電廠輸煤程控系統(tǒng)中的典型應(yīng)用

摘要 以某電廠輸煤程控系統(tǒng)為例，論述組態(tài)王軟件在火電廠輔機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用。對組態(tài)王的軟件功能、工作原理進(jìn)行了介紹，闡述某電廠輔機(jī)系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)、管理上的合理性和技術(shù)上的可行性，并且根據(jù)輸煤控制系統(tǒng)特點介紹組態(tài)王軟件與PLC的具體應(yīng)用。

一、概述

　　隨著工業(yè)自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的進(jìn)一步深入改革，電廠對輔控系統(tǒng)自動化程度也不斷的提高 。在火力發(fā)電廠的輔機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計中，一般是根據(jù)輔控設(shè)備的功能，按照“水”、“灰”、“煤”三個系統(tǒng)設(shè)立了獨立的集中監(jiān)控網(wǎng)。而為了保證設(shè)備優(yōu)質(zhì)高效的運(yùn)行、提高勞動生產(chǎn)率、提高運(yùn)行人員整體素質(zhì)，滿足減員增效的要求，也有取消一般的“水”、“灰”、“煤”三個獨立的監(jiān)控網(wǎng)，而構(gòu)建一個電廠集中輔控網(wǎng)的思路。

　　目前，在我國大型熱電廠中所采用的絕大部分燃料是燃煤。煤的分布具有及其顯著的地域特性，正是由于煤產(chǎn)地和電廠之間地理位置或地域不同，于是電廠需要通過汽車、火車或輪船把煤運(yùn)往其煤廠，再通過卸煤系統(tǒng)、堆煤系統(tǒng)、上煤系統(tǒng)以及配煤系統(tǒng)等組成的輸煤程控系統(tǒng)輸送到指定的煤倉或煤筒。火電廠輸煤程控系統(tǒng)的主要任務(wù)就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以達(dá)到按時保質(zhì)保量的為機(jī)組（原煤倉）提供燃煤的目的。整個輸煤控制系統(tǒng)是火電廠十分鐘要的支持系統(tǒng)，它是保證機(jī)組穩(wěn)定滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的重要條件。考慮到輸煤控制系統(tǒng)在整個火電廠中的重要性，而且煤廠面積大、工作條件惡劣、人工作業(yè)通訊難以暢通等特點，利用現(xiàn)代成熟的PLC和現(xiàn)代總線網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)其控制，用上位機(jī)軟件來實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控與操作，以達(dá)到自動化控制的目的，大大減輕了工作量，提高了工作效率，為發(fā)電機(jī)組源源不斷提供燃料，保證機(jī)組正常運(yùn)行。

輸煤控制系統(tǒng)在整個電廠輔助控制系統(tǒng)中扮演者十分重要的角色，正是這樣該系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)業(yè)很重，且運(yùn)行環(huán)境差、勞動強(qiáng)度大，控制過程中啟動設(shè)備較多，同時啟動的設(shè)備高達(dá)20－30臺以上，在啟動或停機(jī)過程中有嚴(yán)格的聯(lián)鎖要求。 這樣對自動化程度要求就很高，注重系統(tǒng)穩(wěn)定性。
本系統(tǒng)采用組態(tài)王結(jié)合PLC對輸煤程控中各流程進(jìn)行控制，通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，采用雙網(wǎng)冗余技術(shù)，保證了系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，充分體現(xiàn)了自動化技術(shù)在輸煤系統(tǒng)中的重要作用。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　該電廠輸煤控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組需要設(shè)計每個煤倉分別裝有一臺梨煤器，而尾倉不需要設(shè)置犁煤器。上煤控制系統(tǒng)分為火車上煤和汽車上煤兩條線路，一條由翻車機(jī)開始，火車來煤經(jīng)由#2皮帶、#3皮帶、#4皮帶、滾軸篩、碎煤機(jī)、#1皮帶、#5皮帶送至煤倉層，然后由分布在#6皮帶上的梨煤器把煤分配至各煤倉，而另外一條由汽車卸煤場經(jīng)由#9皮帶向#4、#5皮帶上煤，再經(jīng)滾軸篩、碎煤機(jī)、#1皮帶、#5皮帶送至煤倉。該系統(tǒng)設(shè)計有卸煤系統(tǒng)，火車來煤經(jīng)由#2皮帶向儲煤場存煤，為煤源提供了存儲空間，保證緊急時有煤供機(jī)組使用。
系統(tǒng)控制設(shè)備包括：翻車機(jī)1臺、皮帶機(jī)16臺、滾軸篩煤機(jī)2臺、碎煤機(jī)2臺、犁煤機(jī)14臺、除鐵器15臺等。
根據(jù)系統(tǒng)工藝及控制設(shè)備情況設(shè)計網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)配置圖

