自动化软件在油田油井监控系统中现场应用整体方案.doc

油井监控系统应用背景： 在我国油井的数据采集基本上靠人工完成，采油工都必须到现场采集油井示功图、平衡度、油压、油温及产液量等井口生产数据，工人劳动强度大，且数据的准确可靠性完全依赖于采油工人的工作责任心。海上油田的生产管理则更加困难，常常要借助于庞大的集输管线及增加采油平台来降低现场管理难度，采油井的生产参数经常受到天气变化和交通工具的影响无法正常获得，严重影响了油井的自动化管理。应用油井远程监控系统（RUT/SCADA）对于实现油井管理的自动化、提高工作效率、保证数据采集的准确性及加强现场事故应急处理等都具有非常重要的意义。解决方案： 利用GSM移动通讯网络短信息服务快捷的性能和想对低廉的收费，研制开发了一种用于分布式井群生产的监控系统，可直接应用于油井地比较分散的采油生产企业，满足了油田生产监控网络所要求的高可靠性、高实时性和维护方便性。 系统组成及其功能 该系统采用由单台监控服务器和多监控终端并行运行方案，每口油井作为一个终端单元，实时采集下接的(仪表负荷传感器、电流互感器、电压互感器、功率因数变换器)信息，自主运行。监控终端可以选用有线或无线两种通信方式与监控服务器交换数据，在油井现场用笔记本电脑RS232C直接电缆连接进行参数修改和数据传载，此时笔记本电脑充当监控服务器，使系统方便的运行；对于中心控制室，监控终端可以通过GSMmodem和监控服务器进行数据交换，但是通信费用比较高而不可取，当然也可以通过无线数传电台进行数据交换，通过实际应用的数据交换量的比较，有效的油井数据量一般不超过一条段信息的容量，经过试验检测我们知道作为最大的数据交换示功图也不过160个字符（测量周期100ms，冲程周期67s），因此选GSM短信息方式进行必要的数据交换完全满足。监控终端根据设定的需要把油井抽油机工作状况以短信息的方式发送到监控服务器，监控服务器对数据进行分类保存、统计供管理人员查询、分析。工作人员可以在监控服务器根据需要以短信息的方式向终端发送控制命令，控制抽油机的运行和获取抽油机的工作状况。整个系统由单井数控单元、中心控制室和GSM网络组成。单井数控单元其中单口油井监控单元包括：RTU、信号处理模块和短信模块。1.1 RTU设计 RTU作为监控单元功能实现终端，选用ZWORLD公司生产的RCM2300核心模块，RCM2300模块包括：工作在22.1MHz上的微处理器Rabbit200;128K SPAM和256K Flash；29个I/O线，17个可设置的I/O、8个固定输入、4个固定输出；3个通用串口；5个8位定时器和1个带2个匹配寄存的10位定时器（5个定时器成对级联）。根据需要我们扩展输入输出通道为：4路继电器输出，4路数字量输出，8路块数字输入，4路12位分辨率420mA电流模拟量输入，4路12位分辩率05V模拟量输入，2路12位的分辨率04V模拟量输出，1个RS485端口，2个3线的RS232或者一个5线的RS232端口。相应的在开发平台Dynamic C上用单根接口电缆把PC串行口和基于Rabbit2000的目标系统连接起来就可实现软件的开发,系统集编辑、编译、链接、调试、下载于一体，可快速的进行目标系统软件的开发。 监控终端的功能是根据检测的抽油机工作状态，判断抽油机的工效，适时的对抽油机进行起停操作，保障油机的机械及其电气设备的安全的同时，提高单口油井的产效。1.2 信号处理模块 对于不同的油井可能需要配备不同的一次仪表。还有企业原来遗留的一些不同信号的仪表，特别是油机必备的负荷传感器，其输出信号一般是010mV，但是随着使用时间的递增负荷零点会有变化，将直接影响到控制功能的实现，所以我们专门针对负荷传感器设计了调理模块， 除完成将010mV电压信号转换成420mA电流信号外，还要负责处理好随温度和时间变化的影响。1.3 短信模块 在应用中监控终端和监控服务器通过RS232接口连接短信模块来发送和接收GSM短消息，完成数据交换功能。 终端控制软件设计 监控终端RTU系统软件不仅要实时采集抽油机数据，实时控制抽油机的运行，还要对各种信息进行处理，抽油机本身负荷功图、电流图、功率因数图等都是大数据量的处理，所以系统软件的设计必须是一个多任务系统。ZWORLD公司软件开发平台DynamicC是一个开放C语言开发环境，提供有丰富的库函数，可以开发出多任务系统。 终端控制软件功能设计采用模块化设计，主要包括三个方面：数据采集与处理功能模块、逻辑处理功能模块、I/O驱动模块、通信模块。1) 采集与处理功能模块：需要采集的模拟数据有光杆负荷、电机电流、电机电压，电机功率因数和其它的油井管道压力等数据，数字量信息包括电机状态（运行和停止）、系统运行方式（手动/自动），位置开关状态等。对模拟数据进行量化处理为相应的可视化图形并按一定的时间规律间隙存储，对数字量信息需要进行抗干扰处理，防止假错信息进入。