循環(huán)水泵房自控系統(tǒng)全面升級改造-2012.4END

1、循環(huán)水泵房自控系統(tǒng)全面升級穩(wěn)定性改造摘 要：為了解決全廠循環(huán)供水安全和可靠，對其通訊、控制、變頻、應(yīng)急供電供水方面進(jìn)行了全面升級穩(wěn)定性改造，此次改造主要采用了集中監(jiān)視、分散獨(dú)立控制技術(shù)理念和事故應(yīng)急供電供水，從而達(dá)到了循環(huán)供水不間斷、不停機(jī)、無事故。關(guān)鍵詞：通訊；控制；變頻器；組態(tài)；集中監(jiān)視、分散獨(dú)立控制；應(yīng)急供電供水；1 系統(tǒng)要求工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)是為全廠生產(chǎn)設(shè)備實(shí)施水冷卻而配置的，特別是給高溫退火爐供水，退火爐運(yùn)行時(shí)分為抽真空、升溫、保溫、降溫四過程，在此過程中生產(chǎn)不能中斷，一旦供水中斷、壓力不穩(wěn)定，輕則影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性，重則高溫爐耐火材料熔毀，退火爐和產(chǎn)品都將報(bào)廢，給設(shè)備和生產(chǎn)造成巨大損失。

2、所以循環(huán)水泵房供水自控系統(tǒng)是保證全廠生產(chǎn)用水的關(guān)鍵，為了安全供水，對循環(huán)水泵房自控系統(tǒng)主要要求為：1、 保證穩(wěn)定性供水，供水不能中斷。2、 保證合理壓力區(qū)間供水，供水壓力波動(dòng)不能超過范圍。3、 保證供電，一旦供電異常，立即使用應(yīng)急供電供水?；谝陨显?，對原系統(tǒng)進(jìn)行了全面升級穩(wěn)定性改造。2原系統(tǒng)存在的問題2.1原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)循環(huán)水泵房原系統(tǒng)采用的集中監(jiān)控方式，監(jiān)視和控制都集中在工控機(jī)組態(tài)上，控制系統(tǒng)分為三層：第一層為工控機(jī)組態(tài)，第二層為PLC，第三層現(xiàn)場設(shè)備（變頻器、軟啟），即兩級樹型通訊方式：第一級組態(tài)通過工業(yè)以態(tài)網(wǎng)與PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，第二級PLC通過Profibus DP與變頻器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換

3、。系統(tǒng)組成：中控室為1臺(tái)工控機(jī)（IFIX組態(tài)）+1套PLC（S7-300）組成集中監(jiān)控，就地采用一拖二+一拖三拖動(dòng)共計(jì)5臺(tái)110KW水泵2個(gè)子系統(tǒng)，一拖二子系統(tǒng)（1臺(tái)90KW變頻+1臺(tái)110KW軟啟）和一拖三子系統(tǒng)（1臺(tái)90KW變頻+1臺(tái)110KW軟啟）。原系統(tǒng)自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2原系統(tǒng)存在的問題、通訊及組態(tài)控制方面存在的問題 組態(tài)控制和通訊采用兩級樹型結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)為三級串聯(lián)，任一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，如PLC、計(jì)算機(jī)或變頻器出現(xiàn)故障，都會(huì)造成無法運(yùn)行或操作，此系統(tǒng)受PLC、工控機(jī)、變頻器三層制約，出現(xiàn)故障后又需如下排除故障步驟：第一步：人為進(jìn)行變頻器故障復(fù)位，需耗時(shí)3分鐘左右。第二步：建立PLC與變頻

4、器之間OPC通訊；需耗時(shí)1分鐘左右。第三步：建立組態(tài)與PLC之間通訊；需耗時(shí)1分鐘左右。第四步：工控機(jī)開機(jī)，操作人員進(jìn)行啟/停操作，需耗時(shí)2分鐘左右。可見，每次故障后，達(dá)到正常供水壓力需耗時(shí)7分鐘左右，在絕對不允許停機(jī)停水的工礦條件下，以上通訊控制方式是存在嚴(yán)重設(shè)計(jì)缺陷的，需對其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改。、控制方面存在的問題原系統(tǒng)采用一拖三+一拖二控制水泵方式，優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約資金，一次性投入小。缺點(diǎn)：采用了一拖三和一拖二一用一備控制方式，避免了一套系統(tǒng)失效，無法運(yùn)行，雖然底層為兩套系統(tǒng)一備一用，但是頂層監(jiān)控組態(tài)、PLC、供電卻只有1套。缺點(diǎn)是一旦頂層癱瘓，由于采用的是頂層控制，底層也跟著癱瘓。如果想采