系統(tǒng)由現(xiàn)場總線層、控制層和管理層構(gòu)成，PLC采用OMRON冗余結(jié)構(gòu)，通過現(xiàn)場總線同各個現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而達(dá)到對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視和控制；而管理層過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，包括上位機(jī)組態(tài)軟件形成了數(shù)據(jù)管理層系統(tǒng)，上位機(jī)具有現(xiàn)場組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)等功能，通過PLC編程軟件和組態(tài)軟件結(jié)合對控制層及現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理。上位機(jī)同樣采用冗余方式，保證了系統(tǒng)的安全可靠性。

三、系統(tǒng)組成和控制方式

1、系統(tǒng)組成：
　　該系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備均具有數(shù)據(jù)通訊接口，通過現(xiàn)場總線進(jìn)行連接，采用歐姆龍CS1D系列PLC作為控制主機(jī)，并配置雙主機(jī)模塊熱備方式運(yùn)行。上位機(jī)采用兩臺客戶機(jī)構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，組態(tài)王軟件在該上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中作為人機(jī)界面應(yīng)用軟件，實現(xiàn)工藝工程模擬顯示、實時數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制、報警記錄、歷史數(shù)據(jù)顯示、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等功能，并配置了主站從站模式，實現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)的雙機(jī)熱備。
　　上位機(jī)監(jiān)控軟件具有系統(tǒng)管理功能，可以對系統(tǒng)全貌進(jìn)行模擬顯示、詳細(xì)信息顯示、報警顯示、配電回路顯示以及各相關(guān)參數(shù)顯示，同時具有對操作信息、系統(tǒng)狀態(tài)信息、工藝生產(chǎn)記錄和統(tǒng)計信息等進(jìn)行記錄的功能，并可以方便的生成報表用于存儲或輸出打印。
2、控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)
1> 監(jiān)視功能：操作人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，該系統(tǒng)設(shè)計主要畫面有：燃油系統(tǒng)監(jiān)控、輸煤系統(tǒng)監(jiān)控、翻車機(jī)監(jiān)控、煤倉監(jiān)控以及設(shè)備檢修一覽、報警數(shù)據(jù)一覽、歷史趨勢顯示等。（主要畫面監(jiān)控圖如圖2-5所示）

