1．前言

　　為緩解我國電力供應(yīng)嚴(yán)重不足的現(xiàn)狀，許多大容量的火電廠在全國各地紛紛投入建設(shè)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(tǒng)的自動化控制要求也就越來越高。

　　山西某發(fā)電廠2×600MW機(jī)組自動控制系統(tǒng)由兩類控制設(shè)備組成：主控部分（包括鍋爐、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)等）使用的是HONEYWELL公司的DCS控制系統(tǒng)；公用部分（包括輸煤、化水和除灰等）使用的是ROCKWELL公司生產(chǎn)的Contrologix5000系列PLC系統(tǒng)，上位軟件使用的是iFix3.5，并且數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)與DCS系統(tǒng)連接，使得本系統(tǒng)即可以在輸煤程控上位機(jī)上操作，又可以在DCS上操作。

　　輸煤系統(tǒng)的主要功能是把通過火車和汽車等交通工具運(yùn)送到火車卸煤溝和汽車卸煤溝的煤炭，通過一系列運(yùn)送設(shè)備運(yùn)達(dá)原煤倉的過程。

　　由于該電廠發(fā)電機(jī)組容量大，并且是兩臺機(jī)組公用一套輸煤系統(tǒng)，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(chǎn)，設(shè)計(jì)了兩條上煤通路，一路運(yùn)行，一路備用，也可以兩條通路同時運(yùn)行，分別向兩個不同的目的地運(yùn)煤。


　　2．控制設(shè)備

　　本套輸煤系統(tǒng)的控制對象有：皮帶機(jī)21條（其中5#甲和7#甲皮帶可雙向運(yùn)行），斗輪堆取料機(jī)2臺，滾軸篩2臺，環(huán)式碎煤機(jī)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(jī)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(jì)114臺設(shè)備。





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

　　本套輸煤系統(tǒng)采用了16個電動三通擋板，為的是使系統(tǒng)組合更加靈活多樣。當(dāng)有設(shè)備出現(xiàn)故障需要檢修時，可以通過使用其他設(shè)備，調(diào)整三通擋板的通路繞過故障設(shè)備繼續(xù)上煤，使整個系統(tǒng)不至于因某一個或幾個設(shè)備的故障造成癱瘓。


　　3．設(shè)備的控制方式

　　設(shè)備的控制方式有以下幾種：

　　1） 實(shí)驗(yàn)方式：即手動操作方式。這種方式是在上位機(jī)上對單個設(shè)備進(jìn)行開、關(guān)，啟、停的操作，設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系已經(jīng)被解除了，不存在聯(lián)跳功能，因此這種方式下不能帶負(fù)載運(yùn)行。

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

　　3） 自動方式：按照預(yù)先設(shè)定的流程啟動或停止相關(guān)的設(shè)備，是一種正常運(yùn)行方式，要求現(xiàn)場設(shè)備必須處于正常狀態(tài)。自動方式為系統(tǒng)的最佳控制方式，在此方式下，設(shè)備的空載運(yùn)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(fā)出啟停或開關(guān)命令，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的操控。在此種方式下，PLC就失去了控制此設(shè)備的功能了。



　　輸煤系統(tǒng)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(shí)現(xiàn)流程和設(shè)備的選用。



　　4．輸煤程控系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施

　　1） 硬件系統(tǒng)（參見下圖）





　　a） 上位機(jī)系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)配置兩臺上位機(jī)，都可作為操作員站，其中一臺兼作工程師站，且兩臺工控機(jī)可互為備用。上位機(jī)使用屏蔽雙絞線同以太網(wǎng)交換機(jī)相連，通過以太網(wǎng)模塊同PLC主機(jī)進(jìn)行通訊。所有的數(shù)據(jù)顯示和操作都可以在上位機(jī)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(huán)境。


　　b） 控制系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)使用了兩臺型號是1756-L55M13的CPU，內(nèi)存1.5M。兩個CPU分別安裝在兩個機(jī)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(jī)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(fā)出命令由主CPU完成，備用CPU在實(shí)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(xù)完成工作。

