蒸汽管網(wǎng)監(jiān)控自動(dòng)化解決方案PLC

1、一、 用戶站自動(dòng)化系統(tǒng)：1、系統(tǒng)功能² 能精確測(cè)量用戶側(cè)的管內(nèi)壓力、溫度和流量，并能將各測(cè)量值傳送給位于供熱首站的監(jiān)控系統(tǒng)。² 能通過(guò)手動(dòng)和自動(dòng)的方式控制管道進(jìn)氣的控制閥門的開(kāi)度，并能將閥門開(kāi)度及相關(guān)狀態(tài)信號(hào)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)中。² 能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使被控量保持在設(shè)定值。2、系統(tǒng)組成系統(tǒng)以西門子公司力推的S7-1200PLC為控制核心，安裝與之配套的KTP600精簡(jiǎn)型觸摸屏，可顯示各參數(shù)值并進(jìn)行可視化操作。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層均采用智能化程度高的國(guó)外進(jìn)口閥門和儀表，支持PROFIBUS-DP/PA、HART等常見(jiàn)總線協(xié)議的通信方式，也可以通過(guò)PLC模擬量模塊將4-20mA

2、或者0-10V的模擬信號(hào)進(jìn)行輸入或者輸出，能精確采集壓力、溫度、流量、閥門開(kāi)度等數(shù)據(jù)，并能對(duì)閥門開(kāi)度進(jìn)行自動(dòng)或者手動(dòng)控制。本系統(tǒng)與位于供熱首站的監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)GPRS的方式進(jìn)行無(wú)線通信，既能滿足遠(yuǎn)距離通信的要求與實(shí)時(shí)性，又節(jié)省了線路鋪設(shè)的成本。A、現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式系統(tǒng)組成B、模擬量信號(hào)傳輸方式系統(tǒng)組成2.1、系統(tǒng)被控元件選型該系統(tǒng)主要元器件包括控制管道流量的調(diào)節(jié)閥、測(cè)量蒸汽溫度的溫度變送器、測(cè)量管內(nèi)壓力的壓力變送器，以及測(cè)量蒸汽流量的流量計(jì)。本系統(tǒng)選用國(guó)外進(jìn)口的元器件，功能強(qiáng)、測(cè)量精確、質(zhì)量好、可靠性高。具體選型見(jiàn)下表。名稱選型品牌數(shù)量備注電動(dòng)液壓閥SKD60執(zhí)行器+VVF61法蘭二通閥siem

3、ens1套蒸汽最高溫度220度，最大承重4000KP壓力變送器SITRANS P DSIIIsiemens1套帶故障診斷的數(shù)字變送器，支持HART、PROFIBUS-PA協(xié)議溫度變送器SITRANS T3K PAsiemens1套與傳感器連接，自動(dòng)把信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字量，支持PROFIBUS-PA協(xié)議質(zhì)量流量計(jì)SITRANS F C（MASS6000變送器+MASS2100傳感器）siemens1套多參數(shù)測(cè)量設(shè)備，自帶存儲(chǔ)單元，先進(jìn)的診斷功能，可選PROFIBUS-DP/PA、MODBUS、HART等通訊模塊2.2、系統(tǒng)控制元件選型控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化的關(guān)鍵部門，本系統(tǒng)的控制器件主要選取西門

4、子S7-1200PLC及其配套擴(kuò)展模塊。CPU選型為1214C，具有14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)、10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)和兩路模擬量輸入，并能在右側(cè)擴(kuò)展最多8個(gè)信號(hào)模塊；自帶以太網(wǎng)口1個(gè)，并能在左側(cè)擴(kuò)展3個(gè)通信模塊。通過(guò)CM1241 RS485/422通信模塊和KTP600觸摸屏組成顯示單元。MD720-3模塊做為西門子專業(yè)GPRS調(diào)制解調(diào)器，與CM1241 RS232通信模塊搭配實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC間的無(wú)線通信，注意在連接之前要將已經(jīng)開(kāi)通GPRS業(yè)務(wù)的SIM卡插入MD720-3。通過(guò)HART協(xié)議與PLC通信的智能儀表，首先需要經(jīng)過(guò)ET200M分布式I/O模塊上面選配的SM331HART信號(hào)模塊，把信號(hào)進(jìn)行

