置多个操作员用户，密码为暂定为“123456”，可以进行所有用户功能的操作，但是不能退出系统以及对软件进行编辑，投入生产时可以根据需要修改密码。
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