可編程控制器在輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1．前言

　　為緩解我國(guó)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(guó)各地紛紛投入建設(shè)和使用，因此對(duì)煤炭的需求量也就越來越大，對(duì)輸煤等公用系統(tǒng)的自動(dòng)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(dòng)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(tái)機(jī)組公用一套輸煤系統(tǒng)，對(duì)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(shí)運(yùn)行，分別向兩個(gè)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(duì)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(tái)，滾軸篩2臺(tái)，環(huán)式碎煤機(jī)2臺(tái)，清水泵2臺(tái)，振動(dòng)器30臺(tái)，刮水器2臺(tái)，電動(dòng)三通擋板16臺(tái)，入爐煤取樣器2臺(tái)，除塵器15臺(tái)，葉輪給煤機(jī)6臺(tái)，盤式電磁除鐵器2臺(tái)，帶式電磁除鐵器8臺(tái)，皮帶采樣裝置2臺(tái)，卸料車2臺(tái)，共計(jì)114臺(tái)設(shè)備。

程控系統(tǒng)所有的輸入、輸出信號(hào)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(hào)的進(jìn)入而損毀。

　　本套輸煤系統(tǒng)采用了16個(gè)電動(dòng)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(shí)，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(gè)系統(tǒng)不至于因某一個(gè)或幾個(gè)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(dòng)操作方式。這種方式是在上位機(jī)上對(duì)單個(gè)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(dòng)：此方式是對(duì)要啟動(dòng)的流程中的設(shè)備按逆煤流方向一對(duì)一的啟動(dòng)，按順煤流方向一對(duì)一停機(jī)，要求設(shè)備啟動(dòng)前須先將三通擋板啟動(dòng)到位，設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作處理均同自動(dòng)控制方式。

　　3） 自動(dòng)方式：按照預(yù)先設(shè)定的流程啟動(dòng)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(chǎng)設(shè)備必須處于正常狀態(tài)。自動(dòng)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(shí)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(dòng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)煤場(chǎng)；
　　　　b) 汽車卸煤溝→2號(hào)煤場(chǎng)；
　　　　c) 火車卸煤溝→1號(hào)煤場(chǎng)；
　　　　d) 火車卸煤溝→2號(hào)煤場(chǎng)；
　　　　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(hào)煤場(chǎng)→主廠房煤倉間；
　　　　h) 2號(hào)煤場(chǎng)→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(tái)上位機(jī)，都可作為操作員站，其中一臺(tái)兼作工程師站，且兩臺(tái)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(bào)警，歷史趨勢(shì)和報(bào)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(tái)型號(hào)是1756-L55M13的CPU，內(nèi)存1.5M。兩個(gè)CPU分別安裝在兩個(gè)機(jī)架上，互為熱備用，先上電的CPU為主。為了避免同時(shí)失電，兩個(gè)機(jī)架的電源分別取自廠用電和UPS電源。兩個(gè)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(shí)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(gè)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(hào)，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(gè)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(zhǎng)度，減少了因電纜過長(zhǎng)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(zhǎng)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(tái)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(tái)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(jiǎn)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(tái)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(chǔ)，以便日后隨時(shí)可以調(diào)出想要察看的那段時(shí)間的畫面記錄情況，分析事故原因。四臺(tái)工業(yè)電視通過屏幕分割技術(shù)最多可同時(shí)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(cè)。


　　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(tái)，利用該軟件的變量存檔編輯器和水晶報(bào)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(bào)表。利用ODBC功能，把所有設(shè)備的報(bào)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(dòng)軟件和RSNetWorx組態(tài)軟件作為編程調(diào)試軟件的開發(fā)平臺(tái)。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(duì)不同功能都有一種功能塊兒與之相對(duì)應(yīng)，編程簡(jiǎn)便、靈活。


　　5．系統(tǒng)控制

　　自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，按照逆煤流方向順序啟動(dòng)設(shè)備；自動(dòng)停機(jī)時(shí)，按照順煤流方向延時(shí)停止設(shè)備；當(dāng)某一設(shè)備出現(xiàn)事故跳閘時(shí)，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(gè)流程在運(yùn)行中，但不允許同時(shí)操作兩個(gè)及以上流程啟動(dòng)或停機(jī)。當(dāng)有兩條流程在運(yùn)行時(shí)，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(shí)，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(dòng)啟動(dòng)前，需要進(jìn)行流程選擇。如果兩個(gè)流程同時(shí)選擇了一個(gè)設(shè)備，則會(huì)發(fā)出報(bào)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(gè)流程選擇分畫面，見“流程選擇”圖：

每一個(gè)流程選擇分畫面都設(shè)置了一個(gè)全選甲帶鍵和一個(gè)全選乙?guī)фI，一旦按下全選甲帶鍵，這個(gè)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(gè)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(gè)流程清除，以免在另外的流程中使用相同設(shè)備時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。參見“1號(hào)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(dòng)到位，則發(fā)出“允許啟動(dòng)”語音提示，此時(shí)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(shí)啟動(dòng)各設(shè)備直到煤源。當(dāng)上煤結(jié)束時(shí)，立即進(jìn)行“程停”操作。在多流程同時(shí)運(yùn)行時(shí)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(tái)按預(yù)定的延遲時(shí)間順序停止各設(shè)備直到最末一臺(tái)設(shè)備。延遲時(shí)間是為保證每臺(tái)運(yùn)行設(shè)備上的煤走完后該設(shè)備才停機(jī)。

　　在自動(dòng)運(yùn)行中，某一設(shè)備出現(xiàn)故障或事故時(shí),如皮帶撕裂、拉繩，持續(xù)2秒以上的重跑偏、打滑或堵煤時(shí)，立即停止該皮帶，同時(shí)聯(lián)跳逆煤流方向的所<