圖2 輸煤系統(tǒng)總監(jiān)控畫面

圖3 煤倉監(jiān)控畫面

圖4 翻車機(jī)監(jiān)控畫面

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)曲線及棒圖

2> 控制方式和原則：
系統(tǒng)運(yùn)行方式選擇有：
　　上煤控制：程序控制、聯(lián)鎖手動、解鎖手動
　　配煤控制：程序配煤、手動配煤
　　設(shè)備控制：手動式運(yùn)行
* 上煤控制：
　　本系統(tǒng)由程序控制、聯(lián)鎖手動、解鎖手動三種控制方式。在現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)正常情況下， 程序控制為系統(tǒng)的最佳控制方式，在此方式下，設(shè)備的空載運(yùn)行時間最短，操作員的控制步序最少。聯(lián)鎖手動方式是對要啟動的流程中的設(shè)備按逆煤流方向單獨啟動，按照順煤流方向分別單獨停止，要求設(shè)備啟動前必須滿足三通擋板達(dá)到相應(yīng)位置，設(shè)備保護(hù)動作均處于自動控制方式。而另外一種控制方式解鎖手動是在設(shè)備間接觸了聯(lián)鎖關(guān)系的情況下，一對一啟動設(shè)備，此方式?jīng)]有聯(lián)跳功能，屬于在調(diào)試階段采用的方式，不允許帶載運(yùn)行。
　　考慮到設(shè)備帶載停機(jī)等因素，流程啟動時只按逆煤流方向逐臺啟動，聯(lián)鎖手動方式下啟動流程也須遵循此原則。
　　流程按順煤流方向逐臺停機(jī)，在故障停機(jī)情況下，故障點以上的設(shè)備除碎煤機(jī)延時跳以外，均立即聯(lián)跳，聯(lián)鎖手動方式下，隨意停流程中一臺設(shè)備，其逆煤流方向以上的設(shè)備也會聯(lián)跳。故障排除后，可以將停掉的設(shè)備以自動控制或聯(lián)鎖手動方式再次啟動，重新開始流程。
　　緊急情況下，可操作上位機(jī)設(shè)計的急停按鈕或手動按下控制臺上安裝的急停按鈕，將使現(xiàn)場所有運(yùn)行中的受控設(shè)備停機(jī)，但為了設(shè)備使用壽命，此功能慎用。
* 配煤控制：
　　輸煤程控系統(tǒng)是根據(jù)煤倉的煤料位信號的高低進(jìn)行優(yōu)先配煤的，本系統(tǒng)設(shè)有程序配煤、手動配煤兩種運(yùn)行方式。程序配煤完全根據(jù)現(xiàn)場的煤位信號和犁煤器信號以及系統(tǒng)設(shè)定的尾倉和檢修犁自動控制犁的抬起和落下，完成原煤倉的配煤工作。手動配煤則由操作人員根據(jù)現(xiàn)場的煤位和犁的狀態(tài)信號通過上位機(jī)操作犁的抬起和落下來完成配煤流程。
* 設(shè)備控制：設(shè)備單獨調(diào)試不帶聯(lián)鎖，可以單獨以手動方式運(yùn)行，不參與程序控制，每臺設(shè)備均具有遠(yuǎn)方、就地信號，當(dāng)設(shè)備處于就地狀態(tài)時，上位機(jī)及PLC均無法控制該設(shè)備，則處于手動狀態(tài)，如打到遠(yuǎn)方狀態(tài)，則可以通過PLC和上位機(jī)進(jìn)行控制。

