电厂输煤程控系统中的典型应用

摘要 以某电厂输煤程控系统为例，论述组态王软件在火电厂辅机系统中的应用。对组态王的软件功能、工作原理进行了介绍，阐述某电厂辅机系统在经济、管理上的合理性和技术上的可行性，并且根据输煤控制系统特点介绍组态王软件与PLC的具体应用。

一、概述

　　随着工业自动化技术的飞速发展，电力系统的进一步深入改革，电厂对辅控系统自动化程度也不断的提高 。在火力发电厂的辅机系统的设计中，一般是根据辅控设备的功能，按照“水”、“灰”、“煤”三个系统设立了独立的集中监控网。而为了保证设备优质高效的运行、提高劳动生产率、提高运行人员整体素质，满足减员增效的要求，也有取消一般的“水”、“灰”、“煤”三个独立的监控网，而构建一个电厂集中辅控网的思路。

　　目前，在我国大型热电厂中所采用的绝大部分燃料是燃煤。煤的分布具有及其显著的地域特性，正是由于煤产地和电厂之间地理位置或地域不同，于是电厂需要通过汽车、火车或轮船把煤运往其煤厂，再通过卸煤系统、堆煤系统、上煤系统以及配煤系统等组成的输煤程控系统输送到指定的煤仓或煤筒。火电厂输煤程控系统的主要任务就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达到按时保质保量的为机组（原煤仓）提供燃煤的目的。整个输煤控制系统是火电厂十分钟要的支持系统，它是保证机组稳定满负荷运转的重要条件。考虑到输煤控制系统在整个火电厂中的重要性，而且煤厂面积大、工作条件恶劣、人工作业通讯难以畅通等特点，利用现代成熟的PLC和现代总线网络通讯实现其控制，用上位机软件来实现现场监控与操作，以达到自动化控制的目的，大大减轻了工作量，提高了工作效率，为发电机组源源不断提供燃料，保证机组正常运行。

输煤控制系统在整个电厂辅助控制系统中扮演者十分重要的角色，正是这样该系统承担的任务业很重，且运行环境差、劳动强度大，控制过程中启动设备较多，同时启动的设备高达20－30台以上，在启动或停机过程中有严格的联锁要求。 这样对自动化程度要求就很高，注重系统稳定性。
本系统采用组态王结合PLC对输煤程控中各流程进行控制，通过以太网进行数据传输，采用双网冗余技术，保证了系统的安全性和稳定性，充分体现了自动化技术在输煤系统中的重要作用。

二、系统结构设计

　　该电厂输煤控制系统根据机组需要设计每个煤仓分别装有一台梨煤器，而尾仓不需要设置犁煤器。上煤控制系统分为火车上煤和汽车上煤两条线路，一条由翻车机开始，火车来煤经由#2皮带、#3皮带、#4皮带、滚轴筛、碎煤机、#1皮带、#5皮带送至煤仓层，然后由分布在#6皮带上的梨煤器把煤分配至各煤仓，而另外一条由汽车卸煤场经由#9皮带向#4、#5皮带上煤，再经滚轴筛、碎煤机、#1皮带、#5皮带送至煤仓。该系统设计有卸煤系统，火车来煤经由#2皮带向储煤场存煤，为煤源提供了存储空间，保证紧急时有煤供机组使用。
系统控制设备包括：翻车机1台、皮带机16台、滚轴筛煤机2台、碎煤机2台、犁煤机14台、除铁器15台等。
根据系统工艺及控制设备情况设计网络结构图如图1所示：

图1 系统配置图

系统由现场总线层、控制层和管理层构成，PLC采用OMRON冗余结构，通过现场总线同各个现场设备进行数据交换，从而达到对现场设备进行集中监视和控制；而管理层过以太网进行连接，包括上位机组态软件形成了数据管理层系统，上位机具有现场组态、网络组态等功能，通过PLC编程软件和组态软件结合对控制层及现场设备进行数据监控和管理。上位机同样采用冗余方式，保证了系统的安全可靠性。