　　主機(jī)通過以太網(wǎng)同PC機(jī)相連進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其下面帶的3個本地I/O機(jī)架通過ControlNet網(wǎng)與主站相連（ControlNet網(wǎng)為冗余配置），由CPU通過判斷采集的輸入信號，經(jīng)過預(yù)先編制好的程序進(jìn)行運(yùn)算處理后，再通過輸出模塊發(fā)出命令，來達(dá)到控制的目的。


　　c） 遠(yuǎn)程系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)設(shè)置了一個I/O遠(yuǎn)程站，通過多模光纜與主站的I/O機(jī)架相連。這種應(yīng)用方式極大地減少了控制電纜的數(shù)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(fèi)用的投入。另外采用光纜連接遠(yuǎn)程站的通訊方式，使得通訊距離比應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸?shù)钠焚|(zhì)。


　　d） 同其他系統(tǒng)的通訊

　　同DCS系統(tǒng)采用以太網(wǎng)通訊，使用光纜連接兩臺交換機(jī)，DCS就可以很容易地直接從PLC主機(jī)中讀取所需要的數(shù)據(jù)了。

　　同斗輪機(jī)系統(tǒng)和軌道衡系統(tǒng)通訊也是采用了光纜連接兩臺交換機(jī)的方式，由于輸煤系統(tǒng)本身設(shè)備比較分散，距離又比較遠(yuǎn)（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(dá)到要求，而使用單模光纜就簡單了，不加中繼器的最遠(yuǎn)通訊距離可達(dá)到幾十公里。


　　e） 工業(yè)電視系統(tǒng)

　　共有4臺工業(yè)電視放置于前排的工業(yè)電視屏上，通過攝像鏡頭把相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行情況和事故情況顯示在屏幕上，并可通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行記錄存儲，以便日后隨時可以調(diào)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(yè)電視通過屏幕分割技術(shù)最多可同時顯示16幅畫面，通過選擇按鈕，把畫面調(diào)整到自己想要觀察的地方進(jìn)行監(jiān)測。


　　2）軟件配置

　　a） 上位機(jī)監(jiān)控軟件

　　本系統(tǒng)的上位監(jiān)控軟件選用的是Intellution公司的iFix3.5作為開發(fā)平臺，利用該軟件的變量存檔編輯器和水晶報表設(shè)計(jì)器，可以很方便地為運(yùn)行用戶過程數(shù)據(jù)生成用戶檔案并生成報表。利用ODBC功能，把所有設(shè)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(jìn)行處理，并給日后事故原因的分析創(chuàng)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(qū)動軟件和RSNetWorx組態(tài)軟件作為編程調(diào)試軟件的開發(fā)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(yōu)點(diǎn)是有強(qiáng)大的功能塊系統(tǒng)，針對不同功能都有一種功能塊兒與之相對應(yīng)，編程簡便、靈活。


　　5．系統(tǒng)控制

　　自動啟動時，按照逆煤流方向順序啟動設(shè)備；自動停機(jī)時，按照順煤流方向延時停止設(shè)備；當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)事故跳閘時，由故障設(shè)備開始進(jìn)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(tǒng)允許有多個流程在運(yùn)行中，但不允許同時操作兩個及以上流程啟動或停機(jī)。當(dāng)有兩條流程在運(yùn)行時，如果其中一條流程的某一設(shè)備出現(xiàn)故障造成此流程設(shè)備聯(lián)跳時，不能影響另一條正在正常工作的流程。具體設(shè)備的位置和流程順序參看“系統(tǒng)總貌”圖：