5、用這種控制方式，頂層設(shè)計(jì)應(yīng)為：PLC采用雙CPU互為備用，工控機(jī)采用2臺(tái)互為熱備，一拖三為1#線路供電，一拖二為2#線路供電，雙回路供電，這樣才更加可靠，但如果實(shí)現(xiàn)以上方式，一次性投資又會(huì)比較大，達(dá)不到即省錢又可靠運(yùn)行的目的。、變頻器選型存在的問題原系統(tǒng)循環(huán)水泵為110KW，變頻器選型為90KW重載型，設(shè)計(jì)者考慮到了循環(huán)水泵為輕載，90KW重載變頻器相當(dāng)于110KW輕載，在選型上沒有問題，可在實(shí)際使用中變頻器經(jīng)常過載保護(hù)，最高頻率設(shè)定為45KW，有時(shí)還過流保護(hù)，設(shè)計(jì)者只是教條的引用了選型手冊，沒有考慮到現(xiàn)場的情況，現(xiàn)場變頻器柜離水泵房距離過遠(yuǎn)，大概為150米，超出了變頻器手冊上的合理距離，還有

6、循環(huán)水泵需長時(shí)間運(yùn)行，最少運(yùn)行2個(gè)月不停機(jī)，在長時(shí)間超距離運(yùn)行過程中，不可避免出現(xiàn)臨時(shí)瞬時(shí)過載，90KW變頻器存在選型過小，沒有預(yù)留余量，就會(huì)造成經(jīng)常過載或意外停機(jī)。、組態(tài)IFIX英文版存在的問題上位機(jī)操作界面使用了國際上通用的IFIX英文版軟件，沒有考慮到操作人員的使用水平，操作人員大部分不熟悉計(jì)算機(jī)，更沒學(xué)過英文，英文軟件的確不適合現(xiàn)場使用。組態(tài)上操作各泵的運(yùn)轉(zhuǎn)，先要選擇泵是變頻還是軟啟，再要給變頻器輸入運(yùn)行頻率，然后啟動(dòng)變頻或軟啟運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行某臺(tái)泵都需三步，增加了操作人員工作量，而此三步完全可以在PLC中一步完成。總之，操作人員因看不懂英文，操作時(shí)都靠平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)和死記硬背，日常操作勉強(qiáng)可為

7、，一旦出現(xiàn)事故，手忙腳亂時(shí)無從下手，人為增加了難度。、原系統(tǒng)供電存在的問題原系統(tǒng)配電室為兩路供電，但互不相聯(lián)，循環(huán)水系統(tǒng)供電主電采用1#進(jìn)線，備用電采用電源進(jìn)線備自投，備用回路引入了2#進(jìn)線。雖然考慮到了2路供電，表面和理論上看沒有問題，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急供電應(yīng)急供水，可是當(dāng)1#主線路出現(xiàn)電壓不穩(wěn)，自動(dòng)切換到2#備用線路，1#主線路恢復(fù)后自動(dòng)切回的過程中，供電會(huì)有短時(shí)中斷，變頻器是敏感設(shè)備，會(huì)因缺相立即停機(jī)，變頻器故障保護(hù)，造成一次停水；當(dāng)人為恢復(fù)變頻器故障后，正在2#備用線路運(yùn)行時(shí)，1#主進(jìn)線電壓恢復(fù)，自動(dòng)切回到1#主進(jìn)線，切換過程中，又會(huì)造成短時(shí)供電中斷，造成二次停水?？梢婋娫磦渥酝峨p回路供電也是

