摘要：火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)是保證火電廠平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵?，F(xiàn)圍繞火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)，詳細(xì)分析了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，旨在為日后設(shè)計(jì)工作的順利開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：火電廠;輸煤電氣控制系統(tǒng);硬件設(shè)計(jì);軟件設(shè)計(jì)

0 引言

火電廠輸煤系統(tǒng)中設(shè)備眾多，工作流程較為復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)行過程中易受到外界以及內(nèi)部因素的影響。因此，在火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì)，優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，使之適應(yīng)當(dāng)前火電廠發(fā)展的實(shí)際需要。

1 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)研究

1.1? ? 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)組成

火電廠輸煤系統(tǒng)主要包含4個(gè)部分，分別為卸煤、堆煤、上煤及配煤。一般卸煤及堆煤相對獨(dú)立，本文重點(diǎn)探討上煤和配煤，具體如圖1所示。上煤是利用皮帶機(jī)將煤從煤場送到煤倉的過程。配煤是根據(jù)煤倉料位高低信號(hào)，通過犁煤器及可逆皮帶機(jī)將煤分配到煤倉中的過程。以某火電廠為例，輸煤控制的設(shè)備主要包括圓形料場的2臺(tái)振動(dòng)給煤機(jī)，細(xì)碎樓的2臺(tái)高幅篩、2臺(tái)細(xì)碎機(jī)，采樣除鐵間的2臺(tái)采樣機(jī)，鍋爐煤倉間的22臺(tái)犁式卸料器，8條皮帶機(jī)及附屬設(shè)備（4臺(tái)除鐵器、4臺(tái)電動(dòng)三通閥、2臺(tái)皮帶秤及3套干霧抑塵裝置）等。各條皮帶機(jī)還包含拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)、縱向撕裂開關(guān)、速度檢測儀、料流開關(guān)及溜槽堵塞開關(guān)等保護(hù)裝置。從圓形料場到鍋爐煤倉均采用雙路設(shè)計(jì)配置，一路運(yùn)行，一路備用，并可滿足雙路同時(shí)運(yùn)行需求。通過這樣的設(shè)計(jì)配置，能夠最大限度地保證輸煤系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，從而確保鍋爐不斷煤，最終保證整個(gè)火電廠的正常運(yùn)作[1]。

1.2? ? 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)操作流程

圓形料場內(nèi)裝載機(jī)將煤推入卸煤斗中，然后通過振動(dòng)給煤機(jī)振動(dòng)讓煤進(jìn)入輸送皮帶機(jī)，隨之輔以除鐵、破碎、計(jì)量、采樣等工作，最后把煤按運(yùn)行要求配入鍋爐的原煤倉。整個(gè)系統(tǒng)正常操作控制原則為逆煤流啟動(dòng)、順煤流停止，保證不堵煤，安全生產(chǎn)。

2 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1? ? 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1.1? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

輸煤系統(tǒng)設(shè)備多而分散，且距離輸煤程控室較遠(yuǎn)。另外現(xiàn)場環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)一對一的硬手操作方式不可取。所以提高輸煤系統(tǒng)自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制十分重要。為便于監(jiān)控，輸煤系統(tǒng)一般采用集中管理、分散控制的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以分為3層，即生產(chǎn)管理層（輸煤程控室）、現(xiàn)場控制層（PLC遠(yuǎn)程I/O站）及就地控制層。輸煤電氣控制系統(tǒng)常規(guī)采用的是IPC+PLC的組合設(shè)計(jì)配置，如圖2所示。IPC作為人機(jī)接口通常布置在輸煤程控室，方便運(yùn)行人員對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和監(jiān)控。PLC作為下位機(jī)與現(xiàn)場設(shè)備相連，用于實(shí)現(xiàn)控制功能和數(shù)據(jù)采集，通常由位于輸煤控制室的主站和現(xiàn)場遠(yuǎn)控I/O站組成，主站與遠(yuǎn)程I/O站之間通過冗余工業(yè)以太網(wǎng)連接起來。上位機(jī)與下位機(jī)間的通信通過通信模塊及組態(tài)軟件支持，通過特定的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[2]。

2.1.2? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輸煤電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要充分考慮到設(shè)備分散布置情況，克服輸煤線路距離遠(yuǎn)的困難，加強(qiáng)主站與遠(yuǎn)程I/O站之間的連接。做好網(wǎng)絡(luò)通信建設(shè)，需要借助以太網(wǎng)方便后續(xù)的檢測，該搭載方式實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。要對主站網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行監(jiān)督，發(fā)揮上/下位機(jī)的作用。在網(wǎng)絡(luò)連接的過程中受到外界因素的影響將會(huì)降低傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為了保證PLC系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要根據(jù)實(shí)際情況采用光纖通信以滿足控制系統(tǒng)對通信速度及大數(shù)據(jù)量的要求。

2.1.3? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)的上位機(jī)設(shè)計(jì)

上位機(jī)部分的設(shè)計(jì)，可以發(fā)揮監(jiān)控的優(yōu)勢，針對裝置運(yùn)行故障問題及時(shí)預(yù)警，通過制定各種報(bào)表做好相應(yīng)的報(bào)警記錄。上位機(jī)裝置可以顯示現(xiàn)場工藝流程及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行人員可以隨時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，并通過上位機(jī)監(jiān)控現(xiàn)場每一個(gè)設(shè)備。上位機(jī)組態(tài)軟件可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間信息的共享與交流，起到一定的監(jiān)控作用。上位機(jī)一般至少設(shè)置兩臺(tái)互為備用，其中一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)保證所有監(jiān)控和管理工作能正常進(jìn)行。上位機(jī)硬件配置如下：DELL/研華;CPU i系列;4 GB內(nèi)存;500 G硬盤;16倍數(shù)DVD光驅(qū);配置集成顯卡、聲卡、雙以太網(wǎng)口、6×USB接口、1×485串口、1×并口、2×PS/2、2×PCI工業(yè)級(jí)擴(kuò)展槽、鍵盤、鼠標(biāo)、音箱;預(yù)裝Windows7 64位旗艦版于C盤，C盤容量100 G;滿足《工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范》（GB/T 26802）要求。

