摘  要: 本文在分析電廠輸煤程控系統(tǒng)工藝流程,、控制需求的基礎(chǔ)上，給出了基于和利時公司LK系列PLC的輸煤程控系統(tǒng)解決方案,。該系統(tǒng)性價比高,，易于維護,，使用方便,，性能穩(wěn)定,，可大大減少運行和維護人員的工作量，減少事故發(fā)生,，對電廠的安全高效運行有很大幫助,。
關(guān)鍵詞: 輸煤程控系統(tǒng)；遠程I/O,；HOLLiAS LK PLC,；冗余；PROFIBUS-DP

1 應(yīng)用背景
　　目前我國大型火電廠采用的燃料大多數(shù)為燃煤。一方面,，由于煤產(chǎn)地與電廠間地理位置或地域的不同,，需要借助汽車、火車或輪船等途徑把燃煤先運送到電廠內(nèi)的儲煤站,；另一方面,，在電廠內(nèi)，需要通過輸煤皮帶將燃煤輸送到指定的煤倉或煤筒中,，供燃煤鍋爐使用,。
　　電廠輸煤程控系統(tǒng)就是完成將煤場的煤輸送到煤倉或煤筒的任務(wù)，一般包括卸煤系統(tǒng),、堆煤系統(tǒng),、上煤系統(tǒng)和配煤系統(tǒng)幾個部分。輸煤程控系統(tǒng)是保證機組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的重要系統(tǒng),，是機組安全可靠運行的重要支撐系統(tǒng),。
　　電廠輸煤程控系統(tǒng)具有組成設(shè)備多且位置分散、設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強,、設(shè)備運行環(huán)境惡劣,、安全性可靠性要求高等方面特點，一般采用以可編程控制器（PLC）為主要控制設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)對整個工藝過程的控制,。

2 輸媒程控系統(tǒng)設(shè)計
　　輸煤程控采用雙主機（熱備）配置的HOLLiAS LK系列PLC完成上煤及配煤控制等功能,，PLC置于輸煤程控室,。在粗碎機室,、1#轉(zhuǎn)運站、2#轉(zhuǎn)運站,、細碎機室,、煤倉層、輸煤綜合樓設(shè)6組遠程I/O 站,，各信號就近引接至附近的I/O站,，各I/O站及PLC之間采用冗余PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通訊。該網(wǎng)絡(luò)能滿足輸煤程控的實時要求,。在輸煤程控室設(shè)上位監(jiān)控系統(tǒng),，通過兩臺上位監(jiān)控計算機機進行輸煤系統(tǒng)的集中監(jiān)測及控制，不再設(shè)常規(guī)模擬屏及儀表盤,。
　　HOLLiAS LK系列PLC是和利時公司利用十多年控制系統(tǒng)設(shè)計和工程實施經(jīng)驗而推出的新一代高性能,、高可靠性、高易用性的可編程邏輯控制器產(chǎn)品,，可以為不同工業(yè)領(lǐng)域提供個性化解決方案,，廣泛應(yīng)用于電力、冶金,、石化,、交通,、水處理等行業(yè)。
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　整個系統(tǒng)可以分為三層,，包括生產(chǎn)管理層（輸煤程控室）,、現(xiàn)場控制層（PLC控制站）及就地控制層。現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)通過PLC系統(tǒng)進行采集,，并通過主干通訊網(wǎng)絡(luò)——環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)傳送到中心控制室監(jiān)控計算機集中監(jiān)控和管理,，通訊速率為100Mbps，通訊介質(zhì)根據(jù)通訊距離可以選擇光纖或屏蔽雙絞線,。同樣,，中心控制室監(jiān)控計算機的控制命令也通過上述通道傳送到PLC的測控終端，實施各單元的分散控制,。
　　根據(jù)輸煤系統(tǒng)的聯(lián)鎖性強,、地理較分散的特點，系統(tǒng)設(shè)有一個主站和若干個遠程I/O分站,，現(xiàn)場設(shè)備信號直接接入附近的遠程I/O分站,，并通過冗余的PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與系統(tǒng)主站的通訊，由系統(tǒng)主站完成對所有系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控和管理,。
　　考慮到輸煤程控系統(tǒng)在安全性,、可靠性方面的要求，系統(tǒng)主站采用HOLLiAS LK PLC具有冗余功能的CPU模塊LK210,，支持電源冗余,、CPU冗余、以太網(wǎng)冗余,、總線冗余,，以保證整個系統(tǒng)的不間斷運行。