5、轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)PROFIBUS-DP協(xié)議把信息傳送給PLC。而采用PROFIBUS-PA協(xié)議通信的智能儀表，則需加裝DP/PA耦合器，電纜超過(guò)2米距離的，需要加裝總線終端器。通過(guò)模擬量輸入輸出的信號(hào)則通過(guò)CPU自帶的2路模擬量輸入接口和擴(kuò)展的SM1234AI/AO信號(hào)模塊進(jìn)行信號(hào)傳輸。具體選型詳見(jiàn)下表。名稱型號(hào)品牌數(shù)量S7-1200PLCCPU 1214C西門子1模擬量模塊SM1234AI/AO西門子1通信模塊CM1241 RS485/422西門子1觸摸屏KTP 600西門子1通信模塊CM1241 RS232西門子1GPRS調(diào)制解調(diào)器MD720-3西門子1天線ANT 794-4MR西門子1SIM

6、卡中國(guó)移動(dòng)1通信模塊CM1241 RS485/422西門子1ET200M分布式I/O模塊IM153-2和SM331HART西門子1DP/PA耦合器FDC 157-0西門子12.3、現(xiàn)場(chǎng)條件Ø 現(xiàn)場(chǎng)電源: 需提供一路380V ACØ 運(yùn)行壞境溫度: 0 - 55 水平安裝 0 - 45 垂直安裝Ø 儲(chǔ)存/運(yùn)輸溫度: -40 - 70Ø 環(huán)境濕度: 95%，不結(jié)露Ø 大氣壓: 1080 - 795hPa（相當(dāng)于海拔-1000 2000米）Ø 粉塵: 不導(dǎo)電、無(wú)腐蝕性，6.5mg/dm3Ø 污染物濃度: SO20.5ppm；H2S

7、0.1ppmØ 機(jī)械沖擊（EN60068-2-27）: 15G，11ms脈沖，3個(gè)軸6向上6次沖擊3、控制方法3.1、控制流程 本自動(dòng)化系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)部分：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集；執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制；對(duì)上位監(jiān)控系統(tǒng)的通信。現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集主要是蒸汽的流量、溫度、管網(wǎng)壓力等系統(tǒng)狀態(tài)的采集。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制主要是指管網(wǎng)流量的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的控制，包括自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種方式，涉及到閥門實(shí)際開(kāi)度反饋、閥門開(kāi)度控制量輸入及設(shè)定、閥門狀態(tài)、閥門功能。對(duì)上位監(jiān)控系統(tǒng)的通信主要是系統(tǒng)狀態(tài)量、控制量等數(shù)據(jù)的上下傳輸。主要的控制結(jié)構(gòu)和控制流程見(jiàn)下圖。3.2、變量統(tǒng)計(jì)本系統(tǒng)中PLC涉及到蒸汽流量、溫度、壓力、閥門開(kāi)度

8、等模擬量輸入和輸出，以及自動(dòng)/手動(dòng)選擇、閥門狀態(tài)等數(shù)字量。具體變量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表。名稱數(shù)據(jù)類型地址注釋蒸汽流量REALVD100流量計(jì)測(cè)量值蒸汽溫度REALVD104溫度變送器測(cè)量值管內(nèi)壓力REALVD108壓力變送器測(cè)量值閥門實(shí)際開(kāi)度WORDIW01閥門反饋值閥門控制量輸出WORDQW03閥門調(diào)節(jié)值PLC輸出閥門功能鍵BOOLM20.0SKD60執(zhí)行器的優(yōu)先鍵手動(dòng)/自動(dòng)選擇BOOLM20.1HMI設(shè)定閥門開(kāi)度REALVD112手動(dòng)控制PID設(shè)定溫度REALVD116自動(dòng)控制HMI設(shè)定溫度REALVD120自動(dòng)控制閥門狀態(tài)BOOLM20.21-開(kāi)/0-關(guān)故障報(bào)警字WORDMW22對(duì)應(yīng)16種故障報(bào)警

