循环水泵房自控系统全面升级改造-2012.4END

1、循环水泵房自控系统全面升级稳定性改造摘 要：为了解决全厂循环供水安全和可靠，对其通讯、控制、变频、应急供电供水方面进行了全面升级稳定性改造，此次改造主要采用了集中监视、分散独立控制技术理念和事故应急供电供水，从而达到了循环供水不间断、不停机、无事故。关键词：通讯；控制；变频器；组态；集中监视、分散独立控制；应急供电供水；1 系统要求工业循环水系统是为全厂生产设备实施水冷却而配置的，特别是给高温退火炉供水，退火炉运行时分为抽真空、升温、保温、降温四过程，在此过程中生产不能中断，一旦供水中断、压力不稳定，轻则影响产品的稳定性，重则高温炉耐火材料熔毁，退火炉和产品都将报废，给设备和生产造成巨大损失。

2、所以循环水泵房供水自控系统是保证全厂生产用水的关键，为了安全供水，对循环水泵房自控系统主要要求为：1、 保证稳定性供水，供水不能中断。2、 保证合理压力区间供水，供水压力波动不能超过范围。3、 保证供电，一旦供电异常，立即使用应急供电供水。基于以上原因，对原系统进行了全面升级稳定性改造。2原系统存在的问题2.1原系统结构循环水泵房原系统采用的集中监控方式，监视和控制都集中在工控机组态上，控制系统分为三层：第一层为工控机组态，第二层为PLC，第三层现场设备（变频器、软启），即两级树型通讯方式：第一级组态通过工业以态网与PLC进行数据交换，第二级PLC通过Profibus DP与变频器进行数据交换

3、。系统组成：中控室为1台工控机（IFIX组态）+1套PLC（S7-300）组成集中监控，就地采用一拖二+一拖三拖动共计5台110KW水泵2个子系统，一拖二子系统（1台90KW变频+1台110KW软启）和一拖三子系统（1台90KW变频+1台110KW软启）。原系统自控系统结构图2.2原系统存在的问题、通讯及组态控制方面存在的问题 组态控制和通讯采用两级树型结构，节点为三级串联，任一节点出现故障，如PLC、计算机或变频器出现故障，都会造成无法运行或操作，此系统受PLC、工控机、变频器三层制约，出现故障后又需如下排除故障步骤：第一步：人为进行变频器故障复位，需耗时3分钟左右。第二步：建立PLC与变频

4、器之间OPC通讯；需耗时1分钟左右。第三步：建立组态与PLC之间通讯；需耗时1分钟左右。第四步：工控机开机，操作人员进行启/停操作，需耗时2分钟左右。可见，每次故障后，达到正常供水压力需耗时7分钟左右，在绝对不允许停机停水的工矿条件下，以上通讯控制方式是存在严重设计缺陷的，需对其网络系统结构进行修改。、控制方面存在的问题原系统采用一拖三+一拖二控制水泵方式，优点：节约资金，一次性投入小。缺点：采用了一拖三和一拖二一用一备控制方式，避免了一套系统失效，无法运行，虽然底层为两套系统一备一用，但是顶层监控组态、PLC、供电却只有1套。缺点是一旦顶层瘫痪，由于采用的是顶层控制，底层也跟着瘫痪。如果想采

5、用这种控制方式，顶层设计应为：PLC采用双CPU互为备用，工控机采用2台互为热备，一拖三为1#线路供电，一拖二为2#线路供电，双回路供电，这样才更加可靠，但如果实现以上方式，一次性投资又会比较大，达不到即省钱又可靠运行的目的。、变频器选型存在的问题原系统循环水泵为110KW，变频器选型为90KW重载型，设计者考虑到了循环水泵为轻载，90KW重载变频器相当于110KW轻载，在选型上没有问题，可在实际使用中变频器经常过载保护，最高频率设定为45KW，有时还过流保护，设计者只是教条的引用了选型手册，没有考虑到现场的情况，现场变频器柜离水泵房距离过远，大概为150米，超出了变频器手册上的合理距离，还有

6、循环水泵需长时间运行，最少运行2个月不停机，在长时间超距离运行过程中，不可避免出现临时瞬时过载，90KW变频器存在选型过小，没有预留余量，就会造成经常过载或意外停机。、组态IFIX英文版存在的问题上位机操作界面使用了国际上通用的IFIX英文版软件，没有考虑到操作人员的使用水平，操作人员大部分不熟悉计算机，更没学过英文，英文软件的确不适合现场使用。组态上操作各泵的运转，先要选择泵是变频还是软启，再要给变频器输入运行频率，然后启动变频或软启运转，运行某台泵都需三步，增加了操作人员工作量，而此三步完全可以在PLC中一步完成。总之，操作人员因看不懂英文，操作时都靠平时的经验和死记硬背，日常操作勉强可为

7、，一旦出现事故，手忙脚乱时无从下手，人为增加了难度。、原系统供电存在的问题原系统配电室为两路供电，但互不相联，循环水系统供电主电采用1#进线，备用电采用电源进线备自投，备用回路引入了2#进线。虽然考虑到了2路供电，表面和理论上看没有问题，实现了应急供电应急供水，可是当1#主线路出现电压不稳，自动切换到2#备用线路，1#主线路恢复后自动切回的过程中，供电会有短时中断，变频器是敏感设备，会因缺相立即停机，变频器故障保护，造成一次停水；当人为恢复变频器故障后，正在2#备用线路运行时，1#主进线电压恢复，自动切回到1#主进线，切换过程中，又会造成短时供电中断，造成二次停水。可见电源备自投双回路供电也是

