PLC在电厂输煤程控系统中的运用_电厂输煤系统plc设计
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PLC在电厂输煤程控系统中的运用
国电开远发电有限公司 张 勇 引言
PLC是80年代发展起来的一种新型的电器控制装置，它的诞生给工业控制带来了一次革命性的飞越。它将传统的继电器控制技术和计算机控制技术融为一体，具有灵活通用、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、使用方便、功能强大、易于实现机电一体化等显著优点，已经广泛应用于工业生产的各种自动控制过程中。
电厂输煤系统是电力生产过程中非常重要的外围辅机系统，输煤控制系统具有控制设备多、工艺流程复杂、设备分散等特点，沿线环境条件恶劣，粉尘、潮湿、振动、噪音、电磁干扰等都比较严重，传统的强电集中控制方式已不能适应大型火电厂输煤系统自动化的要求，PLC程控方式由于其自身优点，目前在国内大型火电厂输煤系统中已逐渐取代常规的强电集中控制方式，成为大型火电厂输煤程控系统的核心。国电开远发电有限公司的输煤程控系统中，PLC的优良性能得到充分体现。系统概述
国电开远发电有限公司(2*300MW)输煤程序自动化控制系统，包括程控和监控两大部分，用于操作员在燃运集中控制室内实现对整个输煤系统的控制和监视。该程控系统主要由PLC程控系统和工业电视监控系统两部分组成。工业电视监控系统主要是用于程控运行人员在集控室监视现场设备工况，且工业电视监控系统可实现与PLC程控系统之间的报警联锁，即当某个监视区域发生故障报警时监视系统可自动切换到该监视点，从而实现在最短的时间内观察到现场故障情况，及时掌握重要信息，为系统的操作、维护提供了极大方便。系统组成 3.1 PLC程控系统
PLC控制系统是该程控系统的核心，其采用工控机为上位机、PLC系统为下位机的两级控制模式，上、下位机均分别采用双机热备形式，以确保在万一有一台PLC主机或一台监控用工控机发生故障或死机的情况下，整个系统仍可照常运转。(1)上位机
上位机采用研华工控机，共设2台，分别用于程控部分的操作和监视。系统软件基于WindowsNT4.0(加装中文之星)，并配以美国AB公司RSView32人机接口软件。(2)PLC PLC选用美国Allen-Bradley公司PLC-5/40系列，采用RSLogix5软件编程。CPU(型号1785-L40C15)采用双机热备，除本地站外设10个远程站，其中5个在控制室，3个在煤仓层、2个在油泵房。(3)通讯方式
本地站与远程站之间通过屏蔽双绞线(AB公司1770-CD10)通讯，采用双缆备用方式，上位机与下位机之间通过屏蔽同轴电缆(AB公司1786-RG6)构成CONTROLNET网进行通讯。系统结构如图1所示。
图1 PLC程控系统结构框图
PLC远程站配置有数字量输入(AB公司16点数字输入模板1771-IMD)、输出模块(AB公司16点数字输出模板1771-OBD)和模拟量输入(AB公司8点模拟输入模板1771-IFE)、输出模块(AB公司4点模拟输出模板1771-OFE2)。
数字量输入模块接受220VAC的输入信号，数字量输出模块输出电压为24VDC，用于驱动输出继电器，输出信号再通过继电器节点输出。
另外系统内一次元件主要由皮带保护元件和煤仓料们检测元件两部分组成，其中皮带保护元件包括:皮带跑偏开关、事故拉绳开关、速度开关、纵向撕裂保护装置、断带保护装置和堵煤信号发生器;煤仓料位检测元件包括:高料位开关和超声波料位计。
