張 勝

1 設備現狀及問題分析

1.1 設備概況

某發(fā)電廠2×330MW 機組輸煤系統(tǒng)配置12面PLC 控制柜，包含輸煤本地站電源柜、1 號主機柜、2 號控制柜、3 號控制柜、4 號控制柜、5號繼電器柜、6 號繼電器柜、7 號繼電器柜；遠程站1 號電源柜、2 號控制柜、3 號控制柜、4 號繼電器柜。該套輸煤程控系統(tǒng)采用上位機、可編程控制器（PLC）相結合的控制方式。系統(tǒng)監(jiān)控對象有十二條帶式輸送機、四臺葉輪給煤機、六臺電磁除鐵器、六臺電動三通擋板、六臺刮水器、兩臺斗輪堆取料機、兩臺篩分機、兩臺碎煤機、三十臺電動犁煤器、三十四臺振打器、二十二臺堵煤裝置、四臺電子皮帶秤、十六個原煤倉、三十二臺除塵器。

1.2 存在問題

330MW 機組輸煤PLC 控制系統(tǒng)自2001 年投運至今，連續(xù)使用年限已大大超過PLC 控制系統(tǒng)推薦使用的12 年的壽命周期，設備老化嚴重，軟硬件設備存在不少問題。同時，2016 年330MW 機組輸煤程控系統(tǒng)功能擴展、優(yōu)化控制升級改造［1］與2×600MW 機組輸煤系統(tǒng)實現全廠煤集統(tǒng)一控管理后，仍不能實現新舊機組輸煤PLC 控制系統(tǒng)相互配合管理，且不便于全廠輸煤集控系統(tǒng)集中管理。改造前，PLC 控制系統(tǒng)硬件版本低，監(jiān)控軟件和組態(tài)軟件版本不支持新的操作系統(tǒng)，操作員站故障后更換操作復雜，與600MW 輸煤程控系統(tǒng)上位機和下位機組態(tài)軟件不同，難以實現330MW 輸煤與新機組600MW 輸煤統(tǒng)一監(jiān)控，兩套輸煤系統(tǒng)無法實現互通兼容、操作設備無法統(tǒng)一操作，四機一控集中管理未能完全實現。

1.3 探索研究

工作人員針對330MW 機組輸煤程控系統(tǒng)設備現狀，進行現場設備調查研究［2-3］，發(fā)現設備狀況主要表現為：電子元器件已老化，繼電器故障頻繁出現，運行中設備控制失靈及誤發(fā)故障信號常出現，設備故障重發(fā)率高，輸煤系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，威脅機組穩(wěn)定運行，系統(tǒng)可靠性不斷降低；PLC 控制系統(tǒng)硬件版本低，運行軟件InTouch9.5和組態(tài)軟件CONCEPT V.2.5 兩者都不方便邏輯查看和修改，不支持新的操作系統(tǒng)，操作員站故障后更換不便，目前新更新的PLC 系統(tǒng)已淘汰此軟件。

在實現了與新建機組輸煤集控系統(tǒng)集中管理后，運行中發(fā)現新舊機組輸煤系統(tǒng)無法兼容；結合330MW 與600MW 煤場互通的需求，要求330MW 輸煤與600MW 輸煤統(tǒng)一監(jiān)控，相關設備也要統(tǒng)一進行操作，而330MW 輸煤系統(tǒng)上位機及下位機組態(tài)軟件與600MW 輸煤系統(tǒng)不同，無法兼容，滿足不了上述需求。

綜上所述，依據日常設備運行、維護中遇到的問題，確定將原PLC 輸煤系統(tǒng)升級為施耐德最新的“昆騰+”，同時對現場所有設備的就地控制箱進行改造與對輸煤皮帶現場拉繩跑偏開關的進行編碼改造。在原有輸煤集控室遷移改造基礎上［1］，選用新PLC 系統(tǒng)，更換新操作員站，將原操作畫面移植并增加新設備操作監(jiān)控畫面，提升設備運行的安全可靠性，提高設備自動化控制水平，優(yōu)化控制程序等，以達到滿足安全生產工作需要的目標十分必要。

