摘 要: 本文在分析電廠輸煤程控系統工藝流程、控制需求的基礎上，給出了基于和利時公司LK系列PLC的輸煤程控系統解決方案。該系統性價比高，易于維護，使用方便，性能穩定，可大大減少運行和維護人員的工作量，減少事故發生，對電廠的安全高效運行有很大幫助。
關鍵詞: 輸煤程控系統；遠程I/O；HOLLiAS LK PLC；冗余；PROFIBUS-DP
1 應用背景
目前我國大型火電廠采用的燃料大多數為燃煤。一方面，由于煤產地與電廠間地理位置或地域的不同，需要借助汽車、火車或輪船等途徑把燃煤先運送到電廠內的儲煤站；另一方面，在電廠內，需要通過輸煤皮帶將燃煤輸送到指定的煤倉或煤筒中，供燃煤鍋爐使用。
電廠輸煤程控系統就是完成將煤場的煤輸送到煤倉或煤筒的任務，一般包括卸煤系統、堆煤系統、上煤系統和配煤系統幾個部分。輸煤程控系統是保證機組穩發滿發的重要系統，是機組安全可靠運行的重要支撐系統。
電廠輸煤程控系統具有組成設備多且位置分散、設備間聯鎖關系強、設備運行環境惡劣、安全性可靠性要求高等方面特點，一般采用以可編程控制器（PLC）為主要控制設備的監控系統來實現對整個工藝過程的控制。
2 輸媒程控系統設計
輸煤程控采用雙主機（熱備）配置的HOLLiAS LK系列PLC完成上煤及配煤控制等功能，PLC置于輸煤程控室。在粗碎機室、1#轉運站、2#轉運站、細碎機室、煤倉層、輸煤綜合樓設6組遠程I/O 站，各信號就近引接至附近的I/O站，各I/O站及PLC之間采用冗余PROFIBUS-DP現場總線通訊。該網絡能滿足輸煤程控的實時要求。在輸煤程控室設上位監控系統，通過兩臺上位監控計算機機進行輸煤系統的集中監測及控制，不再設常規模擬屏及儀表盤。
HOLLiAS LK系列PLC是和利時公司利用十多年控制系統設計和工程實施經驗而推出的新一代高性能、高可靠性、高易用性的可編程邏輯控制器產品，可以為不同工業領域提供個性化解決方案，廣泛應用于電力、冶金、石化、交通、水處理等行業。
系統結構
整個系統可以分為三層，包括生產管理層（輸煤程控室）、現場控制層（PLC控制站）及就地控制層。現場各種數據通過PLC系統進行采集，并通過主干通訊網絡——環形工業以太網傳送到中心控制室監控計算機集中監控和管理，通訊速率為100Mbps，通訊介質根據通訊距離可以選擇光纖或屏蔽雙絞線。同樣，中心控制室監控計算機的控制命令也通過上述通道傳送到PLC的測控終端，實施各單元的分散控制。
根據輸煤系統的聯鎖性強、地理較分散的特點，系統設有一個主站和若干個遠程I/O分站，現場設備信號直接接入附近的遠程I/O分站，并通過冗余的PROFIBUS-DP總線網絡實現與系統主站的通訊，由系統主站完成對所有系統內設備的監控和管理。
考慮到輸煤程控系統在安全性、可靠性方面的要求，系統主站采用HOLLiAS LK PLC具有冗余功能的CPU模塊LK210，支持電源冗余、CPU冗余、以太網冗余、總線冗余，以保證整個系統的不間斷運行。
控制方式
輸煤程控系統控制方式設計為現場設備就地手動控制、遠程手動控制、程序自動控制三種控制模式。三種模式的級別由高到低依次為就地手動控制、遠程手動控制、程序自動控制。
正常情況下，所有設備的運行、停止等由PLC按預定的程序自動完成，PLC自動識別各設備所處狀態。上位機發出指令后，由PLC按預定的程序自動完成對設備的運行操作。包括程控上煤、程控配煤、故障連停等控制功能。
遠程手動控制又可分為聯鎖手動控制和解鎖手動控制兩種形式，多用于設備調試和檢修階段。
就地手動是指在就地設備控制箱上操作設備，具有最高的控制優先級。
