電廠輸煤程控系統中的典型應用

摘要 以某電廠輸煤程控系統為例，論述組態王軟件在火電廠輔機系統中的應用。對組態王的軟件功能、工作原理進行了介紹，闡述某電廠輔機系統在經濟、管理上的合理性和技術上的可行性，并且根據輸煤控制系統特點介紹組態王軟件與PLC的具體應用。

一、概述

　　隨著工業自動化技術的飛速發展，電力系統的進一步深入改革，電廠對輔控系統自動化程度也不斷的提高 。在火力發電廠的輔機系統的設計中，一般是根據輔控設備的功能，按照“水”、“灰”、“煤”三個系統設立了獨立的集中監控網。而為了保證設備優質高效的運行、提高勞動生產率、提高運行人員整體素質，滿足減員增效的要求，也有取消一般的“水”、“灰”、“煤”三個獨立的監控網，而構建一個電廠集中輔控網的思路。

　　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、堆煤系統、上煤系統以及配煤系統等組成的輸煤程控系統輸送到指定的煤倉或煤筒。火電廠輸煤程控系統的主要任務就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以達到按時保質保量的為機組（原煤倉）提供燃煤的目的。整個輸煤控制系統是火電廠十分鐘要的支持系統，它是保證機組穩定滿負荷運轉的重要條件。考慮到輸煤控制系統在整個火電廠中的重要性，而且煤廠面積大、工作條件惡劣、人工作業通訊難以暢通等特點，利用現代成熟的PLC和現代總線網絡通訊實現其控制，用上位機軟件來實現現場監控與操作，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。

輸煤控制系統在整個電廠輔助控制系統中扮演者十分重要的角色，正是這樣該系統承擔的任務業很重，且運行環境差、勞動強度大，控制過程中啟動設備較多，同時啟動的設備高達20－30臺以上，在啟動或停機過程中有嚴格的聯鎖要求。 這樣對自動化程度要求就很高，注重系統穩定性。
本系統采用組態王結合PLC對輸煤程控中各流程進行控制，通過以太網進行數據傳輸，采用雙網冗余技術，保證了系統的安全性和穩定性，充分體現了自動化技術在輸煤系統中的重要作用。

二、系統結構設計

　　該電廠輸煤控制系統根據機組需要設計每個煤倉分別裝有一臺梨煤器，而尾倉不需要設置犁煤器。上煤控制系統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由#9皮帶向#4、#5皮帶上煤，再經滾軸篩、碎煤機、#1皮帶、#5皮帶送至煤倉。該系統設計有卸煤系統，火車來煤經由#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。
系統控制設備包括：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。
根據系統工藝及控制設備情況設計網絡結構圖如圖1所示：

圖1 系統配置圖

系統由現場總線層、控制層和管理層構成，PLC采用OMRON冗余結構，通過現場總線同各個現場設備進行數據交換，從而達到對現場設備進行集中監視和控制；而管理層過以太網進行連接，包括上位機組態軟件形成了數據管理層系統，上位機具有現場組態、網絡組態等功能，通過PLC編程軟件和組態軟件結合對控制層及現場設備進行數據監控和管理。上位機同樣采用冗余方式，保證了系統的安全可靠性。

三、系統組成和控制方式

1、系統組成：
　　該系統現場設備均具有數據通訊接口，通過現場總線進行連接，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成監控網絡，組態王軟件在該上位機監控系統中作為人機界面應用軟件，實現工藝工程模擬顯示、實時數據采集、系統控制、報警記錄、歷史數據顯示、網絡互聯等功能，并配置了主站從站模式，實現上位機系統的雙機熱備。
　　上位機監控軟件具有系統管理功能，可以對系統全貌進行模擬顯示、詳細信息顯示、報警顯示、配電回路顯示以及各相關參數顯示，同時具有對操作信息、系統狀態信息、工藝生產記錄和統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、控制系統功能實現
1> 監視功能：操作人員可以通過監控系統對系統運行狀態進行監視，該系統設計主要畫面有：燃油系統監控、輸煤系統監控、翻車機監控、煤倉監控以及設備檢修一覽、報警數據一覽、歷史趨勢顯示等。（主要畫面監控圖如圖2-5所示）