8、造成不穩(wěn)定供水的一個(gè)重要隱患。3 系統(tǒng)改造3.1改造方案的確定此次系統(tǒng)控制方式改造牽扯到整個(gè)工廠生產(chǎn)，如果簡單的推倒重來，必定造成原有設(shè)備的浪費(fèi)，系統(tǒng)推倒重建不僅考慮到投資過大，還關(guān)系到長時(shí)間停水，會(huì)造成工廠停產(chǎn)損失巨大。針對以上問題，此次改造定位為不停水全面升級穩(wěn)定性改造，要求：改造過程中不能停水，原有設(shè)備盡可能使用，只做關(guān)鍵性、節(jié)點(diǎn)性、瓶頸性改造，爭取作到投入小、見效快、穩(wěn)定性高。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際查驗(yàn)，開會(huì)反復(fù)溝通，形成如下方式：集中監(jiān)視，分散獨(dú)立控制和應(yīng)急供電供水。簡化為兩獨(dú)立控制改造兩集中監(jiān)視修改，獨(dú)立控制改造為應(yīng)急供電供水和變頻器獨(dú)立控制改造，集中監(jiān)視為PLC、組態(tài)集中監(jiān)視進(jìn)行程序修改和

9、完善。3.2改造實(shí)施步驟具體實(shí)施分步如下： 先進(jìn)行應(yīng)急供電供水獨(dú)立控制改造：增加1臺(tái)110KW軟啟和1臺(tái)微控器，使3號泵進(jìn)行獨(dú)立回路供電和獨(dú)立回路控制，一旦改造過程中意外供水中斷，可立即啟動(dòng)應(yīng)急供電供水。 然后進(jìn)行變頻柜獨(dú)立控制改造：更換2臺(tái)110KW變頻器，使其足夠帶動(dòng)110KW循環(huán)水泵，增加4臺(tái)微控制器獨(dú)立控制各泵運(yùn)轉(zhuǎn)，采用一拖一獨(dú)立控制，互相不受影響，也不受PLC和上位機(jī)影響，故障后能自動(dòng)恢復(fù)，并立即啟動(dòng)不需要人為操作。 再次PLC程序和控制方式進(jìn)行修改：PLC只做監(jiān)視和采集分析數(shù)據(jù)，并對程序不完善的地方，進(jìn)行了優(yōu)化處理。 最后進(jìn)行組態(tài)修改，組態(tài)更換為組態(tài)王，并對其畫面進(jìn)行了優(yōu)化，對其操

10、作進(jìn)行了簡化，增加了歷史數(shù)據(jù)庫、歷史曲線、報(bào)警記錄等功能，使操作簡便，一鍵即可完成啟/停，使出現(xiàn)故障有數(shù)據(jù)可查詢。對系統(tǒng)電壓、電流、運(yùn)行、故障、壓力、液位、頻率等參數(shù)形成歷史記錄，可以實(shí)時(shí)查閱。新系統(tǒng)自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.3新系統(tǒng)需解決的問題通訊方面 雖然上位機(jī)還是采用了集中監(jiān)視，但是下位機(jī)（底層）卻采用了獨(dú)立控制，增加了5臺(tái)微型控制器，分散了上位機(jī)集中監(jiān)控的風(fēng)險(xiǎn)，即使上位機(jī)癱瘓，下位機(jī)通過微型控制器照常工作，操作人員也可通過控制器監(jiān)視壓力、電流、電壓、頻率等時(shí)時(shí)狀態(tài)，不影響任何工作?？刂品矫?拋棄了一拖三和一拖二系統(tǒng)，在沒有增加較到投入的情況下，采用了一拖一獨(dú)立控制，任何變頻器和軟啟停機(jī)，不影響

11、其它泵的運(yùn)行。 增加了自動(dòng)復(fù)位、自動(dòng)重啟動(dòng)功能，重啟次數(shù)限制為5次，出現(xiàn)故障后，相應(yīng)的微型控制器發(fā)出自動(dòng)重啟信號，自動(dòng)復(fù)位變頻器故障，自動(dòng)再次啟動(dòng)。 增加了1#變頻器運(yùn)行時(shí)，2#變頻器自動(dòng)熱備，一旦1#故障，2#立即啟動(dòng)，反之一樣，1#軟啟和2#軟啟也同樣互為備用。 增加了1#進(jìn)線供電癱瘓或壓力低于0.3Mpa，立即啟動(dòng)3#應(yīng)急供水系統(tǒng)，進(jìn)行供水。變頻器選型方面變頻器選型方面，經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)查勘，資料充分查閱，召集專家會(huì)議反復(fù)論證，最后決定變頻器選為110KW通用型，通過3個(gè)月使用，沒有1次過載、過流保護(hù)，驗(yàn)證了此次選型的正確，避免了選型過低，過載保護(hù)頻繁，選型過高，投入太大。組態(tài)程序方面 組態(tài)