  　　控制方式
　　輸煤程控系統(tǒng)控制方式設(shè)計為現(xiàn)場設(shè)備就地手動控制,、遠程手動控制,、程序自動控制三種控制模式。三種模式的級別由高到低依次為就地手動控制,、遠程手動控制,、程序自動控制。
　　正常情況下,，所有設(shè)備的運行,、停止等由PLC按預(yù)定的程序自動完成，PLC自動識別各設(shè)備所處狀態(tài),。上位機發(fā)出指令后,，由PLC按預(yù)定的程序自動完成對設(shè)備的運行操作。包括程控上煤、程控配煤,、故障連停等控制功能,。
　　遠程手動控制又可分為聯(lián)鎖手動控制和解鎖手動控制兩種形式，多用于設(shè)備調(diào)試和檢修階段,。
　　就地手動是指在就地設(shè)備控制箱上操作設(shè)備,，具有最高的控制優(yōu)先級。

3 輸煤工藝控制方案
　　不同的電廠由于其機組的大小,，廠外來煤方式,、煤場到原煤倉距離的遠近和輸煤設(shè)備等方面的不同，在輸煤系統(tǒng)工藝形式上也存在著較大差異,。但按照工藝段和功能一般都包括卸煤流程,、堆煤流程、上煤流程和配煤流程幾個部分,。
　　卸煤流程,，主要指將廠外來煤（包括汽車、火車,、輪船等途徑）通過卸煤設(shè)備卸到廠內(nèi)儲煤站,，以備使用。
　　堆煤流程,，主要是通過堆料機對卸到卸煤站的煤進行整理,，以方便輸煤系統(tǒng)上煤。
　　上煤流程,，是輸煤系統(tǒng)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié),，通過輸煤皮帶機完成將原煤從煤場輸送到原煤倉的過程，同時通過輔助的碎煤機,、篩煤機,、除鐵器,、采樣裝置,、電子皮帶秤等設(shè)備完成對篩分、計量等處理,，以達到使用要求,。
　　配煤流程，主要是將從上煤系統(tǒng)輸送來的煤按照一定的要求,、規(guī)律,、順序地分配到機組受煤倉中的過程。

