GE 9030 PLC在电厂斗轮机升级改造过程中的应用

1 引言
用于燃料输送的输煤斗轮机，是在上安电厂一期工程时由美国GE公司安装的，采用的型号为GE S6系列，自安装运行以来运行状况良好，基本可以满足电厂输煤要求。可是随着产品的更新换代以及电厂自动化水平的提高，原有的S6系列PLC操作比较繁琐，DOS人机交互界面使得技术人员在维护时感到非常得不方便，原有的梯形图逻辑存在却缺陷导致斗轮机行走振颤，甚至停机警报,设备出现老化现象，特别是S6系列PLC在九十年代中期已经停产，一旦现有的PLC故障需要更换，则很难找到备用的模件，给电厂生产正常运行带来很大的不便。因此迫切需要对原有的S6系列PLC进行升级改造。

2 斗轮机系统功能分析
斗轮机的作用主要分为两大部分，一是把煤通过传送带在指定地点煤集中堆放;二是根据需要把堆放好的煤通过传送带传输到中转站。斗轮机的功能分为悬臂旋转、悬臂升降、大车行走、斗轮旋转、夹轨器、挡板、拖车皮带、就地控制、远程控制、自动等十四部分。其中大车行走驱动电机使斗轮机运动至煤堆附近，接着悬臂进行旋转或者升降将斗轮运行到适合取煤的位置，斗轮开始转动取煤，通过皮带运送走，或者通过拖车皮带将需要堆放的煤集中存放到指定地点。

3 改造方案设计
改造包含E1盘配电室和E2盘远程控制驾驶室两部分。E1盘配电室内配有两层机架，第一层为安装有CPU的I/O机架，另一层为隶属于第一层机架的I/O扩展机架。两层机架之间通过扩展电缆进行连接和通讯，现场的各类开关量信号，报警接电信号，PLC输出到现场电机的起停信号均通过端子排与PLC I/O模块相连;E2盘远程驾驶员室内配有一层机架，该层为隶属于配电室第一层机架的远程扩展I/O机架，与主机架之间通过远程通讯电缆进行通讯。驾驶室内的监控硬件为发光二极管组成的光子排，通过端子排以简单明了的指示驾驶员各种操作状态以及报警信号。
3.1 硬件改造
(1) PLC选型
PLC采用GE公司的9030系列，参照原有PLC配置，共有输入300余点，输出400余点，故选用11个32位的输入模件IC693MDL655，6个32位的输出模件 IC693MDL753，输入与输出模件均使用一对24针D形连接器(分为AB、CD两组)及电缆IC693CBK001进行数据传输;电源模件选用IC693PWR322，可满足所有输出和输入模件的需求;同时PLC的微处理器选用高性能的CPU363，系统运行速度高，可达0.5ms/K指令。能快速执行梯形图逻辑，并实时刷新计算输出，并可在线监视执行状态。完全可以满足实时控制的要求。具体的输入和输出模件位置分配为:E1盘主机架6个输入模件，扩展机架1个输入模件，3个输出模件;E2盘4个输入模件，3个输出模件。PLC硬件配置图(主机架)参见图1。

图1 PLC硬件配置图(主机架)

(2) 电源改造
原有的110V直流电源全部更换作24V直流电源;PLC的输入模件与输出模件电源接线均采用负逻辑方式，具体方法可参考图2，并将输入模件和输出模件的24针D形连接器数据传输电缆剖开，按照图2和图3所标明的接线方式求将不同颜色的数据线分为AB组和CD组，分别打印出线标志，以保证连接到端子排上的位置准确无误。