圖2 輸煤系統總監控畫面

圖3 煤倉監控畫面

圖4 翻車機監控畫面

圖5 系統數據曲線及棒圖

2> 控制方式和原則：
系統運行方式選擇有：
　　上煤控制：程序控制、聯鎖手動、解鎖手動
　　配煤控制：程序配煤、手動配煤
　　設備控制：手動式運行
* 上煤控制：
　　本系統由程序控制、聯鎖手動、解鎖手動三種控制方式。在現場設備狀態正常情況下， 程序控制為系統的最佳控制方式，在此方式下，設備的空載運行時間最短，操作員的控制步序最少。聯鎖手動方式是對要啟動的流程中的設備按逆煤流方向單獨啟動，按照順煤流方向分別單獨停止，要求設備啟動前必須滿足三通擋板達到相應位置，設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備間接觸了聯鎖關系的情況下，一對一啟動設備，此方式沒有聯跳功能，屬于在調試階段采用的方式，不允許帶載運行。
　　考慮到設備帶載停機等因素，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，故障點以上的設備除碎煤機延時跳以外，均立即聯跳，聯鎖手動方式下，隨意停流程中一臺設備，其逆煤流方向以上的設備也會聯跳。故障排除后，可以將停掉的設備以自動控制或聯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，將使現場所有運行中的受控設備停機，但為了設備使用壽命，此功能慎用。
* 配煤控制：
　　輸煤程控系統是根據煤倉的煤料位信號的高低進行優先配煤的，本系統設有程序配煤、手動配煤兩種運行方式。程序配煤完全根據現場的煤位信號和犁煤器信號以及系統設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現場的煤位和犁的狀態信號通過上位機操作犁的抬起和落下來完成配煤流程。
* 設備控制：設備單獨調試不帶聯鎖，可以單獨以手動方式運行，不參與程序控制，每臺設備均具有遠方、就地信號，當設備處于就地狀態時，上位機及PLC均無法控制該設備，則處于手動狀態，如打到遠方狀態，則可以通過PLC和上位機進行控制。

四、系統功能

1、系統控制功能
　　根據系統控制原則該系統具有以下操作方式：
* 自動控制方式：正常情況下，所有設備運行和停止均有PLC按預定程序自動完成，PLC自動識別設備狀態，通過上位機發出指令，由PLC按預定程序進行流程控制。在投入自動運行前，需要手動對各設備進行設置以滿足自動運行條件，如三通擋板到位調整。
* 手動控制方式：操作人員通過上位機對各設備進行單步操作，而操作條件也需要人工判斷，各個設備也需要操作人員手動通過鍵盤、鼠標來單獨開、關操作。
2、系統軟件功能
* 畫面顯示：通過組態王監控軟件對現場設備進行組態，設計模擬畫面，對現場設備狀態進行顯示，并可以通過畫面對設備進行遠程控制。典型控制畫面如附圖所示。圖2為輸煤系統總監控畫面，顯示了現場所有在控制范圍內的設備；圖3為煤倉控制系統，主要進行配煤流程監控；圖4為翻車機控制系統監控，對火車煤源的卸煤系統進行具體監控；圖5顯示了各主要設備的電機電流曲線，運行過程中操作人員對運行的設備電流進行實時監控，以防止不必要的意外跳閘事故的發生。
* 監控實時數據：通過開發環境對各個采集數據點參數設定規定了數據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據進行實時顯示，或者操作人員通過畫面中的畫面操作，手動設定個數據參數，并下發到PLC實現數據采集和控制的目的。實時采集的數據也是畫面動畫生成的依據。
* 歷史數據管理：根據開發環境中對數據屬性中是否進行存儲以及如何存儲的設定來對采集的數據進行數據管理，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：各設備均設有故障信號點，該系統設計了故障顯示畫面，并在綜合顯示圖中也會根據報警信號對設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生，并且提供了報警數據存儲功能，以備事故追蹤和分析。
* 報表管理：根據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，或者根據操作人員需要進行報表的輸出和打印。
* 事件記錄：該系統具有用戶管理功能，當然具有權限管理，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；內部事件如數據發生某種特定事件也將被記錄在內進行管理，并可以輸出打印。
* 數據庫接口：該系統具有數據庫接口，支持SQL、ODBC、OLE等應用程序，具備開發性實時數據能接受任務的訪問并與其進行數據交換。
* 網絡功能：具有網絡接口，可以接入全場MIS系統，進行信息共享。
　　該系統具備雙機冗余結構，大大提高了系統的安全性。該系統還具有用戶身份管理，對用戶賦予不同權限，保障了輸煤過程中的安全生產。每個控制設備均配備了檢修、保護、急停等控制模式，有效保證了設備的安全使用，正常情況運轉下保護均投入，而發生故障的設備則置于檢修狀態不參與控制，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。系統畫面還包括這些參數的集中顯示瀏覽畫面，方便操作人員集中進行參數設定。

五、結語

　　該系統采用集散型結構，提供了系統的可靠性，且分散了系統風險。目前該系統已在現場投入運行，根據長時間的實際運行情況證實了整個系統的安全可靠，并具有穩定性高，控制靈活性強等特點。隨著組態軟件和PLC技術的不斷提高，輸煤系統的自動化水平也在逐步提高。該系統將相對分散的各個設備進行集中控制，幾乎涵蓋了全部設備，這其中大部分設備可以自動順序啟/停，個別設備只能夠上位機手動操作，并且具有對系統數據進行管理的功能，因此該系統體現了高水平的自動化控制技術及完備的信息管理功能。隨著我國電力工業的發展和計算機、PLC硬件及軟件水平的不斷提高，程序控制作為輸煤系統的主要控制方式，在火力發電廠將得到更加廣泛的應用。