HOLLiAS LK PLC在電廠輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要： 本文在分析電廠輸煤程控系統(tǒng)工藝流程、控制需求的基礎(chǔ)上，給出了基于和利時公司HOLLiAS LK PLC的輸煤程控系統(tǒng)解決方案。該系統(tǒng)性價比高，易于維護，使用方便，性能穩(wěn)定，可大大減少運行和維護人員的工作量，減少事故發(fā)生，對電廠的安全高效運行有很大幫助。
關(guān)鍵詞：輸煤程控系統(tǒng)；遠程I/O；HOLLiAS LK PLC；冗余；PROFIBUS-DP

1 應(yīng)用背景

　　目前我國大型火電廠采用的燃料大多數(shù)為燃煤。一方面，由于煤產(chǎn)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(nèi)的儲煤站；另一方面，在電廠內(nèi)，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(tǒng)就是完成將煤場的煤輸送到煤倉或煤筒的任務(wù)，一般包括卸煤系統(tǒng)、堆煤系統(tǒng)、上煤系統(tǒng)和配煤系統(tǒng)幾個部分。輸煤程控系統(tǒng)是保證機組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的重要系統(tǒng)，是機組安全可靠運行的重要支撐系統(tǒng)。
　　電廠輸煤程控系統(tǒng)具有組成設(shè)備多且位置分散、設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強、設(shè)備運行環(huán)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(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)對整個工藝過程的控制。

2 輸媒程控系統(tǒng)設(shè)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(zhuǎn)運站、2#轉(zhuǎn)運站、細碎機室、煤倉層、輸煤綜合樓設(shè)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(xiàn)場總線通訊。該網(wǎng)絡(luò)能滿足輸煤程控的實時要求。在輸煤程控室設(shè)上位監(jiān)控系統(tǒng)，通過兩臺上位監(jiān)控計算機機進行輸煤系統(tǒng)的集中監(jiān)測及控制，不再設(shè)常規(guī)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(tǒng)設(shè)計和工程實施經(jīng)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(chǎn)品，可以為不同工業(yè)領(lǐng)域提供個性化解決方案，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石化、交通、水處理等行業(yè)。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　整個系統(tǒng)可以分為三層，包括生產(chǎn)管理層（輸煤程控室）、現(xiàn)場控制層（PLC控制站）及就地控制層。現(xiàn)場各種數(shù)據(jù)通過PLC系統(tǒng)進行采集，并通過主干通訊網(wǎng)絡(luò)——環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)傳送到中心控制室監(jiān)控計算機集中監(jiān)控和管理，通訊速率為100Mbps，通訊介質(zhì)根據(jù)通訊距離可以選擇光纖或屏蔽雙絞線。同樣，中心控制室監(jiān)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(jù)輸煤系統(tǒng)的聯(lián)鎖性強、地理較分散的特點，系統(tǒng)設(shè)有一個主站和若干個遠程I/O分站，現(xiàn)場設(shè)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(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與系統(tǒng)主站的通訊，由系統(tǒng)主站完成對所有系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控和管理。
　　考慮到輸煤程控系統(tǒng)在安全性、可靠性方面的要求，系統(tǒng)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(wǎng)冗余、總線冗余，以保證整個系統(tǒng)的不間斷運行。

　　控制方式

　　輸煤程控系統(tǒng)控制方式設(shè)計為現(xiàn)場設(shè)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(shè)備的運行、停止等由PLC按預(yù)定的程序自動完成，PLC自動識別各設(shè)備所處狀態(tài)。上位機發(fā)出指令后，由PLC按預(yù)定的程序自動完成對設(shè)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(lián)鎖手動控制和解鎖手動控制兩種形式，多用于設(shè)備調(diào)試和檢修階段。
　　就地手動是指在就地設(shè)備控制箱上操作設(shè)備，具有最高的控制優(yōu)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(shè)備等方面的不同，在輸煤系統(tǒng)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(shè)備卸到廠內(nèi)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(tǒng)上煤。
　　上煤流程，是輸煤系統(tǒng)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，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(shè)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(tǒng)輸送來的煤按照一定的要求、規(guī)律、順序地分配到機組受煤倉中的過程。