3 輸煤工藝控制方案
不同的電廠由于其機組的大小，廠外來煤方式、煤場到原煤倉距離的遠近和輸煤設備等方面的不同，在輸煤系統工藝形式上也存在著較大差異。但按照工藝段和功能一般都包括卸煤流程、堆煤流程、上煤流程和配煤流程幾個部分。
卸煤流程，主要指將廠外來煤（包括汽車、火車、輪船等途徑）通過卸煤設備卸到廠內儲煤站，以備使用。
堆煤流程，主要是通過堆料機對卸到卸煤站的煤進行整理，以方便輸煤系統上煤。
上煤流程，是輸煤系統工藝的關鍵環節，通過輸煤皮帶機完成將原煤從煤場輸送到原煤倉的過程，同時通過輔助的碎煤機、篩煤機、除鐵器、采樣裝置、電子皮帶秤等設備完成對篩分、計量等處理，以達到使用要求。
配煤流程，主要是將從上煤系統輸送來的煤按照一定的要求、規律、順序地分配到機組受煤倉中的過程。
輸煤系統設備
按照在整個輸煤系統中的地位和作用，這里我們把輸煤系統設備分為主設備、預啟動設備、輔助設備和保護開關設備幾類。
主設備，為輸煤工藝線上的關鍵設備，直接納入整個系統的聯鎖中，設備故障會引起系統聯鎖停機。主要包括：給煤機、輸煤皮帶機、振動篩、碎煤機、緩沖滾筒、除鐵器等。
預啟動設備，這些設備一般先于主設備啟動前動作，用于進行流程選擇。主要包括：電動三通擋板、皮帶頭部伸縮裝置、犁煤器、警鈴等。
輔助設備，一般不納入到流程聯鎖中，可以單獨啟停設備，故障不會造成聯鎖停機。主要包括：除塵器、皮帶秤、實物校驗系統、采樣裝置等。
保護開關設備，各種皮帶保護開關，用于流程監控、設備聯鎖、報警等功能。主要包括：拉繩開關、跑偏開關、堵煤開關、速度檢測器、撕裂檢測器、料流檢測器、煤倉料位開關、料位傳感器等。
控制策略
輸煤系統控制就是通過對輸煤設備的監控，完成將煤場的煤輸送到煤倉或煤筒的任務。系統的控制要求遵循如下原則：
上煤原則
1） 流程預啟：進行流程選擇，并啟動相應流程上的預啟動設備，做好啟動準備；
2） 流程啟動：接收到流程啟動允許信號后，系統主設備按逆煤流方向延時順序啟動；
3） 流程停止：停止指令下達后，系統主設備按順煤流方向延時順序停止；
4） 故障聯鎖停機：當所選流程上的系統主設備發生故障時，立即聯鎖跳停設備故障點上游（逆煤流方向）的主設備；
5） 重故障信號：急停、拉繩、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信號將直接導致系統聯鎖跳停。
配煤原則
1） 順序配煤：先設定一個尾倉，從第一個原煤倉開始進行配煤，煤斗以相同的時間（或依據煤倉料位）依次配煤，直到尾倉和尾倉前所有煤斗發出高煤位信號為止。順序配煤時如有煤倉出現低煤位信號，則停止順序配煤，優先給低煤位配煤；
2） 優先配煤：當有煤倉出現低煤位信號時，正常進行配煤的煤斗停止配煤并記憶。先補低煤位倉直至低煤位消失，再按記憶煤斗的正常順序把煤倉逐個加到高煤位。當多個倉同時出現低煤位時，對這些倉按從前向后的順序進行輪換的配煤，直至低煤位消失；
3） 余煤配煤：當停機信號發出后，皮帶上余煤均勻配給每個倉，直至原煤倉皮帶機停止運行；
流程控制
流程選擇、流程預啟
上煤順序啟停控制
配煤流程控制
事故處理
系統事故處理是系統穩定、安全運行的重要措施，主要包括以下三方面事故處理措施：
1）在系統運行過程中，當某一設備發生故障停機時，聯鎖跳停故障設備點上游（逆煤流方向）的所有設備，并給出報警信息。當設備故障恢復后，才允許重新從發生故障的設備處按逆煤流方向重新啟動設備的運行。
2）拉繩、重跑偏、堵塞、撕裂等保護開關動作，聯鎖跳停相關設備。
