技術(shù)頻道

      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系統(tǒng)中的應(yīng)用。對組態(tài)王的軟件功能、工作原理進行了介紹,闡述某電廠輔機系統(tǒng)在經(jīng)濟、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)高效的運行、提高勞動生產(chǎn)率、提高運行人員整體素質(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,以達到按時保質(zhì)保量的為機組(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),它是保證機組穩(wěn)定滿負荷運轉(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,用上位機軟件來實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控與操作,以達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)電機組源源不斷提供燃料,保證機組正常運行。

      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,且運行環(huán)境差、勞動強度大,控制過程中啟動設(shè)備較多,同時啟動的設(shè)備高達20-30臺以上,在啟動或停機過程中有嚴格的聯(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行控制,通過以太網(wǎng)進行數(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,一條由翻車機開始,火車來煤經(jīng)由#2皮帶、#3皮帶、#4皮帶、滾軸篩、碎煤機、#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、#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組使用。
      系統(tǒng)控制設(shè)備包括:翻車機1臺、皮帶機16臺、滾軸篩煤機2臺、碎煤機2臺、犁煤機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)備進行數(shù)據(jù)交換,從而達到對現(xiàn)場設(shè)備進行集中監(jiān)視和控制;而管理層過以太網(wǎng)進行連接,包括上位機組態(tài)軟件形成了數(shù)據(jù)管理層系統(tǒng),上位機具有現(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)備進行數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理。上位機同樣采用冗余方式,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)場總線進行連接,采用歐姆龍CS1D系列PLC作為控制主機,并配置雙主機模塊熱備方式運行。上位機采用兩臺客戶機構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),組態(tài)王軟件在該上位機監(jiān)控系統(tǒng)中作為人機界面應(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)上位機系統(tǒng)的雙機熱備。
        上位機監(jiān)控軟件具有系統(tǒng)管理功能,可以對系統(tǒng)全貌進行模擬顯示、詳細信息顯示、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)運行狀態(tài)進行監(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到相應(yīng)位置,設(shè)備保護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,不允許帶載運行。
        考慮到設(shè)備帶載停機等因素,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,在故障停機情況下,故障點以上的設(shè)備除碎煤機延時跳以外,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)場所有運行中的受控設(shè)備停機,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行,不參與程序控制,每臺設(shè)備均具有遠方、就地信號,當設(shè)備處于就地狀態(tài)時,上位機及PLC均無法控制該設(shè)備,則處于手動狀態(tài),如打到遠方狀態(tài),則可以通過PLC和上位機進行控制。

      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),通過上位機發(fā)出指令,由PLC按預(yù)定程序進行流程控制。在投入自動運行前,需要手動對各設(shè)備進行設(shè)置以滿足自動運行條件,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對各設(shè)備進行單步操作,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)備進行組態(tài),設(shè)計模擬畫面,對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)進行顯示,并可以通過畫面對設(shè)備進行遠程控制。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),主要進行配煤流程監(jiān)控;圖4為翻車機控制系統(tǒng)監(jiān)控,對火車煤源的卸煤系統(tǒng)進行具體監(jiān)控;圖5顯示了各主要設(shè)備的電機電流曲線,運行過程中操作人員對運行的設(shè)備電流進行實時監(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)屬性中是否進行存儲以及如何存儲的設(shè)定來對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)管理,通常以變化情況或時間進行存儲,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,或是進行存儲或是定時進行打印,或者根據(jù)操作人員需要進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,當然具有權(quán)限管理,因此操作事件將通過事件記錄方式進行備份,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),進行信息共享。
        該系統(tǒng)具備雙機冗余結(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、急停等控制模式,有效保證了設(shè)備的安全使用,正常情況運轉(zhuǎn)下保護均投入,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)場投入運行,根據(jù)長時間的實際運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)備只能夠上位機手動操作,并且具有對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行管理的功能,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、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。


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