2）逻辑处理功能模块：控制系统的目的是要控制的一系列动作，根据采集的信息识别当前抽油机的工作状态，按照抽油机的工作原理和油井的变化规律，控制和预测抽油机的动作。抽油机的控制功能主要包括：空抽控制、时间定点控制、连喷带抽控制，根据用户的实际应用设定需要的控制功能的同时，记录出现的所有运行故障。3）I/O驱动模块：这一部分主要是针对输入、输出耗损时间较多的缘故，把所有输入输出放在一个任务里面集中处理，有利于提高系统的实时性。控制实现声音和灯光闪烁的报警功能。4）通信模块：通信功能我们实现了两种方式，在工作现场通过RS232接口通信的Modbus协议和基于GSM短信息的无线传递方式。中心控制室 中心控制室可以采用任何一种高级语言vb,vc等开发出相应的上位机软件，实现对采集数据的分析存储。这里不再详述。GSM网络 GSM （Groupe Speciale Mobile )广泛用于欧洲及亚洲地区的通讯网路, 为数字蜂巢 (DIGITAL CELLULAR) 式通讯技术的标准之一， 透过此一通讯标准让远程的笔记型计算机及个人数字助理等行动装置得以相互连系、交换讯息。相关产品:RCM2300控制器模块22.1 MHz的时钟，256K的Flash,128K的SRAM, 7个定时器, 时间/日期时钟，29个通用 I/O, 看门狗定时器和4个串口。油田油井自动化监控系统解决方案摘要：阐述油田油井的工作状况，最后采用EVOC的EIP平台和利用现有的工业控制技术，实现国内油田油井无线遥控遥测系统。关键词：EIP RTU 无线遥控遥测Summary：Illustrate the working status of oil field well,and choose the EVOC EIP platform and combine the advanced industry control technology;realize the wireless remote control and measure system of oil field well.Key words :EIP RTU Wireless Remote Control and Measurement 系统概述油田油井大多都分布在各采油场，油井工作状况的监测和控制，一直是采油场一项重要和困难的内容，一般的油井大多为油井巡视员或维修工定期巡回检查，随着油田现代化管理水平的不断提高，早期的巡视员方式已逐渐被油井无人值守所代替。研祥采用EIP平台与目前现有的工业控制技术，整合出适合国内油井实际情况的无线遥控遥测系统。系统构成本系统结构如图1所示，系统主要由采油场监控中心和油井无线遥测遥控主机、传感器、电机控保装置等组成。采油场监控中心一般设置在矿部、办公室或其它监控调度部门，包括有一台工业控制计算机、一台激光打印机和监控中心收发信机以及油井无线遥测遥控主机（RTU）等部件。系统工作方式 油井工作状态传感器主要有温度传感器，电压传感器，电机电流传感器，被监控开关断/合传感器，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至远程智能无线RTU。本系统留有扩展接口，可根据油井实际现场控制情况进行增加。油井RTU由带有A/D，D/A变换器的高性能的单片机，电源管理电路，蓄电池供电电路以及无线数传电台组成。A/D变换将传感器送来的表示油井状态的模拟信号变成数字信号，再由无线数传电台进行信号处理和调制，以射频信号的形式幅射到空间。电源管理电路是用来监测交流电源用，一旦交流电源断电，自动转为畜电池供电。当交流供电正常时，又恢复由交流电源供电并对蓄电池充电，始终保持RTU供电正常。如图2所示。 监测中心收发信机从空中接收到由油井遥控遥测主机的信号后，通过对射频信号放大、解调，恢复成数传信号送中心工业控制计算机处理计算，实时监测油井工况。当有异常时，中心工业控制计算机立即向油井遥控遥测主机发出控制命令，控制电机停机待修。这样可以实现整个系统的自动化运行，无人职守进行整个系统的监控。系统配置说明系统主要功能1）、油井工作状态监测 a、 抽油机电源电压监测 b、 抽油机电源电流监测 c、 电机开/关监测 d、 漏油，盗油监测2）、 油井实时故障报警 a、 电压过压、欠压报警 b、 电流过流报警 c、 抽油机停报警 d、 漏油，盗油报警3）、 监测数据统计和打印 耗电量，故障情况实时电脑显示和统计报表打印。4）、扩展功能： 本系统留有扩展口，可根据油井情况和客户需求增加。井口温度监测，井口油压监测，井口套压监测。