9、4、系統(tǒng)特點(diǎn)² 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備及執(zhí)行器均采用先進(jìn)的進(jìn)口元件，可靠性高，采集數(shù)據(jù)精確；² 可采取現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式或者傳統(tǒng)模擬量輸入輸出方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和用戶需求靈活選擇；² 系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)GPRS的方式進(jìn)行無(wú)線通信，既能滿足遠(yuǎn)距離通信的要求與實(shí)時(shí)性，又節(jié)省了線路鋪設(shè)的成本；² 采用模塊化的軟硬件結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性。二、 供熱首站自動(dòng)化系統(tǒng)：1、系統(tǒng)功能² 能精確測(cè)量用戶側(cè)的管內(nèi)壓力、溫度和流量，并能將各測(cè)量值傳送給位于供熱首站的監(jiān)控系統(tǒng)。² 能通過(guò)手動(dòng)和自動(dòng)的方式控制管道進(jìn)氣的控制閥門的開(kāi)度，并能將閥門開(kāi)度及相關(guān)狀態(tài)

10、信號(hào)顯示在監(jiān)控系統(tǒng)中。² 能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使被控量保持在設(shè)定值。2、系統(tǒng)組成 系統(tǒng)以西門子公司力推的S7-1200PLC為控制核心，安裝與之配套的KTP600精簡(jiǎn)型觸摸屏，可顯示各參數(shù)值并進(jìn)行可視化操作。系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)層均采用智能化程度高的國(guó)外進(jìn)口閥門和儀表，支持PROFIBUS-DP/PA、HART等常見(jiàn)總線協(xié)議的通信方式，也可以通過(guò)PLC模擬量模塊將4-20mA或者0-10V的模擬信號(hào)進(jìn)行輸入或者輸出，能精確采集壓力、溫度、流量、閥門開(kāi)度等數(shù)據(jù)，并能對(duì)閥門開(kāi)度進(jìn)行自動(dòng)或者手動(dòng)控制。本系統(tǒng)與位于供熱首站的監(jiān)控系統(tǒng)用網(wǎng)線連接，通過(guò)TCP/IP協(xié)議或者PROFINET協(xié)議進(jìn)行通信。A、

11、現(xiàn)場(chǎng)總線通信方式系統(tǒng)組成B、模擬量信號(hào)傳輸方式系統(tǒng)組成2.1、系統(tǒng)被控元件選型該系統(tǒng)主要元器件包括控制管道流量的調(diào)節(jié)閥、測(cè)量蒸汽溫度的溫度變送器、測(cè)量管內(nèi)壓力的壓力變送器，以及測(cè)量蒸汽流量的流量計(jì)。本系統(tǒng)選用國(guó)外進(jìn)口的元器件，功能強(qiáng)、測(cè)量精確、質(zhì)量好、可靠性高。具體選型見(jiàn)下表。名稱選型品牌數(shù)量備注電動(dòng)液壓閥SKD60執(zhí)行器+VVF61法蘭二通閥siemens1套蒸汽最高溫度220度，最大承重4000KP壓力變送器SITRANS P DSIIIsiemens1套帶故障診斷的數(shù)字變送器，支持HART、PROFIBUS-PA協(xié)議溫度變送器SITRANS T3K PAsiemens1套與傳感器連接，自