   　輸煤系統(tǒng)設(shè)備
　　按照在整個輸煤系統(tǒng)中的地位和作用,，這里我們把輸煤系統(tǒng)設(shè)備分為主設(shè)備,、預(yù)啟動設(shè)備、輔助設(shè)備和保護開關(guān)設(shè)備幾類。
　　主設(shè)備,，為輸煤工藝線上的關(guān)鍵設(shè)備,，直接納入整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖中，設(shè)備故障會引起系統(tǒng)聯(lián)鎖停機,。主要包括：給煤機,、輸煤皮帶機、振動篩,、碎煤機,、緩沖滾筒、除鐵器等,。
　　預(yù)啟動設(shè)備,，這些設(shè)備一般先于主設(shè)備啟動前動作，用于進行流程選擇,。主要包括：電動三通擋板,、皮帶頭部伸縮裝置、犁煤器,、警鈴等,。
　　輔助設(shè)備，一般不納入到流程聯(lián)鎖中,，可以單獨啟停設(shè)備,，故障不會造成聯(lián)鎖停機。主要包括：除塵器,、皮帶秤,、實物校驗系統(tǒng)、采樣裝置等,。
　　保護開關(guān)設(shè)備,，各種皮帶保護開關(guān)，用于流程監(jiān)控,、設(shè)備聯(lián)鎖,、報警等功能。主要包括：拉繩開關(guān),、跑偏開關(guān),、堵煤開關(guān)、速度檢測器,、撕裂檢測器,、料流檢測器、煤倉料位開關(guān),、料位傳感器等,。
　　控制策略
　　輸煤系統(tǒng)控制就是通過對輸煤設(shè)備的監(jiān)控,，完成將煤場的煤輸送到煤倉或煤筒的任務(wù)。系統(tǒng)的控制要求遵循如下原則：
　　上煤原則
　　1） 流程預(yù)啟：進行流程選擇,，并啟動相應(yīng)流程上的預(yù)啟動設(shè)備,，做好啟動準備；
　　2） 流程啟動：接收到流程啟動允許信號后,，系統(tǒng)主設(shè)備按逆煤流方向延時順序啟動,；
　　3） 流程停止：停止指令下達后，系統(tǒng)主設(shè)備按順煤流方向延時順序停止,；
　　4） 故障聯(lián)鎖停機：當所選流程上的系統(tǒng)主設(shè)備發(fā)生故障時,，立即聯(lián)鎖跳停設(shè)備故障點上游（逆煤流方向）的主設(shè)備；
　　5） 重故障信號：急停,、拉繩,、重跑偏、重堵塞,、打滑等指令或信號將直接導致系統(tǒng)聯(lián)鎖跳停,。
　　配煤原則
　　1） 順序配煤：先設(shè)定一個尾倉，從第一個原煤倉開始進行配煤,，煤斗以相同的時間（或依據(jù)煤倉料位）依次配煤,，直到尾倉和尾倉前所有煤斗發(fā)出高煤位信號為止。順序配煤時如有煤倉出現(xiàn)低煤位信號,，則停止順序配煤,，優(yōu)先給低煤位配煤；
　　2） 優(yōu)先配煤：當有煤倉出現(xiàn)低煤位信號時,，正常進行配煤的煤斗停止配煤并記憶,。先補低煤位倉直至低煤位消失，再按記憶煤斗的正常順序把煤倉逐個加到高煤位,。當多個倉同時出現(xiàn)低煤位時,，對這些倉按從前向后的順序進行輪換的配煤，直至低煤位消失,；
　　3） 余煤配煤：當停機信號發(fā)出后,，皮帶上余煤均勻配給每個倉，直至原煤倉皮帶機停止運行,；
　　流程控制
　　流程選擇,、流程預(yù)啟
　　上煤順序啟停控制

　　配煤流程控制

　　事故處理
　　系統(tǒng)事故處理是系統(tǒng)穩(wěn)定,、安全運行的重要措施，主要包括以下三方面事故處理措施：
　　1）在系統(tǒng)運行過程中,，當某一設(shè)備發(fā)生故障停機時,，聯(lián)鎖跳停故障設(shè)備點上游（逆煤流方向）的所有設(shè)備,，并給出報警信息。當設(shè)備故障恢復(fù)后,，才允許重新從發(fā)生故障的設(shè)備處按逆煤流方向重新啟動設(shè)備的運行,。
　　2）拉繩、重跑偏,、堵塞,、撕裂等保護開關(guān)動作，聯(lián)鎖跳停相關(guān)設(shè)備,。
　　3）當設(shè)備運行過程中存在危及人員安全及損壞設(shè)備的可能,，而操作員來不及判斷該怎樣處理的情況下，可以通過操作畫面上的“急停”按鈕來停止所有現(xiàn)場設(shè)備的運行,。

4 軟件功能
　　輸煤程控系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件采用和利時公司的FacView組態(tài)軟件,，主要功能如下：
　　實時流程圖顯示
　　實時流程圖是整個系統(tǒng)的主監(jiān)控畫面，在流程圖中可以實時監(jiān)控到系統(tǒng)主要設(shè)備的運行狀態(tài),。流程圖中所有設(shè)備的運行狀態(tài)采用綠色表示,；停止狀態(tài)采用紅色表示；故障狀態(tài)采用黃色表示,。流程圖中所有由PLC控制的設(shè)備設(shè)置遠程手動/程控自動轉(zhuǎn)換按鈕,，只有當設(shè)備就地/遠程轉(zhuǎn)換開關(guān)處于遠程時，遠程手動/程控自動轉(zhuǎn)換按鈕才可用,，當遠程手動/程控自動轉(zhuǎn)換按鈕處于程控自動時,，禁止人工遙控設(shè)備。當設(shè)備出現(xiàn)故障信號時,，停止運行或禁止啟動這些設(shè)備,。