系统工程设备组成 1）、 传感器组件 2）、 油井无线遥测遥控主机 （油井RTU） 3）、 监控中心收发信机 4）、 控中心系统软件（可使用通用版组态软件） 5）、 监控中心计算机（研祥工控整机）系统优点 1）、 采用国内工控机产品，具有高的性价比，同时具有完善的售前和售后服务； 2）、 灵活的通讯方式，满足现代化的需求，在通讯上有稳定可靠的技术保障； 3）、 工控机与RTU一起发挥强大的作用，实现整个系统的自动化控制，无需花费价格昂贵的PLC控制器； 4）、整个系统组态非常方便，同时缩短整个系统的开发时间；系统评价 在该监控系统中，使用组态软件和无线数传电台，系统无线遥测遥控主机（RTU）将检测到的单口采油井的现场状态，通过无线方式传送给监控中心，从而实现各单井状态的集中监控，减少人员投入，有力的缩短油井故障发现和排除时间，极大的提高了生产效率，同时系统的性价比特高，无需采购价格昂贵的PLC控制器。另外，本系统还非常适合输油管漏油，盗油监测，在多家采油场中使用，取得了较好的经济效益和社会效益。参考文献：中国石油文献数据库自动化软件在油田油井监控系统中现场应用整体方案北京昆仑通态自动化软件科技有限公司是国内的一家高科技企业，公司主要从事专业自动化软件的开发，应用系统的集成，并向用户提供从硬件到软件的总体设计方案。产品遍布石油、化工、冶金、矿山、运输、机械、食品等几十个行业，并应用于全国乃至世界的众多工业控制现场。值此之即，我们向大家介绍昆仑通态公司产品在油田油井监控系统中现场应用整体方案。一、 概述 油田油井大多都分布在各采油场，油井工作状况的监测和控制，一直是采油场一项重要和困难的内容，一般的油井大多为油井巡视员或维修工定期巡回检查，随着油田现代化管理水平的不断提高，早期的巡视员方式已逐渐被油井无人值守所代替。我公司研制开发了一套利用SCADA工业控制技术，适合国内油井实际情况的无线遥控遥测系统。在该系统中，使用MCGS通用版组态软件和无线数传电台，系统无线遥测遥控主机将检测到的单口采油井的状态，通过无线方式传送给监控中心，从而实现各单井状态的集中监控，减少人员投入，缩短油井故障发现和排除时间，极大的提高了生产效率。另外，本系统还非常适合输油管漏油，盗油监测，在多家采油场中使用，取得了较好的经济效益和社会效益。二、系统基本构成系统主要由采油场监控中心和油井无线遥测遥控主机、传感器、电机控保装置等组成。采油场监控中心一般设置在矿部、队部或其它监控调度部门，包括有一台计算机，一台打印机和监控中心收发信机。油井无线遥测遥控主机（RTU）油井工作状态传感器主要有温度传感器，电压传感器，电机电流传感器，被监控开关断/合传感器，它们将油井的工作状态变换成对应的电压或电流值送至远程智能无线RTU。本系统留有扩展接口，可根据油井实际情况增加。RTU由带有A/D，D/A变换器的高性能的单片机，电源管理电路，蓄电池供电电路以及无线数传电台组成。A/D变换将传感器送来的表示油井状态的模拟信号变成数字信号，再由无线数传电台进行信号处理和调制，以射频信号的形式幅射到空间。电源管理电路是用来监测交流电源用，一旦交流电源断电，自动转为畜电池供电。当交流供电正常时，又恢复由交流电源供电并对蓄电池充电，始终保持RTU供电正常。监测中心收发信机从空中接收到由油井遥控遥测主机的信号后，通过对射频信号放大、解调，恢复成数传信号送中心控制计算机处理计算，实时监测油井工况。当有异常时，中心控制计算机立即向油井遥控遥测主机发出控制命令，控制电机停机待修。三、 统主要功能1、油井工作状态监测a、 抽油机电源电压监测b、 抽油机电源电流监测c、 电机开/关监测d、 漏油，盗油监测2、 油井实时故障报警a、 电压过压、欠压报警b、 电流过流报警c、 抽油机停报警d、 漏油，盗油报警3、 监测数据统计和打印耗电量，故障情况实时电脑显示和统计报表打印。4、扩展功能：本系统留有扩展口，可根据油井情况和客户需求增加。井口温度监测，井口油压监测，井口套压监测。四、 系统主要技术性能1、 传感器测量精度和范围a、电压：0400V 2%FSb、电流：0150A 2%FSc. 压力：010Mpa 1%d、A/D变换：12位2、 通讯接口：RS-232，9600bps3、 无线收发信机：a、功率：5W（无遮挡传送距离约20Km） 功率：25W（无遮挡传送距离约50Km）b、灵敏度：优于0.25uVc、射频工作频率：230MHzd、最大可寻址数4096e、信道数：16个可任选4、 环境工作条件a、温度：-25+55b、相对湿度：96%RH5、 中心计算机使用研华工业计算机6、打印机：激光五、系统工程设备组成1、 传感器组件 2、 油井无线遥测遥控主机 3、 监控中心收发信机 4、 控中心系统软件（MCGS通用版组态软件） 5 监控中心计算机某水厂的控制系统一例水厂是公司唯一的一座地面水厂，担负着向海口中心地区供水的重要任务。二期扩建工程利用德国政府贷款，进口全套水处理工艺、设备。二期扩建后，米铺水厂的供水能力从一期的7.5104 m3/d提高到24104m3/d，大大改善了海口市的供水状况。水厂工艺流程如下： 1 控制系统组成原理主控制器为西门子S5系列可编程控制器，其原理见图2。根据工艺设计选择的要求，米铺水厂采用了比较流行的PLC+PC控制系统，将水处理中全部工艺参数由采样处理到调节过程全由微机实现三级监控，即：现场设备手动控制、各站PLC独立控制、中央控制室集中监控，由此构成了先进可靠的集中监视、分散控制系统。