机组及辅机自动化 - 华自科技

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1、1 中 小型水电站机组自动化装置中 小型水电站机组自动化装置 长沙华能自控集团有限公司长沙华能自控集团有限公司 CHANGSHA HUANENG AUTOMATION CONTROL GROUP CO LTD 课课 程程 说说 明明课课 程程 说说 明明 1 1 系统构成及特点系统构成及特点 PLCPLC模块介绍模块介绍系统构成及特点系统构成及特点 PLCPLC模块介绍模块介绍 系统构成系统构成 PLC工作的由来及基本工作原理PLC工作的由来及基本工作原理 当前市场主流PLC简介当前市场主流PLC简介 开关量输入 输出模块介绍开关量输入 输出模块介绍 PLC模拟量输入模块介绍PLC模拟量输入模

2、块介绍 串口通信模块串口通信模块 2 课课 程程 说说 明明课课 程程 说说 明明 2 2 装装置具有的功能置具有的功能 机组开关量采集监视功能机组开关量采集监视功能 机组模拟量采集监视功能机组模拟量采集监视功能 机组自动开机控制功能机组自动开机控制功能 机组自动停机控制功能机组自动停机控制功能 机组控制流程动画显示机组控制流程动画显示 机组运行趋势统计曲线机组运行趋势统计曲线 系统多级密码保护功能系统多级密码保护功能 手写留言板功能手写留言板功能机组自动停机控制功能机组自动停机控制功能 机组事故保护功能机组事故保护功能 机组功率控制功能及其实现基 本原理 机组功率控制功能及其实现基 本原理

3、手写留言板功能手写留言板功能 在线使用帮助功能在线使用帮助功能 课课 程程 说说 明明课课 程程 说说 明明 3 3 新增新增功功能能新增能新增能 机组运行参数设定功能机组运行参数设定功能 机组辅机参数设定功能机组辅机参数设定功能 机组油 气 水系统显示机组油 气 水系统显示 机组故障诊断功能机组故障诊断功能 厂家调试画面厂家调试画面 机组温度量显示功能机组温度量显示功能 机组电气量显示功能机组电气量显示功能 与第三方设备通信功能与第三方设备通信功能 3 课课 程程 说说 明明课课 程程 说说 明明 4 4 装置的故障诊断及解决方法装置的故障诊断及解决方法装置的故障诊断及解决方法装置的故障诊断

4、及解决方法 机组自动化装置常见故障判断及维护机组自动化装置常见故障判断及维护 如何查看后台与如何查看后台与PLCPLC通信报文通信报文 Q AQ A问题与讨论问题与讨论 DMP300FDMP300F型机组自动化装置系统构成型机组自动化装置系统构成 后台监控计算机 1 装置以PLC为核心单元 2 PLC与后台计算机之间以 RS422或以太网通信 3 PLC与触摸屏之间使用 RS232 RS422或者以太 网通信 RS422通信 19200bps 或 以太网 后台监控计算机 PLC RS232通信 RS422 485或以太网 RS485通信 网通信 4 PLC与本公司开发生产的 保护单元箱之间通过

5、 RS485通信 触摸屏发电机保护单元 4 PLCPLC工作的由来工作的由来PLCPLC工作的由来工作的由来 PLC Programable Logic Controller 是可编程控制器的简称 在60年代 汽车工业的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的 为了改变继电器系 统更新费时 费工 费料的缺点美国通用汽车公司在1969年公开招标要求从新的控制装置取代统更新费时 费工 费料的缺点 美国通用汽车公司在1969年公开招标 要求从新的控制装置取代 继电器控制装置 并提出了十项招标要求 即 1 编程方便 现场可修改程序 2 维修方便 采用模块化结构 3 可靠性高于继电器控制装置 4 体