图2 输入模件负逻辑接线图

图3 输出模件负逻辑接线图

(3) 接线线路改造
原有的PLC全部拆除,端子排全部更换，E1盘和E2盘的输入模件以及E2盘的输出模件对应端子排上的外部信号接线位置均保持不变，E1盘的输出模件直接驱动继电器上控制外部回路，对应的端子排上的外部控制信号线均保持不变;不同颜色信号线分为AB组和CD组，参考图2和图3，分别打印出线标志。按照接线图将连接到对应的位置，重新铺设驾驶室连接至配电室之间的通讯电缆，并在电缆外部套上绝缘皮管，以保证信号不受干扰。
3.2 软件改造
(1) 地址配置
参照原有的PLC地址配置，得知斗轮机的输入共有大约300点，输出大约400点，原来的地址分配比较混乱，所以根据实际情况重新配置输入和输出模件的地址，将所有的输入和输出点按照斗轮机的十四个功能区分开，然后再统一分配地址。注意到S6中的输出地址符号为%O，9030中为%Q;9030的定时器功能与S6的定时器功能完全不同，即S6定时器的地址是可以任意选择的，每个定时器只占一个地址位;相比之下9030定时器的地址就只能被限定在一个规定好的区域内，而且一个定时器就要占连续的三个地址位，这是GE 9030 PLC本身特性所决定的，故对梯形图中所有的定时器地址进行重新分配，范围%R1127~%R1334。

(2) 模块化逻辑开发
参考原有的S6 PLC DOS环境下开发的梯形图逻辑，在Windows & Cimplicity ME开发环境下重新编写适用于9030 PLC的梯形图,保证原有的逻辑功能不变;基于模块化思想，按照斗轮机的十四个功能部分对程序分块，即主程序只包含十四个被调用的子程序块(见图4)，各个程序块只包含对应于某一功能的梯形图逻辑(参考图5),并在现场技术人员的帮助下，完善了所有梯形图的注释，增强了程序的可读性，方便后期维护。

图4 模块化主程序

图5 带有注释的子程序梯形图(部分)

(3) 梯形图逻辑优化
注意到原有梯形图中一些特殊指令在9030的开发环境中已经不存在了，所以在9030的开发环境中找到可以代替这些特殊指令的命令以保证移植后的逻辑功能原功能一致。删除掉一部分已经不再使用的自动控制的逻辑，并修改了悬臂启动延时定时器的延时参数，使得控制效果更为合理。根据现场操作人员的意见，并改正了一部分错误的注释。

4 改造创新
本文作者创新点是在对原有的梯形图逻辑移植的基础上，采用了高级程序语言中的模块化编程方法，将斗轮机的十四个不同的功能部分看作是十四个不同的对象，分别编写相应的梯形图逻辑子程序，然后再主程序中直接调用这些子程序，形成完整的梯形图逻辑控制斗轮机正常运行。模块化后的梯形图逻辑结构清晰，具有很好的可读性，易于后期的维护。各模块之间相对独立、功能单一，避免了重复劳动，具有良好的可移植性，只要稍加修改，就可应用到同类型的控制中，获得了较高的程序质量。

5 结束语
整体的改造工作是成功的，系统调试期间运行状况良好，不但斗轮机的基本功能得到了实现，而且修改了原有逻辑中的不合理的地方，消除了斗轮机的行走震动的问题，并修改了斗轮机的斗轮的启动延时时间，使得功能更为合理，最终顺利验收完毕。
不过在工作期间也出现了一些意想不到的问题，由于输出模件选用的是IC693MDL753，该模件的电源接线方式只有负逻辑着一种方式，而原来的发光二极管光子排的正常工作存在正负极性，改造后的由于模件的电源方式改变，导致了由输出模件驱动的发光二极管不能正常工作，与现场工作人员讨论之后，决定将光子排上的所有发光二极管正负极颠倒一下，这样就可以在不影响工作的情况下保证系统状态的的正常显示。
另外一个问题是在梯形图逻辑调试期间发现Cimplicity ME开发环境报告E1盘主机架电源不足，后经查阅相关资料发现，选择的电源只能向不多于4个同类型的输入或者输出模件供电，一旦超出这个限制，就会产生电源不足报警，导致模件不能正常工作，所以将原来配置好的主机架上的6个输入模件的后2个移至扩展机架上，主机架上4个输入模件，扩展机架上3个输入模件，3个输出模件，满足了电源要求从而正常运行。
实践表明改造后的斗轮机抗干扰能力强，可靠性大大提高，降低了电气维修人员的工作量，极大地提高了生产率和整体输煤系统的自动化水平。