12、跟換為中文版組態(tài)王，組態(tài)王為國產(chǎn)軟件，經(jīng)本廠多年不同部門和生產(chǎn)線使用，證明軟件可靠、簡潔、易用，便于操作和維護(hù)人員接受。 對組態(tài)畫面進(jìn)行了優(yōu)化，對操作進(jìn)行了簡化，增加了歷史數(shù)據(jù)庫、歷史曲線、報(bào)警記錄等功能，使操作簡便，一鍵即可完成啟/停，使出現(xiàn)故障有數(shù)據(jù)可查詢。對系統(tǒng)電壓、電流、運(yùn)行、故障、壓力、液位、頻率等參數(shù)形成歷史記錄，可以實(shí)時(shí)查閱。 組態(tài)操作：各泵啟/停一鍵進(jìn)行，不需先選擇變頻、軟啟、工頻，然后變頻設(shè)定頻率、變頻器啟動(dòng)，現(xiàn)只需一鍵完成。 記錄：增加各泵運(yùn)行時(shí)間記錄，各泵運(yùn)行、故障記錄，增加壓力、液位記錄。 報(bào)警：只對液位、壓力進(jìn)行聲音報(bào)警，其它報(bào)警只在組態(tài)中顯示和記錄，不進(jìn)行聲音報(bào)警。

13、應(yīng)急供電供水方面針對供電方面切換過程中，供電短暫缺失，變頻器因缺相故障停機(jī)，新系統(tǒng)提出了應(yīng)急供電、應(yīng)急供水概念，確保了供水的可靠性。應(yīng)急供電：拿出3#泵進(jìn)行獨(dú)立供電（直接2#線路供電），一旦1#線路癱瘓，3#泵能立即投入使用。應(yīng)急供水：拿出3#泵進(jìn)行獨(dú)立供水，一旦供水壓力低于0.3Mpa，3#泵立即投入使用。3.4改造后的效果 3.4.1功能對比改造前后的效果對比表名稱對比功能依賴性穩(wěn)定性可操作性組態(tài)改造前集中監(jiān)控嚴(yán)重高低改造后集中監(jiān)視無中高PLC改造前集中控制嚴(yán)重高低改造后集中采集無高高變頻、軟啟柜改造前一拖多集中控制嚴(yán)重高無改造后一對一獨(dú)立控制無高高應(yīng)急供電、供水改造前無應(yīng)急改造后增加應(yīng)急

14、回路有高高控制方式改造前集中監(jiān)控嚴(yán)重低高改造后集中監(jiān)視、分散獨(dú)立控制無高高 通過改造前后的效果對立表，可看出改造后主要采用了集中監(jiān)視、分散獨(dú)立控制和應(yīng)急供電、供水回路兩種手段，集中監(jiān)視、分散獨(dú)立控制對各環(huán)節(jié)嚴(yán)重?zé)o依賴性，增加了可靠性和可操作性，并且應(yīng)急供電、供水回路起到了備用保護(hù)作用。3.4.2壓力曲線對比 改造前壓力曲線如下圖 改造后壓力曲線如下圖 通過改造前后壓力曲線，可以分析出改造前壓力曲線變化鋸齒明顯，遇到事故后壓力變換過大，有斷水情況且持續(xù)時(shí)間長，由于有各別時(shí)段有斷水可能，造成系統(tǒng)穩(wěn)定性差。改造后壓力曲線變化不明顯，并且無斷水情況，即使遇到事故也能立即恢復(fù)供水。4 結(jié)論通過此次改造，徹底解決了通訊方面、系統(tǒng)控制、變頻器本身、組態(tài)操作等方面存在的重大安全問題，改造簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能。經(jīng)過3個(gè)月長時(shí)間運(yùn)行，沒有造成一次供水事故發(fā)生，驗(yàn)證了新系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，