12、動(dòng)把信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字量，支持PROFIBUS-PA協(xié)議質(zhì)量流量計(jì)SITRANS F C（MASS6000變送器+MASS2100傳感器）siemens1套多參數(shù)測(cè)量設(shè)備，自帶存儲(chǔ)單元，先進(jìn)的診斷功能，可選PROFIBUS-DP/PA、MODBUS、HART等通訊模塊2.2、系統(tǒng)控制元件選型控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化與智能化的關(guān)鍵部門，本系統(tǒng)的控制器件主要選取西門子S7-1200PLC及其配套擴(kuò)展模塊。CPU選型為1214C，具有14個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)、10個(gè)數(shù)字量輸出點(diǎn)和兩路模擬量輸入，并能在右側(cè)擴(kuò)展最多8個(gè)信號(hào)模塊；自帶以太網(wǎng)口1個(gè)，并能在左側(cè)擴(kuò)展3個(gè)通信模塊。通過(guò)CM1241 RS485/422通信模塊

13、和KTP600觸摸屏組成顯示單元。通過(guò)HART協(xié)議與PLC通信的智能儀表，首先需要經(jīng)過(guò)ET200M分布式I/O模塊上面選配的SM331HART信號(hào)模塊，把信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過(guò)PROFIBUS-DP協(xié)議把信息傳送給PLC。而采用PROFIBUS-PA協(xié)議通信的智能儀表，則需加裝DP/PA耦合器，電纜超過(guò)2米距離的，需要加裝總線終端器。具體選型詳見(jiàn)下表。名稱型號(hào)品牌數(shù)量S7-1200PLCCPU 1214C西門子1模擬量模塊SM1234AI/AO西門子1通信模塊CM1241 RS485/422西門子1觸摸屏KTP 600西門子1通信模塊CM1241 RS485/422西門子1ET200M分布式I/

14、O模塊IM153-2和SM331HART西門子1DP/PA耦合器FDC 157-0西門子12.3、現(xiàn)場(chǎng)條件Ø 現(xiàn)場(chǎng)電源: 需提供一路380V ACØ 運(yùn)行壞境溫度: 0 - 55 水平安裝 0 - 45 垂直安裝Ø 儲(chǔ)存/運(yùn)輸溫度: -40 - 70Ø 環(huán)境濕度: 95%，不結(jié)露Ø 大氣壓: 1080 - 795hPa（相當(dāng)于海拔-1000 2000米）Ø 粉塵: 不導(dǎo)電、無(wú)腐蝕性，6.5mg/dm3Ø 污染物濃度: SO20.5ppm；H2S0.1ppmØ 機(jī)械沖擊（EN60068-2-27）: 15G，11ms

15、脈沖，3個(gè)軸6向上6次沖擊3、控制方法3.1、控制流程 本自動(dòng)化系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)部分：現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集；執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制；對(duì)上位監(jiān)控系統(tǒng)的通信?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集主要是蒸汽的流量、溫度、管網(wǎng)壓力等系統(tǒng)狀態(tài)的采集。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制主要是指管網(wǎng)流量的調(diào)節(jié)閥開(kāi)度的控制，包括自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種方式，涉及到閥門實(shí)際開(kāi)度反饋、閥門開(kāi)度控制量輸入及設(shè)定、閥門狀態(tài)、閥門功能。對(duì)上位監(jiān)控系統(tǒng)的通信主要是系統(tǒng)狀態(tài)量、控制量等數(shù)據(jù)的上下傳輸。主要的控制結(jié)構(gòu)和控制流程見(jiàn)右圖。3.2、變量統(tǒng)計(jì)本系統(tǒng)中PLC涉及到蒸汽流量、溫度、壓力、閥門開(kāi)度等模擬量輸入和輸出，以及自動(dòng)/手動(dòng)選擇、閥門狀態(tài)等數(shù)字量。具體變量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表。名稱數(shù)據(jù)類型地址注釋蒸汽流量REALVD100流量計(jì)測(cè)量值蒸汽溫度REALVD104溫度變送器測(cè)量值管內(nèi)壓力REALVD108壓力變送器測(cè)量值閥門實(shí)際開(kāi)度WORDIW01閥門反饋值閥門控制量輸出WORDQW03閥門調(diào)節(jié)值PLC輸出閥門功能鍵BOOLM20.0SKD60執(zhí)行器的優(yōu)先鍵手動(dòng)/自