三、系统组成和控制方式

1、系统组成：
　　该系统现场设备均具有数据通讯接口，通过现场总线进行连接，采用欧姆龙CS1D系列PLC作为控制主机，并配置双主机模块热备方式运行。上位机采用两台客户机构成监控网络，组态王软件在该上位机监控系统中作为人机界面应用软件，实现工艺工程模拟显示、实时数据采集、系统控制、报警记录、历史数据显示、网络互联等功能，并配置了主站从站模式，实现上位机系统的双机热备。
　　上位机监控软件具有系统管理功能，可以对系统全貌进行模拟显示、详细信息显示、报警显示、配电回路显示以及各相关参数显示，同时具有对操作信息、系统状态信息、工艺生产记录和统计信息等进行记录的功能，并可以方便的生成报表用于存储或输出打印。
2、控制系统功能实现
1> 监视功能：操作人员可以通过监控系统对系统运行状态进行监视，该系统设计主要画面有：燃油系统监控、输煤系统监控、翻车机监控、煤仓监控以及设备检修一览、报警数据一览、历史趋势显示等。（主要画面监控图如图2-5所示）

图2 输煤系统总监控画面

图3 煤仓监控画面

图4 翻车机监控画面

图5 系统数据曲线及棒图

2> 控制方式和原则：
系统运行方式选择有：
　　上煤控制：程序控制、联锁手动、解锁手动
　　配煤控制：程序配煤、手动配煤
　　设备控制：手动式运行
* 上煤控制：
　　本系统由程序控制、联锁手动、解锁手动三种控制方式。在现场设备状态正常情况下， 程序控制为系统的最佳控制方式，在此方式下，设备的空载运行时间最短，操作员的控制步序最少。联锁手动方式是对要启动的流程中的设备按逆煤流方向单独启动，按照顺煤流方向分别单独停止，要求设备启动前必须满足三通挡板达到相应位置，设备保护动作均处于自动控制方式。而另外一种控制方式解锁手动是在设备间接触了联锁关系的情况下，一对一启动设备，此方式没有联跳功能，属于在调试阶段采用的方式，不允许带载运行。
　　考虑到设备带载停机等因素，流程启动时只按逆煤流方向逐台启动，联锁手动方式下启动流程也须遵循此原则。
　　流程按顺煤流方向逐台停机，在故障停机情况下，故障点以上的设备除碎煤机延时跳以外，均立即联跳，联锁手动方式下，随意停流程中一台设备，其逆煤流方向以上的设备也会联跳。故障排除后，可以将停掉的设备以自动控制或联锁手动方式再次启动，重新开始流程。
　　紧急情况下，可操作上位机设计的急停按钮或手动按下控制台上安装的急停按钮，将使现场所有运行中的受控设备停机，但为了设备使用寿命，此功能慎用。
* 配煤控制：
　　输煤程控系统是根据煤仓的煤料位信号的高低进行优先配煤的，本系统设有程序配煤、手动配煤两种运行方式。程序配煤完全根据现场的煤位信号和犁煤器信号以及系统设定的尾仓和检修犁自动控制犁的抬起和落下，完成原煤仓的配煤工作。手动配煤则由操作人员根据现场的煤位和犁的状态信号通过上位机操作犁的抬起和落下来完成配煤流程。
* 设备控制：设备单独调试不带联锁，可以单独以手动方式运行，不参与程序控制，每台设备均具有远方、就地信号，当设备处于就地状态时，上位机及PLC均无法控制该设备，则处于手动状态，如打到远方状态，则可以通过PLC和上位机进行控制。