8、造成不稳定供水的一个重要隐患。3 系统改造3.1改造方案的确定此次系统控制方式改造牵扯到整个工厂生产，如果简单的推倒重来，必定造成原有设备的浪费，系统推倒重建不仅考虑到投资过大，还关系到长时间停水，会造成工厂停产损失巨大。针对以上问题，此次改造定位为不停水全面升级稳定性改造，要求：改造过程中不能停水，原有设备尽可能使用，只做关键性、节点性、瓶颈性改造，争取作到投入小、见效快、稳定性高。经过现场实际查验，开会反复沟通，形成如下方式：集中监视，分散独立控制和应急供电供水。简化为两独立控制改造两集中监视修改，独立控制改造为应急供电供水和变频器独立控制改造，集中监视为PLC、组态集中监视进行程序修改和

9、完善。3.2改造实施步骤具体实施分步如下： 先进行应急供电供水独立控制改造：增加1台110KW软启和1台微控器，使3号泵进行独立回路供电和独立回路控制，一旦改造过程中意外供水中断，可立即启动应急供电供水。 然后进行变频柜独立控制改造：更换2台110KW变频器，使其足够带动110KW循环水泵，增加4台微控制器独立控制各泵运转，采用一拖一独立控制，互相不受影响，也不受PLC和上位机影响，故障后能自动恢复，并立即启动不需要人为操作。 再次PLC程序和控制方式进行修改：PLC只做监视和采集分析数据，并对程序不完善的地方，进行了优化处理。 最后进行组态修改，组态更换为组态王，并对其画面进行了优化，对其操

10、作进行了简化，增加了历史数据库、历史曲线、报警记录等功能，使操作简便，一键即可完成启/停，使出现故障有数据可查询。对系统电压、电流、运行、故障、压力、液位、频率等参数形成历史记录，可以实时查阅。新系统自控系统结构图3.3新系统需解决的问题通讯方面 虽然上位机还是采用了集中监视，但是下位机（底层）却采用了独立控制，增加了5台微型控制器，分散了上位机集中监控的风险，即使上位机瘫痪，下位机通过微型控制器照常工作，操作人员也可通过控制器监视压力、电流、电压、频率等时时状态，不影响任何工作。控制方面 抛弃了一拖三和一拖二系统，在没有增加较到投入的情况下，采用了一拖一独立控制，任何变频器和软启停机，不影响

11、其它泵的运行。 增加了自动复位、自动重启动功能，重启次数限制为5次，出现故障后，相应的微型控制器发出自动重启信号，自动复位变频器故障，自动再次启动。 增加了1#变频器运行时，2#变频器自动热备，一旦1#故障，2#立即启动，反之一样，1#软启和2#软启也同样互为备用。 增加了1#进线供电瘫痪或压力低于0.3Mpa，立即启动3#应急供水系统，进行供水。变频器选型方面变频器选型方面，经过现场反复查勘，资料充分查阅，召集专家会议反复论证，最后决定变频器选为110KW通用型，通过3个月使用，没有1次过载、过流保护，验证了此次选型的正确，避免了选型过低，过载保护频繁，选型过高，投入太大。组态程序方面 组态

12、跟换为中文版组态王，组态王为国产软件，经本厂多年不同部门和生产线使用，证明软件可靠、简洁、易用，便于操作和维护人员接受。 对组态画面进行了优化，对操作进行了简化，增加了历史数据库、历史曲线、报警记录等功能，使操作简便，一键即可完成启/停，使出现故障有数据可查询。对系统电压、电流、运行、故障、压力、液位、频率等参数形成历史记录，可以实时查阅。 组态操作：各泵启/停一键进行，不需先选择变频、软启、工频，然后变频设定频率、变频器启动，现只需一键完成。 记录：增加各泵运行时间记录，各泵运行、故障记录，增加压力、液位记录。 报警：只对液位、压力进行声音报警，其它报警只在组态中显示和记录，不进行声音报警。

13、应急供电供水方面针对供电方面切换过程中，供电短暂缺失，变频器因缺相故障停机，新系统提出了应急供电、应急供水概念，确保了供水的可靠性。应急供电：拿出3#泵进行独立供电（直接2#线路供电），一旦1#线路瘫痪，3#泵能立即投入使用。应急供水：拿出3#泵进行独立供水，一旦供水压力低于0.3Mpa，3#泵立即投入使用。3.4改造后的效果 3.4.1功能对比改造前后的效果对比表名称对比功能依赖性稳定性可操作性组态改造前集中监控严重高低改造后集中监视无中高PLC改造前集中控制严重高低改造后集中采集无高高变频、软启柜改造前一拖多集中控制严重高无改造后一对一独立控制无高高应急供电、供水改造前无应急改造后增加应急

14、回路有高高控制方式改造前集中监控严重低高改造后集中监视、分散独立控制无高高 通过改造前后的效果对立表，可看出改造后主要采用了集中监视、分散独立控制和应急供电、供水回路两种手段，集中监视、分散独立控制对各环节严重无依赖性，增加了可靠性和可操作性，并且应急供电、供水回路起到了备用保护作用。3.4.2压力曲线对比 改造前压力曲线如下图 改造后压力曲线如下图 通过改造前后压力曲线，可以分析出改造前压力曲线变化锯齿明显，遇到事故后压力变换过大，有断水情况且持续时间长，由于有各别时段有断水可能，造成系统稳定性差。改造后压力曲线变化不明显，并且无断水情况，即使遇到事故也能立即恢复供水。4 结论通过此次改造，彻底解决了通讯方面、系统控制、变频器本身、组态操作等方面存在的重大安全问题，改造简化了系统结构，提高了整个控制系统的稳定性和性能。经过3个月长时间运行，没有造成一次供水事故发生，验证了新系统的安全性、稳定性、可靠性，