可編程控制器在輸煤程控系統中的應用

1．前言

　　為緩解我國電力供應嚴重不足的現狀，許多大容量的火電廠在全國各地紛紛投入建設和使用，因此對煤炭的需求量也就越來越大，對輸煤等公用系統的自動化控制要求也就越來越高。

　　山西某發電廠2×600MW機組自動控制系統由兩類控制設備組成：主控部分（包括鍋爐、汽機和發電機等）使用的是HONEYWELL公司的DCS控制系統；公用部分（包括輸煤、化水和除灰等）使用的是ROCKWELL公司生產的Contrologix5000系列PLC系統，上位軟件使用的是iFix3.5，并且數據通過以太網與DCS系統連接，使得本系統即可以在輸煤程控上位機上操作，又可以在DCS上操作。

　　輸煤系統的主要功能是把通過火車和汽車等交通工具運送到火車卸煤溝和汽車卸煤溝的煤炭，通過一系列運送設備運達原煤倉的過程。

　　由于該電廠發電機組容量大，并且是兩臺機組公用一套輸煤系統，對煤炭的需求量非常大，為了避免一條上煤通路成為瓶頸，耽誤正常生產，設計了兩條上煤通路，一路運行，一路備用，也可以兩條通路同時運行，分別向兩個不同的目的地運煤。


　　2．控制設備

　　本套輸煤系統的控制對象有：皮帶機21條（其中5#甲和7#甲皮帶可雙向運行），斗輪堆取料機2臺，滾軸篩2臺，環式碎煤機2臺，清水泵2臺，振動器30臺，刮水器2臺，電動三通擋板16臺，入爐煤取樣器2臺，除塵器15臺，葉輪給煤機6臺，盤式電磁除鐵器2臺，帶式電磁除鐵器8臺，皮帶采樣裝置2臺，卸料車2臺，共計114臺設備。

程控系統所有的輸入、輸出信號均通過繼電器隔離，以提高系統的抗干擾能力并保護PLC模塊以避免大電流信號的進入而損毀。

　　本套輸煤系統采用了16個電動三通擋板，為的是使系統組合更加靈活多樣。當有設備出現故障需要檢修時，可以通過使用其他設備，調整三通擋板的通路繞過故障設備繼續上煤，使整個系統不至于因某一個或幾個設備的故障造成癱瘓。


　　3．設備的控制方式

　　設備的控制方式有以下幾種：

　　1） 實驗方式：即手動操作方式。這種方式是在上位機上對單個設備進行開、關，啟、停的操作，設備間的聯鎖關系已經被解除了，不存在聯跳功能，因此這種方式下不能帶負載運行。

　　2） 集中聯鎖手動：此方式是對要啟動的流程中的設備按逆煤流方向一對一的啟動，按順煤流方向一對一停機，要求設備啟動前須先將三通擋板啟動到位，設備的保護動作處理均同自動控制方式。

　　3） 自動方式：按照預先設定的流程啟動或停止相關的設備，是一種正常運行方式，要求現場設備必須處于正常狀態。自動方式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，操作員的操作步驟最少。

　　4） 就地方式：在就地操作箱上把手自動選擇按鈕打在就地位置，從操作箱上發出啟停或開關命令，實現對現場設備的操控。在此種方式下，PLC就失去了控制此設備的功能了。



　　輸煤系統主要有8種流程可供選擇，分別是：

　　　　a) 汽車卸煤溝→1號煤場；
　　　　b) 汽車卸煤溝→2號煤場；
　　　　c) 火車卸煤溝→1號煤場；
　　　　d) 火車卸煤溝→2號煤場；
　　　　e) 汽車卸煤溝→主廠房煤倉間；
　　　　f) 火車卸煤溝→主廠房煤倉間；
　　　　g) 1號煤場→主廠房煤倉間；
　　　　h) 2號煤場→主廠房煤倉間；

　　在上位畫面上有選擇流程的分畫面，通過這些畫面實現流程和設備的選用。



　　4．輸煤程控系統方案的設計與實施

　　1） 硬件系統（參見下圖）

a） 上位機系統

　　本系統配置兩臺上位機，都可作為操作員站，其中一臺兼作工程師站，且兩臺工控機可互為備用。上位機使用屏蔽雙絞線同以太網交換機相連，通過以太網模塊同PLC主機進行通訊。所有的數據顯示和操作都可以在上位機上完成，并且還有報警，歷史趨勢和報表功能，給操作人員提供最完備的使用環境。

b） 控制系統

　　本系統使用了兩臺型號是1756-L55M13的CPU，內存1.5M。兩個CPU分別安裝在兩個機架上，互為熱備用，先上電的CPU為主。為了避免同時失電，兩個機架的電源分別取自廠用電和UPS電源。兩個CPU中的程序完全一樣，采集信息、處理程序、發出命令由主CPU完成，備用CPU在實時跟蹤主CPU工作。一旦主CPU失電或者通訊中斷，備用CPU將代替主CPU繼續完成工作。