6、积小于继电器控制装置 5 数据可直接送入管理计算机 6 成本可与继电器控制装置竞争 7 输入可以是交流115V 8 输出为交流115V 2A以上 能直接驱动电磁阀 接触器等 9 在扩展时 原系统只要很小变更 10用户程序存储器容量至少能扩展到4K10 用户程序存储器容量至少能扩展到4K 1969年 美国数字设备公司 DEC 研制出第一台PLC 在美国通用汽车自动装配线上试用 获 得成功 这种新型的工业控制装置以其简单易懂 操作方便 可靠性高 通用灵活 体积小 使用寿命长 等一系列优点 很快在美国其他工业领域推广应用 到1971年 已经成功应用于食品 饮料 冶金 造纸等工业 PLC的出现 也受到

7、其他国家的高度重视 1971年日本从美国引进这项新技术 很快研制出日本 第一台PLC 1973年 西欧国家也研制出他们的第一台PLC 我国从1974年开始研制 1977年开始工 业应用 PLCPLC的基本硬件结构及工作原理的基本硬件结构及工作原理PLCPLC的基本硬件结构及工作原理的基本硬件结构及工作原理 PLC的基本硬件结构 一般讲 PLC分为整体式和模块式两种 但它们的组成是相同的 对整体式PLC 有一块CPU板 I O板显示面板内存块电源等当然按CPU性能分成若干型号并按I O点数又有若干规格 PLC的基本工作原理 PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式 即如果一个输出线圈或逻

8、辑线圈被接通或断 开该线圈的所有触点 包括常开或常闭触点 不会立即动作而需等扫描到该点才会动作 I O板 显示面板 内存块 电源等 当然按CPU性能分成若干型号 并按I O点数又有若干规格 对模块式PLC 有CPU模块 I O模块 内存 电源模块 底板或机架 无论哪种结构类型的PLC 都 属于总线式开放型结构 其I O能力可按用户需要进行扩展与组合 开 该线圈的所有触点 包括常开或常闭触点 不会立即动作 而需等扫描到该点才会动作 扫描技术 当PLC投入运行后 其工作过程一般分为三个阶段 即输入采样 用户程序执行和 输出刷新三个阶段 完成上述三个阶段称作一个扫描周期 在整个运行期间 PLC的CP

9、U以一定的扫 描速度重复上述三个阶段 第 n 1 个扫描周期 第n个扫描周期第n 1个 扫描周期 输出刷新 输入采样 用户程序执行输入采样 输出刷新 5 当前市场主流当前市场主流PLCPLC简介简介 1 1 从1969年第一台PLC产生 经过三十多年的发展 PLC向小型化 高速度 高性能 高可靠性方 面发展 并形成多种系列产品 编程语言也不断丰富 使其在80年代工业控制领域中占据着主导地 位位 可编程序控制器 可编程序控制器 PLC 简介 简介 PLC组成 中央处理单元 CPU 存储器 输入 输出单元 I O单元 电源 编程器等 PLC分类 按照结构形成分为整体式和模块式 按照输入 输出 I

10、O 点数分为小 中和大型 1 当前市场上的PLC主要分为欧美派和日 韩派 2 主要品牌有日本的OMRON MITSUBISHI 松下等及欧美的AB GE SIEMENS等 3 整体式一般为小型机 例如 MITSUBISHI的FX系列 OMRON的CPM1A系列 SIEMENS的 S7 200系列 这种机型普遍存在功能模块较少 通信功能差的缺点 4 模块式一般为中 大型机 例如MITSUBISHI的A系列及Q系列 OMRON的C200系列及CJ1系 列和CS1系列 GE Fanuc 90 30系列和VersaMax系列等 这些机器在功能模块的配置及通信功能都 得到了很大的改善但价格都相对要高些得

11、到了很大的改善 但价格都相对要高些 5 当今的PLC越来越向工业用计算机的方向发展 已经出现了应用Intel Pentium 级的CPU和顺控 CPU组成的双CPU系统的PLC 两个CPU分别负责不同的功能 Pentium CPU只要负责数据的处理 及通信的处理 而顺控CPU主要负责PLC的控制 这样既不失PLC的稳定性 又大大加强了PLC在 通信和数据处理方面的能力 当前市场主流当前市场主流PLCPLC简介简介 2 2 1 下图为MITSUBISHI的FX2n系列和OMRON的CPM2AH系列 这两种机型都为整体机 2 模块式按具体的结构方式又分为底板型和无底板型 无底板型具有扩展方便的特点