2 設備升級改造

2.1 改造內容

對控制設備全面改造升級，選擇與600MW輸煤程控同一品牌的PLC 系統(tǒng)，實現兩套輸煤系統(tǒng)互通兼容的目的，更換輸煤系統(tǒng)12 面PLC控制柜，包含輸煤本地站電源柜、1 號主機柜、2 號控制柜、3 號控制柜、4 號控制柜、5 號繼電器柜、6 號繼電器柜、7 號繼電器柜；遠程站1 號電源柜、2 號控制柜、3 號控制柜、4 號繼電器柜；其中，本地站8 號控制柜為2015 年加裝的新機柜，負責輸煤照明系統(tǒng)及葉輪給煤機的控制，本次改造在軟硬件兼容的前提下不進行改造。

2.2 輸煤程控系統(tǒng)升級

本次輸煤程控系統(tǒng)升級改造主要包含PLC 硬件升級［1，4］、現場控制箱控制回路改造［5］、上位監(jiān)控系統(tǒng)升級［6］。

2.2.1 PLC 硬件

PLC 硬件升級為施耐德“昆騰+”系列產品，主機采用雙機熱備配置，控制主機選用集成熱備功能的BMEP582040 冗余控制器，離散量輸入模塊選用32 通道的BMXDDI3202K 模塊，離散量輸出模塊選用32 通道的BMXDDO3202K 模塊，模擬量輸入模塊選用8 通道的BMXAMI0800 模塊，所有離散量測點采用日本歐姆龍中間繼電器進行隔離，所有模擬量測點采用隔離器進行隔離。I/O查詢電壓改造為DC48V，總線采用最新的以太網環(huán)網技術，在本地主站與遠程站敷設多模光纜，將本地站與遠程站通過光纜連接，該PLC 升級改造后系統(tǒng)界面見圖1。

圖1 PLC 系統(tǒng)改造后界面

PLC 編程軟件采用施耐德“Unity Pro”編程軟件設計編寫，輸煤系統(tǒng)總共有11 段程序段，皮帶機、犁煤器、篩分機、三通擋板、除塵器等設備邏輯均采用模塊化設計。

2.2.2 現場控制箱控制回路

現場控制箱控制回路改造［5］，對現場十二條帶式輸送機的皮帶機控制箱、六臺電磁除鐵器控制箱、六臺電動三通擋板控制箱、六臺刮水器控制箱、兩臺篩分機控制箱、兩臺碎煤機控制箱、三十臺電動犁煤器控制箱、三十四臺振打器控制箱、三十二臺除塵器控制箱等的遠方控制回路進行改造，更換了犁煤器、三通擋板限位傳感器為洞頭華強HQXWS-2050ATK/316 型限位開關，將上述設備控制箱的就地反饋信號改為DC48V 安裝隔離繼電器，送入PLC 系統(tǒng)。PLC 查詢電壓由AC220V 改為DC48V，完全消除了現場感應電，確保了設備及人身安全。

以下設備回路在回路改造中需要注意：

（1）輸煤程控與斗輪機A 和斗輪機B 聯鎖信號，堆運行、取運行、停止運行三個狀態(tài)反饋的查詢電壓由程控系統(tǒng)提供，堆準備和取準備指令驅動就地繼電器電源也由程控系統(tǒng)提供，程控柜內指令共DC48V-。

（2）#11 爐A 側 和B 側 犁 煤器抬 落 指令驅動就地控制箱DC48V 繼電器電源也與狀態(tài)反饋查詢電壓公用DC48V+，程控柜內指令共DC48V-。

（3）煤倉高料位反饋信號為AC220V，程控內已更改柜內配線，更換了隔離繼電器。

（4）各皮帶機現場警鈴為AC220V 電源，電源由程控系統(tǒng)提供，考慮到系統(tǒng)安全，為每個警鈴電源提供了單獨電源空開，將柜內PLC 供電與現場設備供電隔離。

2.2.3 上位監(jiān)控系統(tǒng)

