摘 要：本文介紹了B&R 2005系列可編程計算機控制器（PCC）在某發電機組輔助控制系統中的應用及該系統的實現，著重描述了該系統的工藝需求、功能以及軟件和硬件設計。該PCC除了用于現場儀表的數據采集和處理以外，還用來實現對現場自動化設備的控制。此外，基于B&R Automation Studio集成軟件平臺的編程、數據通訊設置及HMI畫面編輯功能用于監控工業生產的動態過程，以實現了輔控系統有關生產崗位無人值守的設計要求。生產實踐表明，該系統運行效果良好，達到了設計目標。
關鍵詞：可編程計算機控制器；B&R 2005 PCC；輔控系統；無人值守
1 引言
發電機組輔助系統主要為整個機組的安全穩定運行提供可靠保障，是機組的重要組成部分。其中，空氣壓縮系統主要應用于機組的物料輸送、鍋爐吹灰、設備冷卻、樹脂顆粒混合清洗及氣動元件控制等領域；工業水及消防水系統主要為發電過程中工業水處理及消防供水等提供保障。隨著工業自動化技術的發展和機組運行管理水平的提升，相關系統設備站房無人值守的要求愈加強烈。為滿足運行管理水平現代化及企業優化人力資源配置的需求，華電青島發電有限公司對上述輔助系統進行了無人值守設計與實現。空氣壓縮系統如圖1所示。
圖1 空氣壓縮系統的設備外觀
2 輔助控制系統介紹
2.1 工藝概述與設計要求
空壓機房無人值守系統主要由檢修空壓機、儀用空壓機、干冷器、空氣冷卻器、除油器等設備構成；工業水泵及消防水泵房無人值守系統主要由工業水泵、消防水泵、補水泵、緩沖箱等構成。輔助系統自動監控是采用以可編程計算機控制器(PCC)技術為基礎的控制系統，由中央控制站、數據通訊網絡、設備級控制器及就地傳感器、執行機構等組成。根據生產工藝設計要求，上述系統自動化控制系統采用典型的三級監控方式。上位機以標準的工業控制計算機（IPC）作為主要的人機界面（HMI），為生產控制級，完成對下位機的監控、生產操作管理等，主要面向操作人員；下位機由可編程計算機控制器（PCC）構成，為現場測控級，完成生產現場的數據采集及過程控制等，面向生產過程；通過數據傳輸進入企業MIS系統，為企業管理級，主要面向企業生產管理和信息處理人員。
該輔助監控系統的設計要求如下：
（1）在生產過程中，存在大量的物理量，如壓力、溫度、液位等模擬量參數。需要通過PCC對這些參數進行實時采集和處理。
（2）輔助系統無人值守的自動化控制，即實現整個空氣壓縮、儲存、輸送和工業、消防水處理過程的全自動控制，進行故障診斷，并在監控畫面上顯示各工況參數并控制設備運行狀態。
（3）對調節系統可采用操作器控制，確保系統壓力準確穩定，使各參數達到設計要求，并對其故障實現實時報警和聯鎖啟停切換控制。
（4）對電動機等重要現場設備進行溫度、電流及振動的狀態監測。
（5）控制系統具備雙路電源切換功能，當一路電源故障時能可靠的自動切換到另一路，以保證任何一路電源的故障均不會導致系統的任一部分失電。
（6）自控系統通過控制器的冗余設計保證系統運行的高可靠性。
（7）將控制與視頻信號通過通訊網絡傳輸，進行中央控制室集中監控，實現站房現場的無人值守。
2.2 控制系統選型及特點
為了實現上面提到的空壓機房、工業水泵及消防泵房無人值守的設計要求，我們選用貝加萊工業自動化公司B&R 2005可編程計算機控制器（PCC）和研華公司ADVANTECH IPC-610工控機（IPC）構成的自控系統，再配以先進的B&R自動化軟件，來實現上述各輔助控制系統的各項功能。