　　在系統(tǒng)投入自動啟動前，需要進(jìn)行流程選擇。如果兩個流程同時選擇了一個設(shè)備，則會發(fā)出報警。

　　流程選擇需要通過上位機(jī)流程選擇畫面進(jìn)行，在本次輸煤程控項(xiàng)目中，我們總共設(shè)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(shè)置了一個全選甲帶鍵和一個全選乙?guī)фI，一旦按下全選甲帶鍵，這個流程內(nèi)的所有甲帶就都變成深藍(lán)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(cè)的皮帶來替代它，這樣就可以做到甲、乙側(cè)設(shè)備交叉使用。在設(shè)備選擇完成后，按下確認(rèn)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(xù)下一步操作，否則需要重新進(jìn)行選擇。當(dāng)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(shè)備時出現(xiàn)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(yù)啟”操作。此操作發(fā)出后，三通擋板打到所選通路，滾軸篩（如果在流程內(nèi)）、碎煤機(jī)（如果在流程內(nèi)）運(yùn)行。如在30秒預(yù)啟過程中擋板正常啟動到位，則發(fā)出“允許啟動”語音提示，此時可以進(jìn)行“程啟”操作。選擇“程啟”后沿線設(shè)備從末端皮帶機(jī)按所選流程逆煤流方向延時啟動各設(shè)備直到煤源。當(dāng)上煤結(jié)束時，立即進(jìn)行“程停”操作。在多流程同時運(yùn)行時要先選擇煤源再進(jìn)行“程停”操作，程停操作根據(jù)所選流程從煤源設(shè)備開始順煤流方向逐臺按預(yù)定的延遲時間順序停止各設(shè)備直到最末一臺設(shè)備。延遲時間是為保證每臺運(yùn)行設(shè)備上的煤走完后該設(shè)備才停機(jī)。

　　在自動運(yùn)行中，某一設(shè)備出現(xiàn)故障或事故時,如皮帶撕裂、拉繩，持續(xù)2秒以上的重跑偏、打滑或堵煤時，立即停止該皮帶，同時聯(lián)跳逆煤流方向的所有設(shè)備。但故障點(diǎn)下游設(shè)備保持原工作狀態(tài)不變。待故障解除后，先進(jìn)行“復(fù)位”操作，再重新進(jìn)行“預(yù)啟”操作，從故障點(diǎn)向上游重新延時啟動設(shè)備；也可在故障未解除時，執(zhí)行“程停”操作，從故障點(diǎn)下游開始順煤流方向逐臺按預(yù)定的延遲時間順序停止各設(shè)備直到最末。碎煤機(jī)和滾軸篩除本身事故外延時30秒后停機(jī)。當(dāng)按“緊急停機(jī)”按紐（操作臺上和上位機(jī)都有此開關(guān)）全線運(yùn)行設(shè)備立即停止運(yùn)行，碎煤機(jī)和滾軸篩延時30秒后停機(jī)。


　　1）皮帶機(jī)的控制

　　無論是手動還是自動啟動皮帶機(jī)前，都要先響警鈴20秒，通知在皮帶周圍的人員盡快遠(yuǎn)離，以免發(fā)生事故。皮帶機(jī)是輸煤系統(tǒng)的主要運(yùn)輸設(shè)備，因此對它的保護(hù)和要求也就相應(yīng)的多了一些。在皮帶機(jī)兩側(cè)設(shè)事故拉線開關(guān)，巡檢人員發(fā)現(xiàn)皮帶及其附近設(shè)備有異常情況時，可直接拉事故拉線，使皮帶停止。

　　皮帶重跑偏、縱向撕裂、打滑、管道堵煤等信號都直接進(jìn)入了PLC，一旦其中某一個事故出現(xiàn)時，都要使皮帶機(jī)立即停止。但是為了避免由于這些事故的假信號影響正常上煤，還設(shè)置了一些屏蔽這些信號的鍵，當(dāng)操作人員能夠確認(rèn)某個信號為誤動作時，就可以使用屏蔽鍵令這個信號不起作用，等信號處理好后，要馬上恢復(fù)此信號的功能，以免造成更大的損失。參看“一號甲皮帶控制狀態(tài)”圖，本設(shè)備的所有控制和狀態(tài)都可以在這一幅圖中顯示出來。





