MODICON QUANTUM PLC在輸煤控制系統的創新應用

岳鵬

摘 要：文章針對我廠輸煤二期擴建工程接入一期控制系統時所發生的一系列通訊異常問題，對所產生的問題以及故障的解決方法加以闡述，并提出了MODICON QUANTUM PLC在輸煤控制系統中的創新網絡結構，保證了系統的安全可靠運行。

關鍵詞：光纖中繼器；遠程站；網絡；通訊

中圖分類號：TM62 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）02-0033-02

Abstract： In view of a series of abnormal communication problems occurring in the second stage expansion project of coal transportation in our factory when connecting to the control system of the first stage， this paper expounds the problems produced and the solutions to the failures. The innovative network structure of MODICON QUANTUM PLC in coal transportation control system is put forward， which ensures the safe and reliable operation of the system.

Keywords： optical fiber repeater； remote station； network； communication

黃驊發電廠一期工程為2×600MW亞臨界燃煤發電機組，二期工程為2×660MW等級超臨界燃煤發電機組，總容量為2520MW。電廠采用港電一體的方式直接從港口取煤，一、二期共用一套輸煤系統，輸煤系統肩負著四臺機組的燃料輸送任務。在二期系統投入運行時對控制系統的創新型改造應用，提高了系統的性能及可靠性，保證了系統的安全穩定運行。

1 輸煤控制系統簡介

輸煤控制系統于2006年與一期兩臺機組共同投入運行，由北京現代邦澤公司開發。輸煤控制系統采用施耐德昆騰系列PLC控制，雙機熱備，雙路通訊冗余配置，采用分層分布式的網絡結構。由控制主站和遠程I/O站組成，控制器型號為140 CPU 43412，下設7個遠程子站。主站布置在輸煤集控樓，遠程I/O子站分別位于T2（#1站）、T4（#2站）、T6（#3站）、輸煤控制樓（#4、5站）、碎煤機室（#6站）、煤倉間（#7站）內，相鄰子站之間的距離約為：1300m、350m、100m、200m、250m。主站與子站通訊介質為同軸電纜，光纖中繼擴展，雙通道總線型結構。

網絡拓撲圖如圖1。

滄東公司二期輸煤控制系統在一期的基礎上增加兩個控制子站，控制邏輯由西安航天自動化公司完成。

2 出現的問題及問題產生的原因

2.1 出現的問題

按照系統的設計，二期新增加的兩個控制子站通過光纖中繼器串入#7和#3站之間，當兩個子站接入一期控制系統時，新增加的兩個子站與主站可以正常通訊，但末端的三個子站都無法進行通訊。這嚴重影響到一期兩臺機組的用煤安全，威脅到二期兩臺機組投產進度。

2.2問題產生的原因

滄東公司采用港口直接取煤的方式，各個轉運站之間的距離較遠，各個遠程子站分布于各個轉運站之中，從而導致主站與子站，以及子站與子站之間的通訊距離都較遠。二期新增加的兩個遠程站位于二期煤倉間配電室，距離一期煤倉間（#7站）的距離為250m。

采用同軸電纜的最長通訊距離為2千米，而使用施耐德專用的光纖中繼器（490 NRP 95400）之后，通訊極限距離可以擴展為13千米。但距離的延長以及光纖中繼器的使用都會使光脈寬減弱。對于我廠使用的遠程I/O模式來說，光纖中繼器可使用的最大數量

式中，X為所使用光纜的脈寬衰減率（ns/km）；L為總的光纜長度（km）。我公司使用的是62.5/125？滋m的多模光纜，其脈寬衰減率為5.0ns/km。因此，可以計算得出我廠理論可以使用的光纖中繼器的數量為：

而我廠新增加的兩個遠程站剛好使整套系統所使用的光纖中繼器的數量為8個，超過了這個極限值。所以通過分析，只能通過減少光纖中繼器的數量來解決問題。

3 問題的處理過程

3.1 解決通訊異常問題

通過上述的分析，決定從系統上減少光纖中繼器的數量，但又不對原系統做較大的改動。于是在7#遠程站增加分支器引出同軸電纜同新增加的兩個遠程站連接，經過改造后，新加的兩個子站可以正常通訊，末端的三個站通訊也正常了。但新的問題是：由于CPU的負荷率太高，系統程序掃描時間較長，單CPU運行的掃描時間已經超過50ms，若要投入系統熱備還需要4-5倍的掃描時間，從而使整個掃描時間超過“看門狗”的時間，系統熱備無法投入。

3.2 解決熱備問題

經過與廠家人員溝通，決定將原控制器升級為更高級、處理能力更強的控制器，型號為140 CPU 67160。在解決了系統軟件升級，邏輯轉化等一系列問題之后，控制系統熱備可以投入，但是系統雙通道通訊頻繁報錯，通訊數據包總是丟失。系統仍存在不穩定因素。

經過認真研究，這種情況的出現是由于信號傳輸過程中信號強度衰減導致的。

3.3 再次解決通訊問題

第一步，在不改變系統拓撲結構的前提下，去除#5、#6子站之間的光纖中繼器，將光纜更換為同軸電纜（距離約200m），此種方法仍無法奏效。

第二步，在經過深入的研究之后，決定對系統進行大的改動。把系統的網絡拓撲結構，由總線型改為樹型。在結構上將系統分為儲煤段和上煤段，具體過程為：斷開#3和#7子站之間的光纖連接，在#3與#5子站之間重新敷設同軸電纜（約100米）。經過此次改變之后，通訊終于正常了。并且此種網絡結構對整個輸煤系統來說也更加安全，上煤段或儲煤段的內部通訊故障將互不影響。

最終的輸煤控制系統的網絡拓撲圖如圖2。

4 結束語

輸煤系統是火力發電廠極其重要的輔助系統，是保證電廠安全運行的重要環節。而基于PLC的輸煤控制系統又是輸煤系統的核心，因此，此次輸煤控制系統控制器的升級及網絡結構的創新型應用保證了輸煤系統的安全可靠，對整個電廠的安全運行亦有著極其重要的意義。

參考文獻：

[1]施耐德公司.Modicon Remote I/O Cable System Planning and Installation Guide[Z].

[2]施耐德公司.Modicon Fiber Optic Repeaters User's Guide[Z].

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