2.1.4? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)

根據(jù)可靠、實(shí)用、先進(jìn)、開放及遠(yuǎn)程分布原則，PLC一般選擇西門子S7-400H、施耐德昆騰或AB ControlLogix產(chǎn)品。輸煤電氣控制系統(tǒng)PLC的CPU、電源及網(wǎng)絡(luò)大多采用冗余配置，減少系統(tǒng)因部分出現(xiàn)故障而影響生產(chǎn)過程的概率，同時(shí)減少故障后的修復(fù)時(shí)間，從而降低經(jīng)濟(jì)損失。設(shè)計(jì)中需要通過統(tǒng)計(jì)各設(shè)備I/O點(diǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)PLC I/O模塊的合理選擇，以滿足實(shí)際所需。

2.2? ? 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

2.2.1? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)軟件體系設(shè)計(jì)

輸煤現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)（如運(yùn)行、停止、故障、遠(yuǎn)控等）、故障信號(hào)（如皮帶機(jī)的拉繩、跑偏、打滑、撕裂、溜槽堵塞等）及煤倉料位信號(hào)，通過輸入模塊接入PLC，PLC再與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，獲取現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)，在上位機(jī)組態(tài)軟件上即可實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場各設(shè)備的狀態(tài)。運(yùn)行人員根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)，通過鼠標(biāo)和鍵盤就可以控制現(xiàn)場設(shè)備，將結(jié)果送往PLC輸出模塊，繼而控制現(xiàn)場設(shè)備。

2.2.2? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)軟件的組成

輸煤電氣控制系統(tǒng)軟件的組成包括PLC編程軟件和上位機(jī)組態(tài)軟件。PLC編程軟件有西門子STEP7、施耐德UNITY PRO及AB RSLOGIX5000。PLC編程包括模塊組態(tài)、通信參數(shù)設(shè)置和梯形圖編程。模塊組態(tài)要求與實(shí)際硬件一致，梯形圖編程是PLC編程的主要部分，決定了輸煤電氣控制系統(tǒng)的運(yùn)行方式和控制方式。上位機(jī)組態(tài)軟件主要包括集成用戶的管理、圖形系統(tǒng)、消息報(bào)警系統(tǒng)、歸檔系統(tǒng)、報(bào)表和記錄系統(tǒng)，該軟件內(nèi)容較為豐富，使用方式靈活，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。主流的上位機(jī)組態(tài)軟件一般有WINCC、INTOUCH或iFIX。工程師站可以選擇開發(fā)版，而操作員站可以選擇運(yùn)行版。

2.2.3? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)的PLC軟件運(yùn)行流程設(shè)計(jì)

PLC所要實(shí)現(xiàn)的功能包括：控制單個(gè)設(shè)備的啟停，動(dòng)態(tài)切換輸煤流程，智能配煤，故障捕捉和故障停機(jī)。在輸煤系統(tǒng)中，皮帶機(jī)、碎煤機(jī)等設(shè)備和其他設(shè)備有聯(lián)鎖關(guān)系，另外一些設(shè)備沒有。對有聯(lián)鎖關(guān)系的設(shè)備，控制邏輯相對復(fù)雜;對沒有聯(lián)鎖關(guān)系的設(shè)備，控制邏輯則相對簡單。輸煤電氣控制系統(tǒng)的PLC軟件運(yùn)行流程設(shè)計(jì)主要包括就地控制及遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制包含單機(jī)及聯(lián)機(jī)控制。聯(lián)機(jī)控制需借助上位機(jī)操作，通過選擇指定程序?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行。皮帶機(jī)啟動(dòng)前一般先啟動(dòng)警鈴發(fā)出60 s的報(bào)警，報(bào)警結(jié)束方可啟動(dòng)運(yùn)行。運(yùn)行過程中若出現(xiàn)較大故障（皮帶拉繩、重跑偏、重打滑、溜槽堵塞等）需要立即聯(lián)跳逆煤流方向設(shè)備。單機(jī)模式主要通過上位機(jī)借助PLC實(shí)現(xiàn)設(shè)備聯(lián)鎖與解鎖的手動(dòng)操作。就地控制是在就地控制箱或開關(guān)柜上進(jìn)行操作，這種方式僅在緊急情況或設(shè)備處于檢修調(diào)試時(shí)使用[3]。

3 結(jié)語

火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)是火電廠一個(gè)重要的電廠輔助系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)需要明確該系統(tǒng)功能模塊的要求，構(gòu)建完善的監(jiān)督運(yùn)行保障機(jī)制，針對在監(jiān)管環(huán)節(jié)中存在的故障進(jìn)行診斷，做好故障的信號(hào)處理，選擇正確的控制方式，以保證輸煤電氣控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 李博，楊友良.火電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工程技術(shù)（文摘版），2017（19）：173.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：許繼福（1986—），男，福建龍海人，工程師，研究方向：電力及工業(yè)系統(tǒng)自動(dòng)化。