　　本系統(tǒng)對每個設(shè)備都設(shè)置了一個“檢修”鍵，當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備需要檢修時,在上位機(jī)中設(shè)定此設(shè)備為“檢修”狀態(tài)，則PLC控制程序禁止此設(shè)備運(yùn)行。


　　2）電動三通擋板的控制

　　為了使上煤系統(tǒng)更加靈活，設(shè)置了16個電動三通擋板，并且要求其參與系統(tǒng)聯(lián)鎖，且能就地、程控操作。在自動工作狀態(tài)下，當(dāng)按下預(yù)啟動鍵時，三通擋板根據(jù)選定的在其前后兩條皮帶的位置，自動完成通甲路或通乙路的動作（例如現(xiàn)在選中的是1#甲皮帶和2#乙皮帶，按下預(yù)啟動鍵后，1#三通擋板就自動打在了通乙路的位置上），為下一步的程啟做好準(zhǔn)備。
但是由于種種原因，甲、乙路到位信號有可能在使用過一段時間后失靈，因此就又增加了甲路通到位和乙路通到位的假信號，在到位信號失靈后替代實(shí)際信號工作。




　　為了避免由于誤操作而引起上煤中斷，在已經(jīng)運(yùn)行的流程中對所有三通擋板操作無效（閉鎖操作）。


　　3）除塵器

　　系統(tǒng)設(shè)置了15個除塵器，自動時，在預(yù)啟動時啟動，但在啟動皮帶時不判斷除塵器是否運(yùn)行。聯(lián)鎖手動時與所在帶式輸送機(jī)聯(lián)動，在啟動皮帶前先輸出啟動除塵器信號，但不論除塵器啟動與否，都繼續(xù)向下啟動皮帶機(jī)。除塵器自身故障不連跳主設(shè)備。


　　4）除鐵器

　　系統(tǒng)共有2個盤式除鐵器和8個帶式除鐵器，自動時，在預(yù)啟動時啟動，但在啟動皮帶時不判斷除塵器是否運(yùn)行。聯(lián)鎖手動時與所在帶式輸送機(jī)聯(lián)動，在啟動皮帶前先輸出啟動除鐵器信號，但不論除鐵器啟動與否，都繼續(xù)向下啟動皮帶機(jī)。除鐵器自身故障不連跳主設(shè)備。


　　5）振動器

　　本系統(tǒng)共有30個振動器。它的功能是在出現(xiàn)堵煤的情況自動振打，或每隔20分鐘自動振打10秒，也可切換到手動方式，由操作人員手動隨時啟停。


　　6）皮帶秤

　　皮帶秤輸出的脈沖累加點(diǎn)用于計(jì)算累計(jì)上煤量。


　　7）葉輪給煤機(jī)

　　葉輪給煤機(jī)利用行走和撥動功能把在火車、汽車卸煤溝中的煤炭運(yùn)送到皮帶上。自動工作狀態(tài)下，給煤機(jī)啟動和停止取決于在它后面的皮帶的動作，而給煤機(jī)的前進(jìn)和后退，則需要操作人員根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行手動操作。參見“一號葉輪給煤機(jī)控制狀態(tài)”畫面。





　　8）斗輪機(jī)

　　兩個斗輪機(jī)分別在兩個煤廠，負(fù)責(zé)煤廠煤炭的堆取工作。在機(jī)組使用煤炭量較少時，利用斗輪機(jī)的堆料功能，配合5#甲、7#甲皮帶正轉(zhuǎn)，把卸煤溝的煤炭存儲在煤廠中；當(dāng)鍋爐使用大量煤炭時，利用斗輪機(jī)的取料功能，配合5#甲、7#甲皮帶反轉(zhuǎn)，把存儲在煤廠中的煤炭運(yùn)往原煤倉。