采用集散型控制系统，能使控制功能和任务分散，分散出现故障的危险性，提高系统的可靠性。全厂控制系统由泵站控制中心MCC1、滤站控制中心MCC2、加药加氯控制中心MCC3、中控室、模拟屏PLC4组成。1.1 加药、加氯控制中心(MCC3)从龙塘水源厂过来的源水进入流量分配井，在此通过在线仪表检测源水的浊度、pH值、温度、余氯、流量、PAC投加量等，其中源水浊度、源水流量、PAC投加流量作为加药控制的重要参数，在线仪表将其转换为PLC可识别的420 mADC信号，并调用专用PID控制功能块对变频加药泵进行控制。由于源水基本没受到污染，水质符合地面水卫生标准，只有在台风或暴雨季节出现浊度偏高的现象，因此在控制程序设计时选用根据浊度投加的方法。程序能够根据源水的浊度选取不同的投率，分为浊度10 NTU、1050 NTU、50 NTU三档，经过一段时间的运行证明，此控制能够满足工艺要求，沉后水浊度为5 NTU左右。此外为了保证系统的可靠灵活以适应不同的情况(如浊度偏大偏小，或药液浓度改变等)，专门在中控室PC机上设计了一窗口，用来改变投加率，在保证工艺要求的前提下，起到节能降耗的目的。另外，加药车间贮药池装有液位计，可随时了解药池情况，每个药池装有搅拌器，定时自动搅拌，以防止药液沉淀影响浓度。加氯系统采用真空加氯机，由于加氯机本身为一个控制器，只需送入所需的流量和余氯信号，再通过相关的参数设置，加氯机即可自动投加。加氯机所需的流量信号由PLC送来，余氯信号由余氯分析仪在线检测。考虑到源水加氯主要消除藻类等，对出厂水余氯影响不大，所以采用比例投加；后加氯对出厂水余氯影响比较大，所以采用复合环控制以稳定出厂水余氯。加氯车间还可检测到氯瓶组重量、氯库泄漏及其吸收等信号。1.2 滤站控制中心(MCC2)滤站控制中心根据工艺要求控制12格普通快滤池的过滤、反冲过程及相关的参数。每个滤池都装有一超声波液位计，用于检测滤池水位。滤池出水阀为一0100%无级可调比例阀，由420 mADC控制PLC程序，根据液位、阀门的开度信号控制阀门开度，从而保持滤池水位恒定在80%。如果水位为100%，同时阀门开度为100%，PLC即判断为反冲条件，从而调用相应的反冲程序。反冲方式有三种：水头损失，定时，强制放冲。滤池的操作方式有三种：就地控制柜操作，设于每个池旁，每个柜装有5个阀门控制按(旋)钮及LED显示的开/关、故障信号；2台鼓风机、3台反冲泵开/停、故障信号及水池水位、风机压力、流量、反冲水压力、流量、空压机压力等信号较为直观，易于操作。滤池控制室控制，由OP37通过画面显示每个池及相关设备的信号、参数以及操作。中控室控制，由于每个池控制所涉及的开关量较多，而现场距滤池控制室较远，因而12格池的开关及量信号由PLC扩展模块与PLC通讯，从而节省了大批量电缆，简化了系统。另外，滤池控制程序为模块化结构，过滤、反冲等每一步骤只需调用相应的功能块并赋于相应的参数即可。1.3 泵站控制中心(MCC1)泵站控制中心主要监控6台高压电机、水泵的运行工况以及相关的参数。泵站的控制原理主要根据二路出水管压力，同时根据吸水井水位、相关的电机桂、管道上的阀门情况相结合来开停电机。此外，每台泵都装有压力、流量传感器，二路出水管装有余氯分析仪、压力、浊度、流量传感器以检测水厂的生产和卫生指标。泵站的操作也由三级组成：机旁操作箱控制；泵站控制箱控制；中控室控制。中控室各站的现场数据通过PLC的通讯模块及RS485与2部PC机组成一个L2-Pro 总线网络，同时2部PC通过网卡联机，实现资源共享。各站的OP37除了对该站设备进行操作显示外，还可了解其他站的情况。所用的监控软件为INTOUCH，通过DDE(动态数据交换)与L2-Pro总线进行数据交换。INTOUCH软件人机界面好，能够根据需要进行动画链接，生动、直观。主要窗口有：进水窗口，加药车间窗口，加氯车间窗口，滤站窗口，泵站窗口，高压配电柜窗口，实时报警窗口。每一窗口显示相关的生产工艺参数，并能进行相关设备的操作。中控室的一部打印机用于实时故障打印，一部用于画面打印。另外INTOUCH还具有实时、历史趋势功能，能够了解生产参数的动态情况。中控室还配有一大型马赛克模拟屏，由PLC4驱动，用于显示整个水厂主要设备的运行状态(手动/自动/开/停/故障等)及主要工艺参数，使人一目了然，便于生产调度管理。2 几点看法 采用分散控制和集中监视的控制方式，各站之间独立操作，包括采用了手动/自动的控制方式，能够消除相互之间的影响。 如何对自动化设备的维护和保养自然是一件重要的任务，在使用过程中我们遇到以下一些问题：a.PLC模块和仪表损坏。分析原因，主要有电压偏高、过电压、或安装时没有按照要求正确接地。b.设备误动作。如滤池误反冲，电机误跳闸，余氯，浊度超标报警等，分析原因一般为仪表故障所致。仪表作为自动控制的“眼睛”，必须按要求定期清洗、校验，才能保证系统的正常运行。c.