　　主機通過以太網同PC機相連進行數據交換，其下面帶的3個本地I/O機架通過ControlNet網與主站相連（ControlNet網為冗余配置），由CPU通過判斷采集的輸入信號，經過預先編制好的程序進行運算處理后，再通過輸出模塊發出命令，來達到控制的目的。


　　c） 遠程系統

　　本系統設置了一個I/O遠程站，通過多模光纜與主站的I/O機架相連。這種應用方式極大地減少了控制電纜的數量和長度，減少了因電纜過長而引起的接地或接線不良等故障，也減少了費用的投入。另外采用光纜連接遠程站的通訊方式，使得通訊距離比應用同軸電纜通訊長了很多，并且消除了電壓、電流的干擾，提高了數據傳輸的品質。


　　d） 同其他系統的通訊

　　同DCS系統采用以太網通訊，使用光纜連接兩臺交換機，DCS就可以很容易地直接從PLC主機中讀取所需要的數據了。

　　同斗輪機系統和軌道衡系統通訊也是采用了光纜連接兩臺交換機的方式，由于輸煤系統本身設備比較分散，距離又比較遠（輸煤主控室距離軌道衡控制室的距離超過了3公里），使用普通電纜或多模光纜不加中繼器根本無法達到要求，而使用單模光纜就簡單了，不加中繼器的最遠通訊距離可達到幾十公里。


　　e） 工業電視系統

　　共有4臺工業電視放置于前排的工業電視屏上，通過攝像鏡頭把相應設備的運行情況和事故情況顯示在屏幕上，并可通過計算機進行記錄存儲，以便日后隨時可以調出想要察看的那段時間的畫面記錄情況，分析事故原因。四臺工業電視通過屏幕分割技術最多可同時顯示16幅畫面，通過選擇按鈕，把畫面調整到自己想要觀察的地方進行監測。


　　2）軟件配置

　　a） 上位機監控軟件

　　本系統的上位監控軟件選用的是Intellution公司的iFix3.5作為開發平臺，利用該軟件的變量存檔編輯器和水晶報表設計器，可以很方便地為運行用戶過程數據生成用戶檔案并生成報表。利用ODBC功能，把所有設備的報警和人員的操作都記錄下來，通過聲音通知操作人員，以便使操作人員能夠立即進行處理，并給日后事故原因的分析創造有利條件。


　　b） PLC控制軟件

　　PLC控制軟件采用ROCKWELL公司的RSLogix 5000編程軟件、RS-LINX通訊驅動軟件和RSNetWorx組態軟件作為編程調試軟件的開發平臺。既可以使用梯形圖編程方式，又有IEC的編程方法，給了編程者更大的自由度。這種軟件的優點是有強大的功能塊系統，針對不同功能都有一種功能塊兒與之相對應，編程簡便、靈活。


　　5．系統控制

　　自動啟動時，按照逆煤流方向順序啟動設備；自動停機時，按照順煤流方向延時停止設備；當某一設備出現事故跳閘時，由故障設備開始進行逆煤流跳閘（除鐵器、電子皮帶秤、取樣器不參與跳閘）。并且本系統允許有多個流程在運行中，但不允許同時操作兩個及以上流程啟動或停機。當有兩條流程在運行時，如果其中一條流程的某一設備出現故障造成此流程設備聯跳時，不能影響另一條正在正常工作的流程。具體設備的位置和流程順序參看“系統總貌”圖：

在系統投入自動啟動前，需要進行流程選擇。如果兩個流程同時選擇了一個設備，則會發出報警。

　　流程選擇需要通過上位機流程選擇畫面進行，在本次輸煤程控項目中，我們總共設置了8個流程選擇分畫面，見“流程選擇”圖：

每一個流程選擇分畫面都設置了一個全選甲帶鍵和一個全選乙帶鍵，一旦按下全選甲帶鍵，這個流程內的所有甲帶就都變成深藍顏色，表示被選中。

另外每一條皮帶自身也有一個選擇鍵，利用此鍵可以把有故障的皮帶退出流程，選擇另一側的皮帶來替代它，這樣就可以做到甲、乙側設備交叉使用。在設備選擇完成后，按下確認鍵后就可以知道所選的通路是否正確，如果正確，則可以繼續下一步操作，否則需要重新進行選擇。當此流程使用完畢后，使用清流程鍵把這個流程清除，以免在另外的流程中使用相同設備時出現錯誤。參見“1號煤廠至煤倉間流程”選擇圖：

若所選流程為有效流程，則由語音提示下一步的“預啟”操作。此操作發出后，三通擋板打到所選通路，滾軸篩（如果在流程內）、碎煤機（如果在流程內）運行。如在30秒預啟過程中擋板正常啟動到位，則發出“允許啟動”語音提示，此時可以進行“程啟”操作。選擇“程啟”后沿線設備從末端皮帶機按所選流程逆煤流方向延時啟動各設備直到煤源。當上煤結束時，立即進行“程停”操作。在多流程同時運行時要先選擇煤源再進行“程停”操作，程停操作根據所選流程從煤源設備開始順煤流方向逐臺按預定的延遲時間順序停止各設備直到最末一臺設備。延遲時間是為保證每臺運行設備上的煤走完后該設備才停機。

　　在自動運行中，某一設備出現故障或事故時,如皮帶撕裂、拉繩，持續2秒以上的重跑偏、打滑或堵煤時，立即停止該皮帶，同時聯跳逆煤流方向的所<