　　輸煤系統(tǒng)設(shè)備

　　按照在整個輸煤系統(tǒng)中的地位和作用，這里我們把輸煤系統(tǒng)設(shè)備分為主設(shè)備、預(yù)啟動設(shè)備、輔助設(shè)備和保護開關(guān)設(shè)備幾類。
　　主設(shè)備，為輸煤工藝線上的關(guān)鍵設(shè)備，直接納入整個系統(tǒng)的聯(lián)鎖中，設(shè)備故障會引起系統(tǒng)聯(lián)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(yù)啟動設(shè)備，這些設(shè)備一般先于主設(shè)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(shè)備，一般不納入到流程聯(lián)鎖中，可以單獨啟停設(shè)備，故障不會造成聯(lián)鎖停機。主要包括：除塵器、皮帶秤、實物校驗系統(tǒng)、采樣裝置等。
　　保護開關(guān)設(shè)備，各種皮帶保護開關(guān)，用于流程監(jiān)控、設(shè)備聯(lián)鎖、報警等功能。主要包括：拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)、堵煤開關(guān)、速度檢測器、撕裂檢測器、料流檢測器、煤倉料位開關(guān)、料位傳感器等。

　　控制策略
　　輸煤系統(tǒng)控制就是通過對輸煤設(shè)備的監(jiān)控，完成將煤場的煤輸送到煤倉或煤筒的任務(wù)。系統(tǒng)的控制要求遵循如下原則：
　　上煤原則
　　1） 流程預(yù)啟：進行流程選擇，并啟動相應(yīng)流程上的預(yù)啟動設(shè)備，做好啟動準(zhǔn)備；
　　2） 流程啟動：接收到流程啟動允許信號后，系統(tǒng)主設(shè)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(tǒng)主設(shè)備按順煤流方向延時順序停止；
　　4） 故障聯(lián)鎖停機：當(dāng)所選流程上的系統(tǒng)主設(shè)備發(fā)生故障時，立即聯(lián)鎖跳停設(shè)備故障點上游（逆煤流方向）的主設(shè)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(dǎo)致系統(tǒng)聯(lián)鎖跳停。
　　配煤原則
　　1） 順序配煤：先設(shè)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(jù)煤倉料位）依次配煤，直到尾倉和尾倉前所有煤斗發(fā)出高煤位信號為止。順序配煤時如有煤倉出現(xiàn)低煤位信號，則停止順序配煤，優(yōu)先給低煤位配煤；
　　2） 優(yōu)先配煤：當(dāng)有煤倉出現(xiàn)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(dāng)多個倉同時出現(xiàn)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(dāng)停機信號發(fā)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(yù)啟
　　上煤順序啟停控制

　　配煤流程控制

　　事故處理

　　系統(tǒng)事故處理是系統(tǒng)穩(wěn)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(tǒng)運行過程中，當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障停機時，聯(lián)鎖跳停故障設(shè)備點上游（逆煤流方向）的所有設(shè)備，并給出報警信息。當(dāng)設(shè)備故障恢復(fù)后，才允許重新從發(fā)生故障的設(shè)備處按逆煤流方向重新啟動設(shè)備的運行。
　　2）拉繩、重跑偏、堵塞、撕裂等保護開關(guān)動作，聯(lián)鎖跳停相關(guān)設(shè)備。
　　3）當(dāng)設(shè)備運行過程中存在危及人員安全及損壞設(shè)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(xiàn)場設(shè)備的運行。