　　9）滾軸篩

　　滾軸篩位于8#皮帶和9#皮帶之間，其作用是把煤炭進(jìn)行篩分，篩下物直接落到9#皮帶運(yùn)往原煤倉，篩上物通過11#皮帶和碎煤機(jī)進(jìn)行破碎后返回煤廠。當(dāng)滾軸篩出現(xiàn)故障時，煤炭直接從8#皮帶落在9#皮帶上運(yùn)往原煤倉，可保證原料的供應(yīng)不會因?yàn)闈L軸篩的故障而停止。


　　10）卸料小車

　　卸料小車共有兩個，10#甲帶和10#乙?guī)厦娓饕粋€，可在皮帶上行走。其功能是把10#皮帶上的煤炭卸到原煤倉中。

　　原煤倉共有12個，1~6#原煤倉給1#機(jī)組提供燃料，7~12#原煤倉給2#機(jī)組提供燃料，6#倉與7#倉之間有一段距離，其它倉都是并在一起的。原煤倉上裝有12個位置開關(guān)，可標(biāo)識小車處于哪一個原煤倉上。

　　卸料小車上面有三個擋板，可以使小車處于卸料/直通狀態(tài)。初始位置為直通狀態(tài)，當(dāng)開始卸料時，兩側(cè)的擋板打開，位于皮帶上的擋板關(guān)閉，煤炭從皮帶兩側(cè)落入選定的原煤倉；當(dāng)小車經(jīng)過6#倉與7#倉之間時，為了避免煤炭撒落到外面，兩側(cè)的擋板關(guān)閉，皮帶上的擋板打開，此時小車處于直通位置，煤炭經(jīng)過小車后依然還落在皮帶上，最終進(jìn)入12#原煤倉中。

　　小車有兩種卸料方式，定點(diǎn)/連續(xù)方式。定點(diǎn)方式是小車走到選定的原煤倉后，停止不動向原煤倉內(nèi)卸料；連續(xù)方式是小車在選定的原煤倉上來回行走，把煤炭均勻地卸到原煤倉中。


　　配煤方式分為自動配煤、手動配煤和就地配煤三種方式。

　　在自動配煤方式下，當(dāng)輸煤系統(tǒng)發(fā)出“程啟”操作后，配煤皮帶（10號甲、乙）即先運(yùn)行。當(dāng)配煤皮帶出現(xiàn)運(yùn)行信號后，首先按照煤倉的順序進(jìn)行檢測，從第一倉開始進(jìn)行順序配煤，將所有煤倉配至高煤位。此時如果某些倉不使用，則需要把這些倉置于停用狀態(tài)，這樣在輪到這個倉配煤的時候，就會把它跳過去，繼續(xù)為下一個倉配煤。當(dāng)所有倉都處于高煤位時，配煤就完成了。





　　手動配煤是由操作人員根據(jù)現(xiàn)場的煤位和卸料小車的信號，在上位機(jī)上手動操作小車的運(yùn)行/停止，卸料/直通，定點(diǎn)/連續(xù)等功能，完成原煤倉的配煤工作。

　　就地配煤是在現(xiàn)場由操作人員根據(jù)實(shí)際情況，操作小車的運(yùn)行/停止，卸料/直通，定點(diǎn)/連續(xù)等功能，完成原煤倉的配煤工作。



　　6．結(jié)束語

　　這套系統(tǒng)目前已經(jīng)運(yùn)行了半年時間了，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行情況證明：整個系統(tǒng)安全可靠，穩(wěn)定性高，控制靈活性強(qiáng)。隨著計(jì)算機(jī)和PLC技術(shù)的提高，輸煤系統(tǒng)的自動化水平也在不斷提高，目前已經(jīng)做到了把相對分散的各個設(shè)備統(tǒng)一集中到一起控制的情況，幾乎涵蓋了全部的設(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(jī)手動操作，表明了目前自動化水平的提高。相信隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)、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。