當前可編程計算機控制器（PCC）是專為工業環境下應用而設計的工業控制計算機，已成為電氣控制系統中應用最為廣泛的核心，它不僅能實現復雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定時的閉環控制功能，并且抗干擾能力強、可靠性高、穩定性好、體積小，能在惡劣環境下長時間、不間斷運行，且編程簡單，維護方便，并配有各類通訊接口與模塊處理，可方便各級連接。
圖2 B&R 2005可編程計算機控制器（PCC）
B&R新一代可編程計算機控制器（PCC）綜合了PLC和工業計算機的優點和功能。它采用B&R的Automation Studio集成軟件開發平臺，支持多任務分時操作系統，能夠使用高級語言、指令表、梯形圖以及其它功能塊編程，并且具備面向控制的標準功能和獨特方便的模塊結構，適合密集安裝，模塊化結構設計使得各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。獨特的掉電保持功能以及可熱插拔的模塊特性，為系統維護帶來了極大的方便。
3 控制系統構成
3.1 控制系統的結構
該系統的網絡拓撲結構如圖3所示。
圖3 系統網絡結構
3.2 控制系統硬件配置
根據系統設計要求，本系統所選用的主要硬件設備包括以下：
（1）工業計算機（IPC）
ADVANTECH IPC-610，Pentium Ⅳ 3.0GHz處理器，1Gb內存，160Gb硬盤；
（2）中央處理單元 (CPU)
CP 260，CPU模塊2塊；
IF 260，CPU模塊2塊；
（3）I/O模塊 (SM)
DI 475，數字量輸入模塊2塊；
DI 476，數字量輸入模塊8塊；
DO 479，數字量輸出模塊10塊；
AI 775，模擬量輸入模塊2塊；
AT 350，模擬量輸入模塊4塊；
AO 775，
模擬量輸出模塊2塊；
（4）電源模塊 (PS)
PS 465，電源模塊4塊。
該系統中B&R 2005系列PCC的硬件配置如圖4所示。
圖4 PCC的硬件配置
3.3 應用軟件開發
B&R 的Automation Studio是一款集成軟件開發平臺，用來對B&R全系列控制器及遠程I/O、通信網絡、IPC、HMI
觸摸屏和伺服控制器進行應用開發，能很好地實現人機界面（HMI）和監控管理系統，真實地將工廠控制軟件集成到自動化過程中。HMI人機界面系統作為基礎自動化系統重要組成部分，用于控制系統的各種數據的設定、顯示、故障報警，以及相應操作和設備的在線調試及維護，發揮越來越重要的作用。壓縮空氣、工業及消防水HMI系統信息以友好方式與用戶交互。通過自動化控制系統接收過程計算機和操作人員通過HMI輸入的數據進行處理，處理后再將過程數據信息、機組狀態信息和各種測量值以符號、數值、曲線、圖表及歷史記錄的形式在HMI畫面上顯示。最終實現在HMI操作站上以最少的設備數量提供最大可能的信息，幫助操作人員和設備維護人員快速準確的了解系統當前狀態及其相關信息的設計目標。
在上位機上用B&R Automation Studio軟件設計了多幅人機界面畫面，如圖5所示。主要包括以下幾個方面：
（1）工藝流程圖：在畫面中通過編程實現模擬顯示整個壓縮空氣、工業及消防水現場生產的全過程，并且在設備本體上實時顯示各路氣、水的壓力與溫度，以便于操作者能及時準確的掌握設備本體內情況，能夠對現場設備的故障進行實時診斷。
（2）手操器的操作與對現場儀表的監控：手操器有手動和自動兩種工作方式，在設備安裝調試階段一般用手動操作方式，進入正常運作時常用自動方式，以實現對一些重要的模擬量數據的精確控制，自動調節程序由PID閉環控制回路完成。