        設(shè)備監(jiān)控
　　系統(tǒng)軟件對每一個控制設(shè)備設(shè)置有單獨的操作畫面，通過鼠標點擊實時流程圖上的設(shè)備,，就可以進入相應(yīng)設(shè)備的操作畫面,。
　　事件報警
　　系統(tǒng)軟件具有完善的事故報警功能。當事故發(fā)生時,，語音報警系統(tǒng)發(fā)出語音信號,。同時，LCD屏幕顯示故障區(qū)域流程圖,，事故設(shè)備圖形變色,，屏幕上方用漢字顯示故障性質(zhì)及發(fā)生時間，并自動啟動打印機記錄,，打印故障內(nèi)容及發(fā)生時間,。
　　數(shù)據(jù)報表
　　系統(tǒng)軟件具有計算機管理功能，能自動采集運行工況及有關(guān)數(shù)據(jù),，能實現(xiàn)實時流量編制,、修改及狀態(tài)顯示,，能按規(guī)定時間或召喚打印各種報表，能在LCD上查詢并調(diào)用有關(guān)數(shù)據(jù),，對正常生產(chǎn)運行定期打印記錄,，包括交接班記錄、日報,、月報,、年報等報表的打印。
　　其他功能
　　系統(tǒng)軟件除了具有上述監(jiān)控功能外,，還集成有煤量統(tǒng)計,、設(shè)備運行管理、與其它系統(tǒng)通訊接口等功能,。
5 系統(tǒng)特點
　　本電廠輸煤程控系統(tǒng)解決方案以和利時公司HOLLiAS LK PLC為核心控制器,，采用冗余的以太網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)將中心控制室計算機和PLC系統(tǒng)主站,、PLC系統(tǒng)主站與遠程I/O分站聯(lián)系起來,，構(gòu)成一個分布式的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有如下主要特點：
　　冗余的解決方案
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計為冗余配置,，包括電源冗余,、CPU冗余、以太網(wǎng)絡(luò)冗余,、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)冗余,，無論那個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都不會造成系統(tǒng)停車，這樣就最大限度地保證了系統(tǒng)的可靠性和安全性,。
　　集中管理,、分散控制
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計為一個主站多個從站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)主站統(tǒng)一管理系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備,，遠程I/O分站只負責數(shù)據(jù)采集與設(shè)備驅(qū)動,。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既滿足了系統(tǒng)設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強的要求，又滿足了系統(tǒng)設(shè)備位置分散的要求,。
　　軟件界面友好,、功能強大
　　PowerPro編程軟件符合IEC61131-3標準，易學,、易懂,、易用。FacView組態(tài)軟件圖庫豐富,，網(wǎng)絡(luò)功能強大,，報警、報表,、歷史數(shù)據(jù)以及二次開發(fā)功能完善而易用,。
　　開放性
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計為一個開放的系統(tǒng),，工業(yè)以太網(wǎng),、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛和開放性好的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò),，系統(tǒng)軟件支持DDE、OPC,、ODBC,、SQL，且提供豐富的API編程接口,，另外系統(tǒng)還支持Modbus/TCP協(xié)議,、Modbus RTU協(xié)議、自由口協(xié)議等多種接口形式,，可以方便地進行系統(tǒng)擴展或與全廠輔控網(wǎng),、MIS和其他子系統(tǒng)進行無縫連接。

6 結(jié)術(shù)語
　　隨著我國火電廠裝機容量的提高,，對輸煤程控系統(tǒng)等公用自動化控制系統(tǒng)提出了更高的要求,。本輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計在考慮電廠輸煤系統(tǒng)特點和要求的基礎(chǔ)上，充分利用了和利時公司HOLLiAS LK PLC可靠性高,、性能優(yōu)異,、功能豐富、擴展性好,、易于使用等方面的優(yōu)勢,，給出了針對性強和個性化的解決方案。

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