常因外线路故障而造成停电，恢复送电时出现设备的误动作情况。原因为主机判断失误所致，没有严格按照先外而后的顺序操作；许多仪表刚送电时都有一个自检过程，此其间会送出不正确的信号，从而引起主机判断失误，或引起PLC诸如超时等故障，造成系统死机瘫痪。d.由于二期建的接触池加氯管线较长，还有流量信号取自源水流量，造成接触池余氯变化很大。发现后，在该接触池计量堰板旁加装了流量计，结合超声波液位计算接触池流量，流量信号通过L2BUS传输到加氯机控制器，从而稳定了接触池余氯。e.原先设计时没有报表打印功能，为提高管理水平，利用电子表格的DDE功能，每小时记录主要设备、仪表及工艺的参数，每天打印出一份完整的生产报表，弥补了原先设计上的不足。 要充分利用现有的PLC接口资源对已有的设备进行自动化改造，以提高整厂的自动化水平。 由于泵站选用6台定速电机，还有受到源水、城市管网等因素影响，泵站的自动化运行还需进一步优化。水泥生产控制中PLC的替换方法简介及实例1 存在的问题 在水泥生产线上的各个控制环节，PLC作为局部工艺线核心控制单元的应用已不胜枚举，比如窑、磨的辅助控制，各类高低压电动机的控制、各类除尘设备的控制、各类仪表检测单元的控制等等。但在应用的过程中，不少企业尤其是中小企业经常遇到以下问题：一是控制装置大多是配套供应商开发的成套装置，配套的说明书都比较简陋，操作方面的内容较为详细，但对PLC的配套原始资料和梯形图（时序）则往往不予介绍提供，一旦出现问题，企业自身技术人员则往往束手无策；二是所选用的PLC基本上是进口产品，器件出现硬故障后订购周期较长，容易影响生产，而就近所能购置到的品牌又往往不是原来品牌，受自身设备水平限制难以实现自我替换；三是各企业电气维护人员水平参差不齐，中小企业的技术人员大多不具备一定的时序编制基础，没有相当的调试能力，对软故障的处理常无可奈何；四是所用PLC品牌较多，难以配齐手操编程器；五是个别供货商借机敲诈，以站不住脚的“保护知识产权”为由索要数倍的高价，企业难以承受。其实，从PLC本身而言，只不过是一种在当今电气控制领域运用相当普遍的器件而已，已不再是不可掌握的高技术产品。以下笔者结合自身经历介绍PLC替换的一些经验和具体事例。 2 PLC概述及替换基本原则 工业用PLC的核心部件是CPU及内存RAM、电源板（DC12/24V）、电池、接口模块、继电器（无触点开关）等，一般还包括发光管/显示屏、I/O输入输出端子、程序模块和PC电缆的接口、键盘等。现在水泥生产线上通常应用的PLC分为两个大类：一是功能较单一、结构简单的小型（基本型）PLC，无I/O扩展能力；二是功能强大、点数较多、带有扩展槽的高性能的中、大型PLC，有I/O扩展能力。在中小型水泥生产线和自动化水平不是很高的自控场合，基本上采用小型PLC，特别是单机除尘器、大风机调速控制、预热器吹堵清灰等控制功能单一的环节，小型PLC的应用十分普遍。从PLC的品牌来看，西门子、三菱、欧姆龙、AB、ABB等用的比较多；从结构性能来讲，大同小异，但互换性存在一定的问题。当确定在用的PLC本体出现故障时，我们要判断出所出故障是硬件受损还是软故障，软故障可采用手操编程器和PC机依照程序（梯形图）进行诊断恢复，硬件受损必须更换受损部件甚至是整台PLC。在整台更换过程中要注意几个问题：首先要考虑选用同一品牌同型号的，PLC不同于一般开关控制电器，需将所需时序通过PLC通讯口输入后方能投入使用，这要配备OP（手操编程器）和PC机方能实现，这是普通维护人员办不到的；其次要考虑在没有同型号的情况下选用功能相近的同一品牌的替代，若没有同一品牌的则选用功能相近的不同品牌的，但要特别注意电源电压等级一致性，I/O口数量不得少于原配PLC，原来应用所编时序可在新换PLC上运行，还有必要的外围电路的相应改造等等。 3 3.5/3m60m窑窑尾玻纤袋除尘器PLC的替换实例 2001年5月，我厂3.5/3m60m余热发电窑窑尾玻纤大布袋除尘器控制柜内核心元件美国AB公司生产的固定式PLC（SLC5001747L30C）出现故障，经有关技术人员诊断CPU板损坏，除尘器只能手动操作，经与供货商联系，因国内无现货、供货周期太长、要价太高而只能作罢。 玻纤袋收尘控制PLC原工作顺序如下： 1)PLC上电自检完毕后，按照卸灰1室卸灰2卸灰3室卸灰4室，依次类推到8室，卸灰基准值为3min，每室工作间隔5s，卸灰完毕后，反吹风机启动，持续30s。 2)进入清灰状态 第一室排气反吹阀开启，然后零阀开启，反吹基准值为30s，零阀关闭延续1min沉降粉尘，然后第一室排气反吹阀关闭。 第二室排气反吹阀开启依此类推持续到第八室。 3)各室清完灰后进入大间隔30min，而后进行再次循环重复以上工作。 我们在此情况下决定选用就近可以购买得到的三菱PLC替代，重新编程并对外围电路加以局部改造，具体改造方案概述如下： 1)根据AB公司SLC500的结构特点、供电电压（AC120/240V双组）和除尘器控制所用实际I/O口的数量，决定选用三菱公司的MELSECF160MR（AC110/220V）取代，其各项指标完全能够满足要求。 