四、系统功能

1、系统控制功能
　　根据系统控制原则该系统具有以下操作方式：
* 自动控制方式：正常情况下，所有设备运行和停止均有PLC按预定程序自动完成，PLC自动识别设备状态，通过上位机发出指令，由PLC按预定程序进行流程控制。在投入自动运行前，需要手动对各设备进行设置以满足自动运行条件，如三通挡板到位调整。
* 手动控制方式：操作人员通过上位机对各设备进行单步操作，而操作条件也需要人工判断，各个设备也需要操作人员手动通过键盘、鼠标来单独开、关操作。
2、系统软件功能
* 画面显示：通过组态王监控软件对现场设备进行组态，设计模拟画面，对现场设备状态进行显示，并可以通过画面对设备进行远程控制。典型控制画面如附图所示。图2为输煤系统总监控画面，显示了现场所有在控制范围内的设备；图3为煤仓控制系统，主要进行配煤流程监控；图4为翻车机控制系统监控，对火车煤源的卸煤系统进行具体监控；图5显示了各主要设备的电机电流曲线，运行过程中操作人员对运行的设备电流进行实时监控，以防止不必要的意外跳闸事故的发生。
* 监控实时数据：通过开发环境对各个采集数据点参数设定规定了数据的有效性及报警条件以及采集速度等性能，在画面上可以对这些数据进行实时显示，或者操作人员通过画面中的画面操作，手动设定个数据参数，并下发到PLC实现数据采集和控制的目的。实时采集的数据也是画面动画生成的依据。
* 历史数据管理：根据开发环境中对数据属性中是否进行存储以及如何存储的设定来对采集的数据进行数据管理，通常以变化情况或时间进行存储，以备查询分析所用。
* 故障报警管理：各设备均设有故障信号点，该系统设计了故障显示画面，并在综合显示图中也会根据报警信号对设备进行颜色变化或闪烁等形式的报警显示，配合语音和声光报警，及时提醒操作人员故障发生，并且提供了报警数据存储功能，以备事故追踪和分析。
* 报表管理：根据用户定义的格式生成报表，并可以自定义输出方式，或是进行存储或是定时进行打印，或者根据操作人员需要进行报表的输出和打印。
* 事件记录：该系统具有用户管理功能，当然具有权限管理，因此操作事件将通过事件记录方式进行备份，用户操作信息将被如实记录，用于事故追忆；内部事件如数据发生某种特定事件也将被记录在内进行管理，并可以输出打印。
* 数据库接口：该系统具有数据库接口，支持SQL、ODBC、OLE等应用程序，具备开发性实时数据能接受任务的访问并与其进行数据交换。
* 网络功能：具有网络接口，可以接入全场MIS系统，进行信息共享。
　　该系统具备双机冗余结构，大大提高了系统的安全性。该系统还具有用户身份管理，对用户赋予不同权限，保障了输煤过程中的安全生产。每个控制设备均配备了检修、保护、急停等控制模式，有效保证了设备的安全使用，正常情况运转下保护均投入，而发生故障的设备则置于检修状态不参与控制，如急停以后再启动需将急停信号全部清掉，否则无法正常运行。系统画面还包括这些参数的集中显示浏览画面，方便操作人员集中进行参数设定。

五、结语

　　该系统采用集散型结构，提供了系统的可靠性，且分散了系统风险。目前该系统已在现场投入运行，根据长时间的实际运行情况证实了整个系统的安全可靠，并具有稳定性高，控制灵活性强等特点。随着组态软件和PLC技术的不断提高，输煤系统的自动化水平也在逐步提高。该系统将相对分散的各个设备进行集中控制，几乎涵盖了全部设备，这其中大部分设备可以自动顺序启/停，个别设备只能够上位机手动操作，并且具有对系统数据进行管理的功能，因此该系统体现了高水平的自动化控制技术及完备的信息管理功能。随着我国电力工业的发展和计算机、PLC硬件及软件水平的不断提高，程序控制作为输煤系统的主要控制方式，在火力发电厂将得到更加广泛的应用。