皮带跑偏开关采用两级防水型，沿皮带两侧布置;事故拉绳开关采用双向防水自动复位型，沿皮带两侧布置;速度开关采用两级型，布置在每条皮带头部，共计16台;皮带纵向撕裂保护装置29台，布置在每条皮带下部;2台断带保护装置布置在较长且倾斜度较大的6号甲乙皮带上;堵煤信号发生器采用阻旋式料位开关，布置在落煤管上，共计14台。高料位开关采用阻旋式，每个原煤仓设4个，分别布置在原煤仓落煤口旁，共计32个;超声波料位计由8个换能器、1个显示单元、1个输出单元和1个手持编程器四部分组成，显示单元、输出单元和手持编程器安装在煤仓层#2I/O柜内，换能器安装在每个原煤仓的顶部中间。
3.2 工业电视监控系统
监控部分采用矩阵切换箱为下位机、上位机(工控机)的两级控制方式。(1)上位机
上位机采用1台ICS工控机，操作软件使用基于Windows的王者之剑168。(2)下位机
下位机的矩阵切换箱为美国Sensormatic公司的AD168系列(型号AD168R24-12)，S3编程软件。工控机完成监控部分的操作和编程，矩阵切换箱完成图像的切换、巡视。工控机与矩阵切换箱之间通过串行口进行通讯。(3)矩阵切换箱
矩阵切换箱为模块式结构，由电源模块、中央模块、控制码模块、输入模块和输出模块组成。本系统为24路输入、12路输出。如果需要，可进行扩充。控制室内布置4台松下25时彩色电视机，用于显示图像。四画面分割器能将4路视频输入信号同时在1台监视器上显示，本系统配置了2台四画面分割器。
在生产现场，本系统布置了22台彩色摄像机，其中14台配置了定焦自动光圈镜头，6台配置了6倍变焦自动光圈镜头，2台配置了10部变焦自动光圈镜头。所有摄像机都有防护罩保护，22台摄像机中有还8台还配置了云台，其它14台不带云台。整个监控系统的云台转动控制、变焦镜头调焦控制均由控制室的计算机加PLC来完成。系统功能 4.1 程控系统功能
程控系统提供了对运煤和配煤系统及其所有设备进行操作、监视、管理所需要的一些软、硬件条件和功能。
(1)运煤控制系统的运行方式
运煤控制系统的运行方式分为:自动程序、远方手动和就地手动;a)自动程序:按PLC设置的程序,通过工控机操作实现;b)远方手动:通过PLC和工控机对全部运煤和配煤设备实现—对应的操作;c)就地手动:不经过PLC,仅能在就地MCC柜上操作。
本程控系统完成其中前两种运行方式。自动程序方式是主要的运行方式。操作员能选择一个完整和合适的路径，以便将煤从运煤火车运送至煤场或直接运送至煤仓，或者从煤场运至煤仓。只有当选择合适的和完整的路径，且所有信号表明允许启动，并显示预启成功后，才允许操作员使用“系统自动启动”。(2)配煤控制系统的运行方式
配煤控制系统的运行方式分为:自动配煤、远方手动配煤和就地手动配煤。a)自动配煤按PLC设置的程序,通过工控机操作实现;b)远方手动配煤通过PLC与工控机对各犁煤器实现一一对应的操作;c)就地手动配煤不经过PLC,仅能在就地操作箱上操作。
本程控系统完成其中前两种运行方式。自动配煤是主要的配煤方式。操作员在CRT上调出“配煤”画面，通过鼠标选择尾仓和旁路仓。每个仓对应四台犁，一侧两台，自动配煤按如下顺序进行:先顺序给低煤位仓配煤，配一定数量的煤，消除煤仓低煤位状态，正常情况下对低煤位信号的加仓采用单数犁，只有当单数犁为检修或落犁失败时才启用双数犁;所有低煤们信号消失后，再进行顺序配煤，首先启动每个仓的单数犁配仓，按顺煤流方向依次给每个仓配满，再转入双数犁按顺煤流方向依次给每个仓配煤，尾仓配满后重复第一个过程，用单数犁继续配仓，循环往复，操作员可视机组运行需要和仓满情况，结束流程停车;顺序配煤过程中，如果又出现低煤位仓，则停止原煤仓顺序加仓程序，优先为低煤位仓配煤，待低煤位信号消失后五分钟再转入顺序加仓程序;尾仓的双数犁一直保持落下，只有此犁设为检修时启动单数犁落下。在自动配煤过程中自动配煤过程中自动跳过高煤位仓、旁路仓和尾仓以后的仓。