本次上位監(jiān)控軟件采用IFIX 組態(tài)軟件設計編制［6］，在保持原系統(tǒng)風格基礎上進行了優(yōu)化。將330MW 機組輸煤工藝流程監(jiān)控畫面與600MW機組輸煤工藝流程監(jiān)控畫面整合在一起，在流程圖畫面中用圖形符號來表示設備，灰色表示設備正常停機狀態(tài)、綠色表示設備流程選中狀態(tài)、紅色表示設備正常運行狀態(tài)、黃色閃光表示設備故障狀態(tài)。通過選擇“ 總流程圖 ”“ 流程選擇 ”“ 配煤畫面 ”“ 給煤機 ”“ 報警查詢 ”“ 電流表 ”“ 實時趨勢 ”“ 歷史趨勢 ”“ 報表管理 ”“ 照 明 控 制 ”“ 參 數 設 置 ”“ 開 關 定 位 系統(tǒng) ”“ 登錄 ”等菜單項，屏幕中部將切換到相應的畫面。實現在一臺操作員站對330MW 機組和600MW 機組集中監(jiān)控，優(yōu)化升級后輸煤系統(tǒng)主界面見圖2。

圖2 輸煤程控系統(tǒng)主界面

2.3 皮帶保護系統(tǒng)

現場拉繩開關和跑偏開關安裝定位編碼器［5］，每對皮帶配置一臺解碼控制器，定位編碼器與解碼控制器采用RS485 通訊方式，通過一條兩芯屏蔽線完成數據傳輸。解碼控制器與PLC 系統(tǒng)通過以太網通訊，解碼控制器自動搜索并識別該條皮帶沿線安裝的所有定位編碼器，當出現現場保護裝置動作，解碼控制器可將故障類型及其定位信息通過以太網上傳至PLC 系統(tǒng)，從而在上位機上實現對保護裝置動作的精確定位。皮帶保護定位系統(tǒng)改造界面見圖3。

對所有皮帶的拉繩、跑偏開關進行定位，當現場開關動作后無法自動復位，運行人員需要去復位時，可在此畫面查看動作開關的具體位置，方便現場查找復位?！啊北硎纠K開關，“”表示跑偏開關，當相應開關動作時對應的圖標顯示為紅黃閃爍，直到現場復位后該圖標消失。

2.4 工業(yè)電視系統(tǒng)

工業(yè)電視聯動改造［6］，可提高工業(yè)電視切換穩(wěn)定準確，監(jiān)視范圍全面且可靠。工業(yè)電視與輸煤程控系統(tǒng)聯動采用以太網通訊協議，通過RS232 串口連接矩陣，配置矩陣IP 地址為192.168.1.1，操作鍵盤IP 地址為192.168.1.2，同時在矩陣“ 遠端站點IP 設置 ”菜單中設置添加與矩陣通訊的計算機IP 地址，并將協議修改為“ 01 ”，本系統(tǒng)用皮帶管理計算機與矩陣通訊，故添加皮帶秤管理計算機IP 地址192.168.1.31。在皮帶秤管理計算機上安裝電視聯動軟件，當系統(tǒng)運行時該軟件在后臺運行，實時讀取PLC 中400249 和400250 寄存器數據，PLC 中400249 寄存器存儲監(jiān)視器號，400250 寄存器存儲需要切換的攝像頭編號，當輸煤程控系統(tǒng)開啟電視聯動功能后，對應犁煤器落到位時，該軟件通過UDP協議將落到位的犁煤器對應攝像機自動顯示到當前主監(jiān)視器上。

2.5 皮帶秤系統(tǒng)

增加皮帶秤串口通訊板［4］，從105 皮帶和101 皮帶各敷設6 芯雙絞屏蔽電纜至330MW 輸煤PLC 控制柜，在330MW 輸煤PLC 電源柜安裝一臺磨砂串口服務器，四臺皮帶秤通過串口422 協議與串口服務器通訊，然后通過串口服務器轉成以太網接入330MW 輸煤PLC 系統(tǒng)交換機。

在上皮帶秤管理計算機［2］，安裝皮帶秤管理軟件，通過虛擬串口與四臺皮帶秤通訊，讀取四臺皮帶秤實時數據（包含累計值、瞬時值、皮帶速度），同時運行皮帶秤轉發(fā)軟件 ，將讀取的105A 皮帶秤和105B 皮帶秤瞬時和累計煤流值寫入PLC 中，上位監(jiān)控畫面從PLC 中讀取皮帶秤煤流值，并完成分倉計量報表、班報表及日報表。同時，維護人員通過皮帶秤管理軟件實現皮帶秤的遠方控制、校驗。