12、 以下 是MITSUBISHI的A系列 OMRON的C200系列 GE Fanuc 90 30系列 底板型 系列及 OMRON的CJ1系列 GE Fanuc VersaMax系列 无底板型 MITSUBISHI FX2n系列OMRON CPM2AH系列 MITSUBISHI Q系列OMRON C200 系列OMRON CJ1系列 6 当前市场主流当前市场主流PLCPLC简介简介 3 3 3 目前在水电行业中 使用较多的还有美国通用公司的GE Fanuc和Modicon公司的Schneider Quantum和Premium系列的PLC产品 下面是GE Fanuc的90 30系列和VersaMa

13、x系列 90 30系列PLC VersaMax系列PLC 当前市场主流当前市场主流PLCPLC简介简介 4 4 3 下面是Modicon公司的Schneider Quantum和Premium系列的PLC产品 Schneider Quantum系列Schneider Premium系列 7 PLC IOPLC IO种类 以种类 以Schneider QuantumSchneider Quantum系列系列 PLCPLC为例 为例 本地本地 I O Modbus Plus S908 Remote I O 远程远程 I O 分布式分布式 I O PLC PLC 冗余系统冗余系统 在中 大型水电站中

14、常用到冗余系统在中 大型水电站中常用到冗余系统 双双 CPU 结构结构 双电缆用于 远程 双电缆用于 远程 I O 站站 结构结构 140 CRP 140 CRP 140 CRA 140 CRA 140 CRA 冗余电源冗余电源 Quantum 远程远程 I O 系统 多至 系统 多至 31 个站个站 8 当前机组自动化的实现方式分类当前机组自动化的实现方式分类 以高性能可编程控制器 PLC 为基础 以工控机或处理器为基础 带一般I O或智能I O 工业微机加可编程控制器 PLC 这样的机组现地控制 单元大致由控制器 智 能I O以及冗余现场总线 模拟量采集装置等几个 部分构成 这种方式分为两

15、种 1 工控机或微处理器加 一般I O加智能I O的结构 这种结构 一般由主控制器 子控制器和现场总线三 个部分构成 2 工控机或微处理器加 一般I O的结构 所有的 I O信号均经过I O接口板 直接与I O板连接所有 这种方式结合前两种的优点产生的 工业微机不配置I O模块 除温度量和 电气量以外的所有其他I O信号一般均与 PLC接口 机组的顺序控制由PLC完成 机组的有功 无功调整功能一般分布在 工业微机中 直接与I O板连接 所有 的模拟量信号通过变送器 连接模拟量输入通道 控 制输出通过继电器隔离输 出 DMP300FDMP300F型机组自动化装置系统特点型机组自动化装置系统特点

16、1 所有的元器件 PLC HMI 出口继电器 采用进口知名品牌 OMRON GE 确保 了整个系统的可靠性及稳定性 2 OMRON CJ1型PLC为模块式 能方便的增加或减少功能模块 使得系统的配置灵 活 现场适应性强 3 增加256色HMI 人机界面 可方便直观地监视机组的运行工况 大大提高机组 运行的安全性 所有的操作在HMI上可全部实现 由于系统采用触摸屏与PLC通信方 式下工作 大大减少系统接线 便于系统的维护 使整个系统性能更加稳定可靠 4 增加了PLC与测控单元箱通信功能 可实现多装置采集外部数据 提高整个系统 的稳定性 并可利用发电机功率实现完全自动停机操作 而导叶行程位置作为后备 控制 能可靠准确地实现发电机出口断路器在不带负荷跳闸 5 增加了PLC与测控单元箱通信功能后 可避免重复配置现象 节约设备成本 9 PLCPLC开关量输入 开关量输入 DIDI 输出 输出 DODO 模块接线原理图 模块接线原理图 1 1 对于PLC的开关量输入 DI 当在IN00 IN15与COM端之间有 7ma电流通过 有些模块为4ma 时 输入就会采集到相应的输入点有信号输入 因为PLC