4 軟件功能

　　輸煤程控系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件采用和利時公司的FacView組態(tài)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(tǒng)的主監(jiān)控畫面，在流程圖中可以實時監(jiān)控到系統(tǒng)主要設(shè)備的運行狀態(tài)。流程圖中所有設(shè)備的運行狀態(tài)采用綠色表示；停止?fàn)顟B(tài)采用紅色表示；故障狀態(tài)采用黃色表示。流程圖中所有由PLC控制的設(shè)備設(shè)置遠程手動/程控自動轉(zhuǎn)換按鈕，只有當(dāng)設(shè)備就地/遠程轉(zhuǎn)換開關(guān)處于遠程時，遠程手動/程控自動轉(zhuǎn)換按鈕才可用，當(dāng)遠程手動/程控自動轉(zhuǎn)換按鈕處于程控自動時，禁止人工遙控設(shè)備。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障信號時，停止運行或禁止啟動這些設(shè)備。

　　設(shè)備監(jiān)控
　　系統(tǒng)軟件對每一個控制設(shè)備設(shè)置有單獨的操作畫面，通過鼠標(biāo)點擊實時流程圖上的設(shè)備，就可以進入相應(yīng)設(shè)備的操作畫面。
　　事件報警
　　系統(tǒng)軟件具有完善的事故報警功能。當(dāng)事故發(fā)生時，語音報警系統(tǒng)發(fā)出語音信號。同時，LCD屏幕顯示故障區(qū)域流程圖，事故設(shè)備圖形變色，屏幕上方用漢字顯示故障性質(zhì)及發(fā)生時間，并自動啟動打印機記錄，打印故障內(nèi)容及發(fā)生時間。
　　數(shù)據(jù)報表
　　系統(tǒng)軟件具有計算機管理功能，能自動采集運行工況及有關(guān)數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)實時流量編制、修改及狀態(tài)顯示，能按規(guī)定時間或召喚打印各種報表，能在LCD上查詢并調(diào)用有關(guān)數(shù)據(jù)，對正常生產(chǎn)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(tǒng)軟件除了具有上述監(jiān)控功能外，還集成有煤量統(tǒng)計、設(shè)備運行管理、與其它系統(tǒng)通訊接口等功能。

　　5 系統(tǒng)特點

　　本電廠輸煤程控系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)將中心控制室計算機和PLC系統(tǒng)主站、PLC系統(tǒng)主站與遠程I/O分站聯(lián)系起來，構(gòu)成一個分布式的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有如下主要特點：
　　冗余的解決方案
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計為冗余配置，包括電源冗余、CPU冗余、以太網(wǎng)絡(luò)冗余、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)冗余，無論那個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都不會造成系統(tǒng)停車，這樣就最大限度地保證了系統(tǒng)的可靠性和安全性。
　　集中管理、分散控制
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計為一個主站多個從站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)主站統(tǒng)一管理系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備，遠程I/O分站只負責(zé)數(shù)據(jù)采集與設(shè)備驅(qū)動。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既滿足了系統(tǒng)設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強的要求，又滿足了系統(tǒng)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)、易懂、易用。FacView組態(tài)軟件圖庫豐富，網(wǎng)絡(luò)功能強大，報警、報表、歷史數(shù)據(jù)以及二次開發(fā)功能完善而易用。
　　開放性
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計為一個開放的系統(tǒng)，工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛和開放性好的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，另外系統(tǒng)還支持Modbus/TCP協(xié)議、Modbus RTU協(xié)議、自由口協(xié)議等多種接口形式，可以方便地進行系統(tǒng)擴展或與全廠輔控網(wǎng)、MIS和其他子系統(tǒng)進行無縫連接。

6 結(jié)術(shù)語

　　隨著我國火電廠裝機容量的提高，對輸煤程控系統(tǒng)等公用自動化控制系統(tǒng)提出了更高的要求。本輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計在考慮電廠輸煤系統(tǒng)特點和要求的基礎(chǔ)上，充分利用了和利時公司HOLLiAS LK PLC可靠性高、性能優(yōu)異、功能豐富、擴展性好、易于使用等方面的優(yōu)勢，給出了針對性強和個性化的解決方案。