3 總結

某電廠利用新設備、新技術、新材料完成了對330MW 輸煤控制系統(tǒng)優(yōu)化升級改造，取得主要成果如下：

第一，330MW 機組輸煤程控系統(tǒng)PLC 硬件升級為施耐德“昆騰+”系列產品，主機采用雙機熱備配置，控制主機選用集成熱備功能的BMEP582040 冗余控制器，上位機組態(tài)軟件采用美國GE 公司的IFIX5.0 軟件，下位機編程軟件采用法國施耐德公司的UNITY 4.0 軟件。I/O 查詢電壓改為DC48V，總線采用最新的以太網環(huán)網技術，重新進行控制邏輯、畫面組態(tài)，并優(yōu)化了邏輯畫面。通過改造，提高了PLC 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，設備故障率大大降低，同時實現了與600MW 輸煤控制系統(tǒng)完全兼容，為330MW 機組與600MW 機組煤場實現互通作好了準備。

第二，現場皮帶拉繩開關和跑偏開關安裝定位編碼器，每對皮帶配置一臺解碼控制器，解碼控制器自動搜索并識別該條皮帶沿線安裝的所有定位編碼器，當出現現場保護裝置動作，解碼控制器可將故障類型及其定位信息通過以太網上傳至PLC 系統(tǒng)，從而在上位機上實現對保護裝置動作的精確定位，確保了輸煤皮帶的安全運行。

第三，現場控制箱控制回路改造，查詢電壓由AC220V 改為DC48V，完全消除了現場感應電，確保了設備及人身安全。

第四，工業(yè)電視與輸煤程控系統(tǒng)實現了聯動功能，當每條皮帶對應的犁煤器落到位后，電視聯動軟件通過UDP 協議將落到位的犁煤器對應攝像機自動顯示到當前主監(jiān)視器上，方便及時監(jiān)控設備運行狀態(tài)。原工業(yè)電視是獨立一個系統(tǒng)沒有聯動，運行人員監(jiān)控現場設備運行狀況，監(jiān)控畫面要靠運行人員手動切換實現，工作量大，且容易操作失誤，改造后監(jiān)控畫面無需手動切換，攝像機和輸煤系統(tǒng)聯動，比如犁煤器落到位，大屏自動顯示對應監(jiān)控畫面，無需運行人員操作。

第五，皮帶秤系統(tǒng)改造，實現皮帶稱實時數據在各操作臺顯示同步。

經過對330MW 輸煤控制系統(tǒng)優(yōu)化升級，設備先進性、可靠性得到了大大提升，取得了預期效果。

改造前，皮帶拉繩開關保護經常失靈，造成皮帶跑偏，引起輸煤煤料溢出，嚴重時，導致皮帶損壞，運行中煤料溢出回收處理，以及皮帶損壞搶修常有發(fā)生，輸煤系統(tǒng)現場環(huán)境比較惡劣，現場工作次數多，發(fā)生觸電、機械傷害等事故幾率大。

優(yōu)化升級后，解決了330MW 輸煤控制系統(tǒng)遷移改造和600MW 輸煤控制系統(tǒng)實現集中“ 四機一控 ”遺留的“ 無法完全實現互通兼容 ”問題，進一步保障了設備及人身安全，保證輸煤皮帶的安全可靠運行，極大減少煤料溢出、以及皮帶跑偏造成設備異常運行和皮帶損壞情況，降低了設備故障率，減少運行、檢修人員的工作量，同時減少工作人員在惡劣環(huán)境工作暴露次數，也減少了運行人員工作量和降低了職業(yè)健康風險。曾經有某電廠工作人員在輸煤系統(tǒng)區(qū)域作業(yè)發(fā)生220ACV 觸電嚴重事故，查詢電壓由AC220V 改為DC48V，完全消除了現場感應電，避免了工作人員作業(yè)時可能發(fā)生觸電事故，提高了330MW機組輸煤程控系統(tǒng)運行自動化水平和可靠性，效果明顯，值得推廣應用。