（3）報警記錄：對于如罐內壓力、入口溫度、水箱液位等一些重要的模擬量輸入參數進行實時報警。當處于監控下的任何一個變量超出預先設定的安全值時，報警燈就會立即閃爍，同時通過報警一覽表對話框可以檢查報警超出范圍以及錯誤出處，并對此采取相應措施。
（4）實時和歷史趨勢：在此畫面中除了實時顯示變量的變化趨勢，操作員還可以檢查過去的過程數據記錄，通過對過去歷史趨勢的比較進而可以對變量未來的發展趨勢做進一步的預測。另外，還具有生成報警或變量記錄數據運行報表的功能。
（5）攝像監控：通過攝像及圖像采集設備對圖像的處理，使操作人員通過視頻窗口實時監控現場設備運行狀況。
圖5 系統主要監控畫面
3.4 網絡數據通信
工業以太網現已成為工控界最為流行的局域網技術，被廣泛的應用于工廠控制級通信，它可以實現控制器與控制器之間、控制器與上位機之間的通信。在本系統中由于各站房與中央集中控制室距離較遠，我們采用了以光纖為主要通訊介質、以TCP/IP為數據通信協議的工業以太網絡，為大量的控制與視頻信號傳輸提供穩定可靠的保障。同時，我們預留了與企業MIS系統通信的接口，為相關數據的進一步處理與利用奠定了基礎。
4 系統功能
4.1 控制中心數據采集功能
上位機將可編程控制器中傳出的數據信息直接采集，通過軟件功能將信號以文字、圖像、報表等方式形成人機界面，操作人員通過此界面進行監控操作。
4.2 控制中心控制信號發送功能
控制信號由上位機經通訊接口送入控制器，由控制器來實現各控制指令，完成對現場設備的各種操作。
4.3 監控中心控制及集中管理功能
在上位機的監控畫面上點擊相關控制設備均可對其進行控制，對相關參數及設備運行狀態實現實時顯示、報警和歷史記錄并形成報表。通過攝像監控功能實時監控生產現場設備運行狀況，可及時發現設備及管路的跑冒滴漏現象，最終實現站房內無人值守、站房外集中管理的目標與要求。
4.4 系統調節控制功能
主要包括儲氣罐壓力控制、工業
水泵控制、消防水泵控制、補水控制、水箱液位及疏水變頻控制功能。通過以上控制功能的實現，最終完成對各系統的順序、調節控制。
4.5 系統聯鎖控制功能
連鎖控制是輔控系統的核心。特以空壓機連鎖做詳細說明：空氣壓縮系統共有5臺空壓設備，分為A段與B段，正常運行時各段均有一臺空壓機運行，在允許壓力范圍內，設備將采用大循環啟停方式，即根據先啟先停的方式由程序控制循環運行，循環時先啟動停機時間長的空壓機，加載后，再將需要停機的空壓機按步驟停機；當母管壓力低于0.65MPa時，系統自動啟動另一臺空壓機，加載30秒后若壓力仍低于允許范圍，則再啟動一臺儀用空壓機，直至滿足壓力條件；當母管壓力低于0.55MPa時關閉除油器出口電動門；當A段或B段有兩臺以上空壓機運行且母管壓力高于0.8MPa時，系統自動對運行時間最長的一臺設備停機，直至滿足壓力條件或每段僅剩一臺運行。
5 結束語
本文討論了基于B&R 2005系列可編程計算機控制器的發電機組輔控系統的設計與實現，充分發揮了該系列控制器性能優異、配置靈活、控制可靠、編程方便以及便于現場調試的優點。 該系統于2008年5月全面投入試運，7月與機組一起正式投入運行。在實際應用中，該系統運行效果良好，具有較高的自動化水平，實現了設計目標與要求，為機組的安全穩定運行提供了可靠保障。同時，該項目也獲得了業內專家及用戶的一致好評，具有一定的推廣價值。
作者簡介
周虹伯 男，高級工程師，碩士，主要從事工業設計工程領域工作。
山東省青島市四方區興隆一路6號 266031