3）當設備運行過程中存在危及人員安全及損壞設備的可能，而操作員來不及判斷該怎樣處理的情況下，可以通過操作畫面上的“急停”按鈕來停止所有現場設備的運行。
4 軟件功能
輸煤程控系統上位監控軟件采用和利時公司的FacView組態軟件，主要功能如下：
實時流程圖顯示
實時流程圖是整個系統的主監控畫面，在流程圖中可以實時監控到系統主要設備的運行狀態。流程圖中所有設備的運行狀態采用綠色表示；停止狀態采用紅色表示；故障狀態采用黃色表示。流程圖中所有由PLC控制的設備設置遠程手動/程控自動轉換按鈕，只有當設備就地/遠程轉換開關處于遠程時，遠程手動/程控自動轉換按鈕才可用，當遠程手動/程控自動轉換按鈕處于程控自動時，禁止人工遙控設備。當設備出現故障信號時，停止運行或禁止啟動這些設備。
設備監控
系統軟件對每一個控制設備設置有單獨的操作畫面，通過鼠標點擊實時流程圖上的設備，就可以進入相應設備的操作畫面。
事件報警
系統軟件具有完善的事故報警功能。當事故發生時，語音報警系統發出語音信號。同時，LCD屏幕顯示故障區域流程圖，事故設備圖形變色，屏幕上方用漢字顯示故障性質及發生時間，并自動啟動打印機記錄，打印故障內容及發生時間。
數據報表
系統軟件具有計算機管理功能，能自動采集運行工況及有關數據，能實現實時流量編制、修改及狀態顯示，能按規定時間或召喚打印各種報表，能在LCD上查詢并調用有關數據，對正常生產運行定期打印記錄，包括交接班記錄、日報、月報、年報等報表的打印。
其他功能
系統軟件除了具有上述監控功能外，還集成有煤量統計、設備運行管理、與其它系統通訊接口等功能。
5 系統特點
本電廠輸煤程控系統解決方案以和利時公司HOLLiAS LK PLC為核心控制器，采用冗余的以太網絡、PROFIBUS-DP總線網絡將中心控制室計算機和PLC系統主站、PLC系統主站與遠程I/O分站聯系起來，構成一個分布式的控制系統。系統具有如下主要特點：
冗余的解決方案
輸煤程控系統設計為冗余配置，包括電源冗余、CPU冗余、以太網絡冗余、PROFIBUS-DP總線網絡冗余，無論那個環節出現故障都不會造成系統停車，這樣就最大限度地保證了系統的可靠性和安全性。
集中管理、分散控制
輸煤程控系統設計為一個主站多個從站的網絡結構，由系統主站統一管理系統內的設備，遠程I/O分站只負責數據采集與設備驅動。這樣的系統結構既滿足了系統設備間聯鎖關系強的要求，又滿足了系統設備位置分散的要求。
軟件界面友好、功能強大
PowerPro編程軟件符合IEC61131-3標準，易學、易懂、易用。FacView組態軟件圖庫豐富，網絡功能強大，報警、報表、歷史數據以及二次開發功能完善而易用。
開放性
輸煤程控系統設計為一個開放的系統，工業以太網、PROFIBUS-DP總線網絡是目前應用最廣泛和開放性好的工業通訊網絡，系統軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，另外系統還支持Modbus/TCP協議、Modbus RTU協議、自由口協議等多種接口形式，可以方便地進行系統擴展或與全廠輔控網、MIS和其他子系統進行無縫連接。
6 結術語
隨著我國火電廠裝機容量的提高，對輸煤程控系統等公用自動化控制系統提出了更高的要求。本輸煤程控系統設計在考慮電廠輸煤系統特點和要求的基礎上，充分利用了和利時公司HOLLiAS LK PLC可靠性高、性能優異、功能豐富、擴展性好、易于使用等方面的優勢，給出了針對性強和個性化的解決方案。
參考文獻
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