2)重新编制时序（略），并根据车间要求将PLC工作时序加以改动，具体改动如下：卸灰状态在重复4遍后再进入反吹清灰状态，清灰完毕后取消大间隔30min而直接再进入卸灰状态，如此进行工作循环。 3)经程序调试和外部线路改造后一次试机成功。 自2001年6月初改造完毕投入运行以来，控制功能完全达到设计要求，同时外围电路接线较改造前更简洁实用，收到了良好的效果。投资情况：替换AB公司产品厂家要价4万元，而此次整个改造的花费(含编程调试)只有4800元。高压变频器在火力发电厂300MW机组引风机上的应用摘要：本文简要介绍了高压变频器原理、现场安装调试情况，初步分析了高压变频器的节能效果，对认识了解高压变频器运行有一定的借鉴作用。关键词：引风机、高压变频调速装置、控制1概 述 国电宣威发电有限责任公司地处云南东北部，海拔1960m，现有投产装机容量4300MW。#7机组设计出力为：300MW，机炉配有两台AN31e6(u19-10)型静叶可调轴流式引风机，额定风量：321.4m3/h、全压为5452Pa，轴功率：2104kW；配用YKK800-8-W型电动机，额定功率2500kW、额定电压6kV、额定电流293A、功率因素：0.86、额定转速：746r/min,电动机无调速装置，靠改变风机静叶的角度来调节风量。发电厂的发电负荷根据电网要求，通常在额定负荷的50%100%之间进行调整、变化，以满足电网运行的要求；发电机输出功率的变化，锅炉系统相关设备也要随着负荷的变化作相应的调整。锅炉的送风量、引风量相应变化，引风机出力调整采用通过改变风机叶片的角度来调节。通过改变风机静叶的角度来调节风量尽管比一般采用控制入口挡板开度来实现风量的调节有一定的节能效果，但是节流损失仍然很大，特别是在低负荷运行时，电动机输出功率大量的能源消耗在挡板上，节流损失更大。其次静叶调节动作迟缓，造成机组负荷调整响应迟滞。异步电动机在启动时启动电流一般达到电动机额定电流的5-8倍，对电动机、动力电缆造成较大冲击，对厂用电系统稳定运行也有一定的影响，同时强大的冲击转矩和冲击电流，缩短了电动机和风机机械的使用寿命。通过大量应用表明，应用高压变频调速装置来改变电机转速，满足不同负载的工艺要求，是解决以上矛盾的有效手段。2高压变频器调速节能原理2.1 高压变频调速的方法高压变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机转速的目的。根据电机学原理，交流异步电动机转速由下式确定:n=60f(1-S)/p (1)式中:n电动机转速；f输入电源频率；S电动机转差率；p电机极对数。由公式(1)可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关。交流电动机的直接调速方式主要有：1) 变极调速(调整p)2) 转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整S)3) 变频调速(调整f)其中高压变频调速的优点最多，得到了广泛的应用。根据流体力学的基本定律可知：风机(或水泵)类设备均属平方转矩负载，其转速n与流量Q、压力(扬程)H以及轴功率P具有如下关系:Q1/ Q2n1/n2 (1)H1/ H2(n1/n2)2 (2)P1/ P2(n1/n2)3 (3)式中：Q1、H1、P1风机(或水泵)在n1转速时的流量、压力(或扬程)、轴功率；Q2、H2、P2风机(或水泵)在n2转速时的相似工况条件下的流量、压力(或扬程)、轴功率。由公式(1)、(2)、(3)可知，风机(或水泵)的流量与其转速成正比，压力(或扬程)与其转速的平方成正比，轴功率与其转速的立方成正比。当风机转速降低后，其轴功率随转速的三次方降低，驱动风机的电机所需的电功率亦可相应降低。从上述分析可见，调速是风机节能的重要途径。采用高压变频调速可以实现对引风机电机转速的线性调节，通过改变电动机转速使炉膛负压、锅炉氧量等指标与引风机风量维持一定的关系。3高压变频调速系统应用情况3.1 高压变频器的组成我公司采用北京利德华福电气技术有限公司生产的HARSVERT-A系列电压源型全数字控制高压变频器，高-高方式、采用H桥串联方案。额定容量:1600KVA、额定电压:6kV、额定电流:160A。高压变频器装置由变压器柜、功率柜、控制柜、刀闸切换柜四个部分组成，冷却方式采用：空水冷却系统。为单元串联多电平结构，其原理如图1所示。3.2 高压变频器与现场接口方案 北京利德华福电气技术有限公司的高压变频器的控制部分由高速单片机、人机界面和PLC共同构成。单片机实现PWM控制和功率单元的保护。人机界面提供友好的全中文监控界面，同时可以实现远程监控和网络化控制。内置PLC用于柜体内开关信号的逻辑处理，可以和用户现场灵活接口，满足用户的特殊需要。