系统内所有设备的状态都能在CRT上明确、醒目地指示出来，使操作员一目了然。且系统为操作员提供了方便、及时、详尽、清楚的报警管理功能，为操作员提供了实时的和历史的数据记录和查询。
4.2 监控系统功能
工业电视监控部分是为运煤集中控制室内的操作员提供各个摄像机获得的图像，以便直观地监视输煤系统各设备的运行状况。通过矩阵切换箱,操作员可实现自由切换、成组切换和自动巡视，即任何一个摄像机的图像可以在任何一个监视器上显示，任意若干个摄像机的图像可以在任一个监视器上循环显示，循环周期可调节。通过编程还可设置在监视器上显示的内容，包括日期、时间、摄像机符号和号码等。CRT上显示的实时图像可以静像方式显示，并可储存在磁盘或从磁盘取出观察，操作员可以在CRT上方便地操作云台的转动和镜头的调焦。
4.3 设备联锁功能 所有的运煤设备按工艺要求进行联锁，联锁按下列方式进行:(1)启动时按逆煤流方向，从最后一条皮带(及相关设备)开始依次启动，直到第一条皮带(及相关设备)启动后，才开始供煤，每条皮带启动前须响铃30s;(2)停运时按顺煤流方向，先停供煤设备，然后从第一台至最后一台设备依次停止，每台设备之 间按预定的延时时间发停机命令，即要求前面设备的余煤清除后再停止其运行，其中碎煤机、除铁器均需另延时停机。
故障时，故障点及其上游设备瞬时停机，故障点下游设备保持原工作状态不变。待故障解除后，可从故障点向上游重新启动设备，也可以在故障未障未解除时，从故障点向下游开始延时停设备。联锁能阻止任何设备超出顺序的启动。当系统采用自动程序方式运行时，必须按上述联锁关系启停设备。当系统采用远方手动方式运行时，可以解除某个设备的联锁，以便对该设备进行试验操作，当有设备被解除联锁时，CRT上有报警显示，此时操作员应十分小心。在CRT上及操作台都设有“紧急停止”按钮，当出现危害设备或对人身产生危险的故障时，系统应立即停止，操作“紧急停止”按钮能立即停止除碎煤机以外的其它设备。
系统启动时的联锁关系的依据主要是电动三通的位置，即三通通哪一路，哪一路即应联锁，所以系统启动前，电动三通的位置必须正确。参加联锁的设备包括各皮带输送机、翻车机、堆取料机、筛煤机和碎煤机，其联锁关系是上一级设备没有运行时下一级无法启动，上一级设备停止时下一级也马上停止。考虑到设备的检修等特殊情况，允许皮带输送机、筛煤机或碎煤机解除联锁。当设备解除联锁时，会以报警的形式提醒操作员，卸船机和堆取料机在此无法解除联锁。系统停止时的联锁关系依据主要是操作员所选择的运行方式，所以在系统启动前，应选择正确的运行方式。无论是手动或自动，操作员都应正确选择运行方式，在手动操作时，电动三通的操作也必须与所选的运行方式一致。结束语
国电开远发电有限公司PLC输煤程控系统运行两年多来，功能完备、性能可靠、维护简便，对于电厂安全、经济地运行起到了良好的作用。同时，这也说明PLC技术在电力工业自控系统中的应用日益成熟，发展前景非常广阔。
参考文献
1.《国电开远发电有限公司三期(2×300MW)扩建工程输煤程控系统技术协议》；
国电开远发电有限公司
云南省电力设计院
湖南湘计先步信息系统有限公司 二○○六年元月
2.《国电小龙潭发电厂输煤系统程序控制检修工艺规程》（Q/XLT 1.03.06.02—2005），编写人：王琳、李福泰、张勇。
作者简介
张勇(1992年08月至今)男
电厂检修类工程师
长期从事输煤系统机械化与自动化专业的运行与检修管理工作。
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