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技师

鉴定单位：

XXXXXXXXXXXXX

日期：

XXXXXXXX

摘要：

随着工业的发展，生产技术的提高，一大批工业自动化的产品应运而生，比如：

西门子的S7-300\400\1500,GE公司的90-70，罗克韦尔的contortLogix5000系列,ABB公司的800系列等，对现代工业生产起到了重要作用，革命性的解决了人类劳动强度及控制精度的问题，今天简要解读一下罗克韦尔contortLogix5000PLC、西门子s7-300PLC在电解铝500KA整流系统中的应用.该系统采用了九江九整的大功率硅二极管整流设备，文章叙述了罗克韦尔contortLogix5000PLC、西门子s7-300PLC的功能结构以及网络的拓展，分析了该系统稳流控制的原理及如何实现电流的自整定，讲述了PLC与人机界面的互动控制的模式以及故障告警及事件记录等，最后还分析了冬季水风冷却器运行对PLC的程序优化问题。

关键词：

整流系统PLC故障告警通讯网络水风冷却器程序优化

第一章：

500KA整流系统的结构

1.1：

500KA整流系统机组参数及结构

1.2：

500KA整流系统稳流控制原理

第二章：

整流系统中综自的应用

2.1：

1769-L35E、s7-300PLC的应用

2.2：

1769-L35E、s7-300PLC人机界面及后台的网络通讯结构及特点

2.3：

PLC综自控制系统在告警及故障记录中的应用

第三章：

对整流系统及水风冷却系统运行的优化

3.1：

对整流系统信号误动作的分析及优化

3.2：

对水风冷冷却系统冬季运行方式提出的优化概念

第四章：

结束语

第一章:

该系统主要采用江西九江九整整流器厂的ZES-48KA/1450型大功率硅二极管整流设备。

该系统单机组型号为ZES-48KA/1450，机组主电路采用三相桥式同相逆并联整流电路（如图1），额定输出电流48KA，额定电压1450V。

系统采用户内全封闭式结构，本体结构采用无磁方钢，无磁角铁，铝板等，整流柜的主整流室和电器间隔两部分，主整流室装有12组整流单元（正负各六组，前后分裂摆放）及熔断器单元，并配有继保、风冷、水冷系统。

继保主要包括操作过电压、换向过电压、直流侧过电压、二极管故障保护、桥臂过热保护、水系统保护、柜内温度保护等。

机组结构紧凑，利用的无磁材料减小了直流大磁场对结构本体的自感应引起的温升，减小了能耗损失，大大提高了整流效率。

图1：

三相桥式同相逆并联整流电路简图

机组采用以罗克韦尔的1796-L35EPLC为监控装置为核心，配合九江九整公司的JM820数字稳流控制器专用控制单元，构成单机组高可靠双数字稳流控制系统。

由机组PLC及人机界面POD可完成对高压断路器、有载开关、变压器、整流柜、直流刀闸、水风冷却器系统等设备的可靠操作及故障保护及数据的采集。

机组稳流主要由JM820完成，JM820进行数字PID稳流调节、PWM脉宽调制、IGBT高频开关输出控制电流，通过直流或交流的反馈，达到稳定电流的目的，数字稳控方框图如下：

在机组给定电流后，监控PLC及数字稳流JM820根据给定电流及反馈电流利用机组自饱和电抗器进行自整定调节，作用与自饱和电抗器的控制绕组和位移绕组（原理图如图2）。

实际稳流调节过程中，位移电流Iwy、控制电流Iwk与整流柜工作电流Id的关系如下图：

图中可分析看出位移电流Iw与整流柜工作电流Id呈反比关系，控制电流Iwk与整流柜工作电流Id呈正比关系，因此通过改变控制绕组电流Ik来改变自饱和电抗器铁芯磁密，来调整控制角，来达到对整流柜输出直流进行调压稳流的目的。

目前国内电解铝行业400KA及以上系统，PLC等一些综合自动化产品以得到普遍推广，针对稳流控制平稳供电这一块，各整流设备厂家也都推出使用较强运行计算及冗余能力抗干扰能力好的PLC，比如该文讲到罗克韦尔1769系列，西门子s7-300系列。

针对在强磁环境中对PLC运行稳定性的要求，在500KA整流系统中稳流及控制部分选用了AB公司的1769-L35E型PLC，在水风冷却器系统中选用西门子公司的s7-300型PLC。

为什么选用它们，它们有什么优点呢?

2.1.1：

两中型号的PLC在工业生产中具有编程简单，使用方便，其使用的编程语言形象直观、容易掌握、不需要专门的计算机知识和语言。

2.1.2：

控制系统结构简单，通用性强，模块化设置，维修更换方便。

2.1.3：

抗干扰能力强，可靠性高。

工业生产一般对控制设备的可靠性提出了很高的要求，应具有很强的抗干扰能力，能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间长，平均修复时间短，其在设计和制造过程中采用了多层的抗干扰措施，并精选元器件，可在恶劣环境下工作。

其在硬件上通过屏蔽、滤波、隔离、电源的调整与保护、采用模块式结构等措施，在软件上采用故障监测，信息保护和恢复等方法提高可靠性。

2.1.4：

功能齐全。

具有开关量与模拟量输入输出模块和大量的内部中间继电器、时间继电器、计数器等，具有逻辑控制、顺序控制、信号数据处理及各种接口功能，具有强大的以太网（EntherNet）、控制网（ControlNet）、Profibus网络等。