该高压变频器使用西门子S7-200系列PLC，具有较好的与DCS系统接口能力，根据风机的特性运行要求以及高压变频器控制的具体要求采取了相应控制方案。 1）DCS系统与高压变频器的接口方案 DCS系统与高压变频器之间的信号总共有10个，其中开关量信号8个，模拟量信号有2个。（以1引风机为例）2)DCS画面增加以下内容为实现对高压变频引风机的启停控制及转速调节，在DCS画面上增加： 高压变频器启停操作功能块 ，用于远方启停高压变频器； 高压变频器转速控制功能块 高压变频器轻故障报警块 重故障报警块 工频旁路状态 3.3高压变频器运行方式及控制逻辑引风机高压变频器电气一次系统接线方式采用“一拖一”手动切换方式（虚线部分为新增加部分），如图2：3.3高压变频器运行方式及控制逻辑引风机高压变频器电气一次系统接线方式采用“一拖一”手动切换方式（虚线部分为新增加部分），如图2：图2：引风机变频器一次接线图高压变频器可根据运行方式需要，进行运行方式的切换，如：一台变频一台工频的运行方式和两台工频的运行方式。缺点是在进行高压变频器运行方式切换时，需要将机组负荷进行调整，降低负荷后，停止1（或2）引风机运行，方可进行引风机运行方式的切换操作。正常情况下，2台引风机投入高压变频调速运行方式。高压变频器运行方式控制分为就地控制及远程控制两种。远程控制状态时，DCS输出的转速命令信号跟踪高压变频器转速反馈。就地控制时，对高压变频器远方操作无效。 高压变频器受DCS控制时分自动和手动两种方式。手动状态时，运行人员通过改变DCS操作画面转速控制块控制高压变频器转速，实现锅炉负压的调节。1）引风机高压变频器启动的允许条件高压变频器启动的前提为引风机电机6kV高压开关必须合闸即启动反馈为1。原有的风机启动条件保留下来作为引风机高压变频器启动的允许条件。高压变频器就地送来的就绪信号作为另一启动条件。在高压变频器调试过程中（不论远程还是就地启动时），发现由于高压变频器最低频率设定不得低于15Hz，否则将造成高压变频器功率模块“过流”，高压变频器跳闸；所以在电动机启动时，高压变频器最低频率设定不得低于15Hz的限制。总结1、2引风机高压变频器启动必须具备以下3个条件：1) 1、2引风机的6kV高压侧部分的启动反馈为1；2) 1、2引风机的高压变频器就地从其PLC送来的启动就绪开关为1；3) 1、2引风机高压变频器的转速设定值的输出不得小于30%。3.4引风机高压变频涉及相关跳闸保护方面单侧风机的高压变频器跳闸后，需要联跳相应一侧的送风机。并联关相应挡板及静叶的逻辑不变。1、2风机的高压变频跳闸后由于相应的高压开关联跳，故保留原锅炉大连锁跳闸回路不变。锅炉的安全运行是全厂动力的根本保证，虽然高压变频调速装置可靠，但一旦出现问题，必须确保锅炉安全运行，所以必须实现“工频变频”运行的切换。一旦一台引风变频故障，无法在短时间内恢复，需要引风自动控制到原先的静叶来调整，在此背景和需要下，对一台引风变频停掉，用另一台引风变频运行；此时机炉负荷应保持在：180MW左右。4经济综合测试评价4.1节能效益明显以下是7机组1、2引风机高压变频器运行后，对10月16日至20日生产数据进行初步比较。通过上表数据对比，从节电率分析，7机组在发电负荷相同情况时，7机组两台引风机工频运行每天平均耗电量40761 kWh，7机组两台引风机变频运行每天平均耗电量 22869kWh，节约电量17892kWh，节电率为43.8%。4.2 节能计算两台引风机节电费用，按全年运行7200小时的日负荷分布统计，使用两台高压变频调速引风机，与以往的静叶调节相比较，经计算，全年可以节省5367600kWh。按发电成本电价0.2553元/kWh计算，5367600kWh0.2553元/kWh=1370348.28元。5存在的问题7、8炉引风机高压变频器投入运行，从现场情况分析，由于高压变频器与电动机之间的配置存在一些问题（高压变频器按照电机运行电流选型，造成高压变频器容量不足，导致高压变频器最高频率限制为42Hz），影响电机的出力，在机炉额定负荷下调节裕量不足。目前，引风机变频状态运行，机炉负荷只能运行在250MW左右。机炉满负荷运行在300MW时，高压变频器节能效果并不明显。6结束语 随着厂网分开，竞价上网日趋激烈，各发电企业竞争日趋白日化，努力提高发电设备的健康水平，满足系统要求；加强管理，进一步挖潜节能潜力，建立节能型企业，提高发电企业竞价上网的竞争能力，是发电厂发展的方向；采用高压变频技术对高能耗用电设备进行技术改造，不仅能直接收到降低厂用电、降低供电煤耗、增加上网电量带来的直接经济效益，而且对设备的安全、可靠运行，减少设备故障等都起到了积极的作用。ABB PLC在石灰窑监控系统中的应用摘要：本文介绍了ABB AC500 型PLC在石灰窑监控系统中的应用。PLC除了用于对现场仪表的数据采集和处理以外，还用来完成对现场的机械设备的连锁自动控制。此外，工控组态软件iFIX作为一种标准的人机界面(HMI)被用于监控工业生产的动态过程。 