四、系統(tǒng)功能

1、系統(tǒng)控制功能
　　根據(jù)系統(tǒng)控制原則該系統(tǒng)具有以下操作方式：
* 自動控制方式：正常情況下，所有設(shè)備運(yùn)行和停止均有PLC按預(yù)定程序自動完成，PLC自動識別設(shè)備狀態(tài)，通過上位機(jī)發(fā)出指令，由PLC按預(yù)定程序進(jìn)行流程控制。在投入自動運(yùn)行前，需要手動對各設(shè)備進(jìn)行設(shè)置以滿足自動運(yùn)行條件，如三通擋板到位調(diào)整。
* 手動控制方式：操作人員通過上位機(jī)對各設(shè)備進(jìn)行單步操作，而操作條件也需要人工判斷，各個設(shè)備也需要操作人員手動通過鍵盤、鼠標(biāo)來單獨開、關(guān)操作。
2、系統(tǒng)軟件功能
* 畫面顯示：通過組態(tài)王監(jiān)控軟件對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行組態(tài)，設(shè)計模擬畫面，對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行顯示，并可以通過畫面對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。典型控制畫面如附圖所示。圖2為輸煤系統(tǒng)總監(jiān)控畫面，顯示了現(xiàn)場所有在控制范圍內(nèi)的設(shè)備；圖3為煤倉控制系統(tǒng)，主要進(jìn)行配煤流程監(jiān)控；圖4為翻車機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控，對火車煤源的卸煤系統(tǒng)進(jìn)行具體監(jiān)控；圖5顯示了各主要設(shè)備的電機(jī)電流曲線，運(yùn)行過程中操作人員對運(yùn)行的設(shè)備電流進(jìn)行實時監(jiān)控，以防止不必要的意外跳閘事故的發(fā)生。
* 監(jiān)控實時數(shù)據(jù)：通過開發(fā)環(huán)境對各個采集數(shù)據(jù)點參數(shù)設(shè)定規(guī)定了數(shù)據(jù)的有效性及報警條件以及采集速度等性能，在畫面上可以對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行實時顯示，或者操作人員通過畫面中的畫面操作，手動設(shè)定個數(shù)據(jù)參數(shù)，并下發(fā)到PLC實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制的目的。實時采集的數(shù)據(jù)也是畫面動畫生成的依據(jù)。
* 歷史數(shù)據(jù)管理：根據(jù)開發(fā)環(huán)境中對數(shù)據(jù)屬性中是否進(jìn)行存儲以及如何存儲的設(shè)定來對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，通常以變化情況或時間進(jìn)行存儲，以備查詢分析所用。
* 故障報警管理：各設(shè)備均設(shè)有故障信號點，該系統(tǒng)設(shè)計了故障顯示畫面，并在綜合顯示圖中也會根據(jù)報警信號對設(shè)備進(jìn)行顏色變化或閃爍等形式的報警顯示，配合語音和聲光報警，及時提醒操作人員故障發(fā)生，并且提供了報警數(shù)據(jù)存儲功能，以備事故追蹤和分析。
* 報表管理：根據(jù)用戶定義的格式生成報表，并可以自定義輸出方式，或是進(jìn)行存儲或是定時進(jìn)行打印，或者根據(jù)操作人員需要進(jìn)行報表的輸出和打印。
* 事件記錄：該系統(tǒng)具有用戶管理功能，當(dāng)然具有權(quán)限管理，因此操作事件將通過事件記錄方式進(jìn)行備份，用戶操作信息將被如實記錄，用于事故追憶；內(nèi)部事件如數(shù)據(jù)發(fā)生某種特定事件也將被記錄在內(nèi)進(jìn)行管理，并可以輸出打印。
* 數(shù)據(jù)庫接口：該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)庫接口，支持SQL、ODBC、OLE等應(yīng)用程序，具備開發(fā)性實時數(shù)據(jù)能接受任務(wù)的訪問并與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
* 網(wǎng)絡(luò)功能：具有網(wǎng)絡(luò)接口，可以接入全場MIS系統(tǒng)，進(jìn)行信息共享。
　　該系統(tǒng)具備雙機(jī)冗余結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的安全性。該系統(tǒng)還具有用戶身份管理，對用戶賦予不同權(quán)限，保障了輸煤過程中的安全生產(chǎn)。每個控制設(shè)備均配備了檢修、保護(hù)、急停等控制模式，有效保證了設(shè)備的安全使用，正常情況運(yùn)轉(zhuǎn)下保護(hù)均投入，而發(fā)生故障的設(shè)備則置于檢修狀態(tài)不參與控制，如急停以后再啟動需將急停信號全部清掉，否則無法正常運(yùn)行。系統(tǒng)畫面還包括這些參數(shù)的集中顯示瀏覽畫面，方便操作人員集中進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。

五、結(jié)語

　　該系統(tǒng)采用集散型結(jié)構(gòu)，提供了系統(tǒng)的可靠性，且分散了系統(tǒng)風(fēng)險。目前該系統(tǒng)已在現(xiàn)場投入運(yùn)行，根據(jù)長時間的實際運(yùn)行情況證實了整個系統(tǒng)的安全可靠，并具有穩(wěn)定性高，控制靈活性強(qiáng)等特點。隨著組態(tài)軟件和PLC技術(shù)的不斷提高，輸煤系統(tǒng)的自動化水平也在逐步提高。該系統(tǒng)將相對分散的各個設(shè)備進(jìn)行集中控制，幾乎涵蓋了全部設(shè)備，這其中大部分設(shè)備可以自動順序啟/停，個別設(shè)備只能夠上位機(jī)手動操作，并且具有對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的功能，因此該系統(tǒng)體現(xiàn)了高水平的自動化控制技術(shù)及完備的信息管理功能。隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展和計算機(jī)、PLC硬件及軟件水平的不斷提高，程序控制作為輸煤系統(tǒng)的主要控制方式，在火力發(fā)電廠將得到更加廣泛的應(yīng)用。