1769-L35E、s7-300PLC人机界面及后台的网络通讯结构及特点。

该系统中采用了以太网（EntherNet）、控制网（ControlNet）、DeviceNet和ProfibusDP网络等网络通讯架构（如下图）。

在该系统中灵活运用了以太网及设备控制网络，以太网技术建网投资经济，可以有效的保障用户在布线基础实施上的投资，它支持3、4、5类双绞线以及光纤的连接，能有效的利用现有的设施。

方便施工、维护。

而控制网（ControlNet）是一种高速确定性网络，用于对时间有苛刻要求的应用场所的信息传输，它为对等通讯提供实时控制和报文传送服务，并且传输速率高达5Mbit/s,可寻址节点数为99，使用RG-6/U同轴电缆，具有一定的抗干扰能力。

DeviceNet网络，是一种低成本的通讯连接，是一种简单的网络解决方案，主要应用与基本工业设备（如光电传感器、电动机启动器、输入输出设备及其他驱动设备等）的网络连接。

ProfibusDP网络是一种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。

PROFIBUS传送速度可在9.6kbaud~12Mbaud范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。

广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。

PROFIBUS是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。

可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。

整流系统的故障及报警信号按所在回路位置不同可分为交流侧电源进线和母线部分、整流机组整流柜本体部分以及辅助设备部分（水风冷却器、循环水系统）；

按其性质不同又可分为事故跳闸信号和故障报警信号。

跳闸信号主要包括一次供电部分的继电保护系统中的过流保护、速断保护、零序保护、变压器差动保护、重瓦斯、压力释放；

整流柜本体的桥臂过热、单快熔、多快熔、水压低、直流逆流、换向过压等。

故障报警信号有，轻瓦斯、油温高、水温高，油泵故障、风机故障、电导率高、整流柜柜门开等。

故障信号经由中央信号回路接通故障指示灯、铃发声光报警并在监控设备终端以报文形式闪动，故障滤波系统接受PLC终端设备传输的报警信号并记录在系统中，方便检修技术人员进行故障消除，便于对系统的监控管理。

通过几年的运行情况，系统故障报警方面、水风冷控制方面也存在一定不足，具体情况及整改措施如下分析。

对整流系统信号误动作的分析及优化。

在生产过程中，由于夏季气温过高（极端天气达45℃），整流柜运行电流大，加上回路内阻损耗发热，致使元器件工作环境温度高，元器件周围存在强磁场及整流柜本体运行时的震动等情况，致使整流柜桥臂的温度继电器及换向过压保护的快熔监测微动开关的误动作。

造成系统的误跳闸，即影响了平稳供电和电解效率，又增加了供电系统职工的劳动强度，同时也对变压器有载开关造成不必要的动作损耗。

温度继电器采用的是KSD302常开式温控开关,微动开关采用的是九江九整整流器公司改动的KW-15型常闭式微动开关，信号回路如下图：

针对上述这一故障现象，提出了对系统监测装置的升级及PLC程序进行优化，首先对原有的桥臂温度监测装置进行升级，因原装置对桥臂温度高监测没有记忆功能，故障闪动后，工作人员没有办法确认具体桥臂（因是误动，桥臂温度成像仪监测基本一致）；

其次是针对误动作时间极短一般在几十ms，用报警的硬接点驱动PLC内部的时间继电器加以秒级延时，程序简图如下图。

升级后的桥臂温度监测装置具有记忆功能，能够准确确定某桥臂报警的实际原因，使用效果良好，更改后的PLC程序也对闪动起到了作用，使用效果良好，确保了平稳供电的稳定性和可靠性。

对水风冷却系统冬季运行方式提出的优化概念

水风冷却器系统主要由PLC人机界面控制部分、循环水泵部分、五组风机散热器部分及架构。

该系统所处环境昼夜温差大，特别是冬季，整流系统运行时，温升不高，水冷系统就会遇到冷却器内部散热管道的损坏。

因此，需要停用一到二组风冷器，并放去冷却器内部纯水、拆除风机电源线。

这种情况的出现无疑增加了冬季检修的工作量及设备的安全运行。

针对上述情况，需对PLC控制回路进行优化控制方式，根据季节或昼夜进行运行模式的切换，在原有的PLC控制程序中加入时间事件，在人机界面程序中加入时间写入块操作，在硬件操作方面加入控制旋钮的选择操作，多条件方式共同满足，保证安全运行，对冷却器机械部分实施建造根据环境温度自动开启/关闭式通风系统。

优化概念方框图如下：

PLC应用于500KA整流系统中，通过和监控主机PC以及继电保护装置有效结合，组成了PLC系统实现了整流机组操作的自动控制。

通过PLC对整流系统的数据采集及信号的采集，将整流机组的真实运行情况反映到了监控主机PC上，便于运行人员的动态监控，通过PLC故障告警及程序控制的优化，检修人员对故障的处理得以简化，并及时提醒检修人员进行故障处理，确保整流系统良好平稳运行，为电解生产提供稳定、优质的直流电流。

参考文献：

1、整流器装置使用手册：

九江九整整流器有限公公司

2、ControlLogix系统组态与编程：

现代工业控制工程设计/钱晓龙主编，北京：

机械工业出版社，2013.6

3、ControlLogix系统使用手册/邓李编著，北京：

机械工业出版社，2008.1

4、电解铝厂220KV供电系统中PLC的应用分析，申中民：

中铝贵州分公司计控厂，2002.10