关键词： PLC 石灰窑 过程监控 iFIX组态软件 Abstract: In this paper, we discuss the application of ABB AC500 PLC in the process monitoring and control for limekiln production. The PLC is mainly utilized for collecting process data as well as realizing auto-controlling of field mechanism. In addition, iFIX configuration software with a Human man-Machine Interface (HMI) is used to monitor the dynamical industrial process. Keywords: PLC; Limekiln; Process Monitoring and Control; iFIX configuration software 引言 活性石灰是钢铁行业必不可少的材料，近几年我国的钢铁行业发展迅速，因此钢铁行业对活性石灰的需求相当的大，石灰品质的好坏直接影响着钢铁的质量，因此，采用先进的自动控制系统，对于提高炼铁炼钢的产量和质量，有十分重要的意义。 当前可编程控制器（PLC）是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机，已经成为电气控制系统中应用最为广泛的核心装置，它不仅能实现复杂的逻辑控制，还能完成各种顺序或定时的闭环控制功能，并且抗干扰能力强、可靠性高、稳定性好、体积小，能在恶劣环境下长时间、不间断运行，且编程简单，维护方便，并配有各类通讯接口与模块处理，可方便各级连接。 1。石灰窑监控系统概述 石灰窑生产的原料主要是石子（石灰石），成品是生石灰。在竖窑的加料口加入石灰石和焦碳，经过煅烧成生石灰，输出到成品料仓。控制系统主要包括石灰石和焦碳运输系统、给料系统、称量系统、上料系统、布料煅烧系统、冷却空气循环系统、助燃空气循环系统、废气除尘循环系统、成品出窑、运输系统。并要求在主控室能打印报表，显示窑体相关温度，各分系统的运行状态，电动机的运行电流等。 新建石灰窑工艺设计先进，自动化程度高，所有设备具备机旁手动、主控室手动、主控室自动三种控制模式，并具备设备故障诊断报警功能。 根据用户和工艺设计的要求，石灰窑生产的过程监控部分采用典型的两级监控方式：生产管理级和现场控制级。上位机以标准的工业控制计算机（IPC）作为主要的人机界面(Human-Machine Interface)，为生产管理级，完成对下位机的监控、生产操作管理等，主要面向操作人员；下位机由ABB AC500系列PLC构成，为基础测控级，完成生产现场的数据采集及过程控制等，面向生产过程。 （1）生产管理级 面向生产操作人员，在HMI的监控画面上显示各种设备的工况参数，并通过HMI来对生产过程进行控制调节。根据生产情况可选择机旁手动、主控室手动、主控室自动工作模式。当生产中出现异常时，在HMI上显示报警信息。对生产中的各种数据进行存储、管理、产生各种生产报表。 （2）现场控制级 面向生产过程，由可编程控制器以及现场智能I/O处理器、各种模板构成，为基础测控级。完成生产现场大量压力、温度、流量的采集和处理，对生产过程进行控制。自动控制系统通过对由振动给料筛、料斗提升机、电子秤量斗、单斗提升机，拖板出料机、卸料闸板、振动给料机构成的竖窑筛选、加料、卸料系统的自动控制，实现原料的筛选、加料、卸料的自动化。在出料过程中为保证石灰竖窑的密闭型，必须确保上下卸料闸板只有一个同时处于开启状态。通过助燃空气压力、冷却空气压力的PID调节，达到恒压控制的要求。 根据以上的控制要求，下面我们将详述为满足石灰窑过程监控系统所需要的硬件和软件组态。 2。系统硬件配置 为了满足上面提到的石灰窑过程监控系统的控制要求，我们采用ABB公司的AC500系列可编程控制器，AC500采用模块化设计。 （1）研华的工业控制计算机（IPC），操作系统为Windows 2000 Professional,采用Pentium 处理器，2.66GHz主频，256M内存，80G硬盘 （2）CPU模块：ABB公司的AC500系列可编程控制器CPU有PM571、PM581、PM591三个不同的等级，本系统采用PM581，在CPU上带有：LCD的显示、一组操作按键、一个SD卡的扩展口和两个集成的串行通讯口， CPU底板集成以太网接口，并保留CS31通讯接口，具有与AC31系列PLC兼容性好的特点。 （3）本地扩展模块：ABB 16通道AI523模拟量输入模块2个， 8输入/8输出通道AX522模拟量输入/输出模块1个， DX531开关量输入/输出模块（可设置）4个。 （