淺析火電廠煤炭輸送系統中PLC的應用

張漢　李川

摘 要：火電廠是目前城市發展以及居民生活用電的主要來源，因此其規模以及單機容量隨著城市的發展而不斷的擴大，并且在生產過程中大多數設備都為自動、半自動設備，都配備了相應的控制系統。如何將火電廠中的大型設備管理組織好，令輸煤系統的整體運行效率最佳，是目前火電廠需要解決的輸煤專業問題中的重點課題。

關鍵詞：火電廠；PLC；輸煤系統

配煤、上煤、儲煤以及卸煤是火電廠中輸煤系統的主要任務。對輸煤系統中的相關設備予以控制的便是輸煤控制系統，使得輸煤過程中相關設備能夠按照既定的順云運行，保證輸煤工作的正常開展。最初的輸煤系統主要通過就地手動的方式予以控制，隨著科技的進步，現代輸煤系統多為集中控制，而根據方式的差異又分為集中程序控制以及集中手動控制兩種，最終發展為PLC控制。集中控制是目前我國應用較多的輸煤控制方式，但是隨著生產需求的加大，輸煤機組的數量也逐年提升，如何才能有效控制越來越龐大的機組，PLC控制已經成為了我國火電廠輸煤控制系統的選擇的主要方向。

1 功能簡介

輸煤系統的主要作用是將運送至火電廠的煤運送至其儲存的地方，即將斗輪機、卸船機以及翻車機等運送來的煤，經過給煤設備（葉輪給煤機、皮帶給煤機）送到煤倉中，在對每個煤倉利用卸煤器進行卸載。在整個輸煤系統只有煤源設備、卸煤器、碎煤機以及皮帶和給煤機屬于受控設備。這個輸煤系統包括三個部分：上位機監控部分，配煤程控部分以及上煤程控部分。

2 系統網絡的配置以及功能

2.1 系統配置

該輸煤系統采用的上位機為西門子公司出產的WINCC5.0，而下位機PLC則應用了西門子的S7系列設備，其操作平臺運行微軟的Windows2000操作系統。以提高可靠性為目的，將控制系統的上位機以及下位機均采用了雙機雙纜形式的熱備冗余。系統配備西門子S7-400H系列雙CPU熱備冗余主機系統。工作中2臺CPU的控制程序保持同步運行，當主CPU出現故障時，備用CPU能自動投入，保證整個PLC程控系統的正常運行。兩臺上位機互為備用、并列工作。PLC主機CPU與上位機之間通過PROFIBUS網絡通訊。在本系統中，設置5個IPO站柜。在煤控室設置了三個IPO站，在煤倉層設置了兩個IPO站。主機與各IPO站（即ET200M遠程分站）的通訊網絡為PROFIBUS-DP現場總線網絡，采用雙通道、雙纜熱備冗余配置。除煤控室第三個IPO站與煤倉層第一個IPO站之間通過光端機（OLM）使用光纜通訊外，其余各站以及上下位機之間通訊介質均為雙絞線，最大通訊速率為12Mbit/s。

2.2 電源配置

該輸煤系統中應用的PLC設置了獨立的兩路220VAC電源，其中一路留作備用，當一路電源發生突然情況而無法供電時，另一路電源自動投入使用，為設備供電。系統主要由PLC主機、上位機以及UPS電源構成，各站供電均由UPS電源進行集中供電。UPS電源配置的蓄電池能夠用做備用應急電源，當外部獨立電源因突發問題均無法進行供電時，蓄電池能夠持續供電30分鐘，此時操作員及時做出反應，例如，將設備按照順序切換至跳閘位置。

2.3 系統運行

運行人員通過上位機將運行方式進行確定，后便可以將設備的預報予以啟動，在進行預報時，所選的皮帶沿線將會給出警報，預報時間應當按要求予以設定，按照預定方式現場設備對動作予以確定，當達到預先設定位置后，預報即完成。否則則會反饋通知程控員，不對程控設備進行啟動。從作業流程的最終設備起，將設備按照逆料流的方向予以啟動，并對每臺設備的啟動條件進行設定。當正常運行結束，即流程停止作業，則依次按照順料流的方向停止運行各個設備，同樣需要對各臺設備在什么條件下予以停止進行設定。

當在設備運行過程中由于某些原因而發生故障時，那么應當及時作出反應，對出現故障的設備以及設備上游所有的部分予以停運，而下游設備則繼續運行，等運送通道上物料全部排空后，進行故障的排除，待故障排除后再將停運的設備進行啟動。主要的的操作方式包括手動操作、半自動、集中手動。通過現場的手動方式對設備進行控制，主要在操作箱上由負責操作的工作人員進行操作指令的發出，通過控制指令對單臺設備進行控制，該種方式主要在設備的維護中更加適用。在設備旁必須設置轉換開關，通過手動方式對現場電氣進行控制的方式無需通過PLC進行執行，而是直接通過萬能轉換按鈕或者萬能轉換開關予以實現。而集中手動的方式則主要通過在CRT操作站由操作員進行操控，通過操作指令的發出對部分設備予以控制，通過該種方式，對相應需要控制的工業設備通過控制系統予以控制。必須將現場轉換開關設置在聯動位置。半自動的控制方式，主要是通過操作人員預先在控制系統中設定程序，設備通過預設的程序進行運行，同時控制系統對設備進行監控。同樣，對于該系統的現場轉換開關要設置在聯動位置。螺旋卸車機、堆取料機、電液動犁式卸料器和除鐵器不納入連鎖控制，通過人工對設備進行機上操作或者機旁操作，但是此類設備在運行過程中，其啟動需要根據中控室的啟動命令才能予以運行，在設備旁邊設置有應答按鈕。

在一些情況下輸煤系統會遇到一些非正常情況需要停機，常見的情況包括：（1）現場遇緊急情況，就地事故拉線開關動作停機；（2）一齊停止按鈕，中控室按此按鈕時，則運行中的作業流程所有設備一齊停止；（3）緊急停止按鈕，在非常情況下中控室按此按鈕，則所有運行中的作業流程設備一齊停止。

控制程序PLC中主要采用梯形圖語言進行編制，輸煤系統中所有受控設備需要事先將運行邏輯在FC模塊中進行編制，由上一級FC模塊對編號的運行邏輯進行調用，最終被系統調用。輸煤系統在運行過程中使用的設備相同種類的數量較多，因此將相同種類的設備進行集成化的管理使得程序簡化許多，并降低了編程的重復率，減少了出錯率，方便了維護和設備的調試。PLC程序雖然在管理上方便簡潔，但是其程序量較大，需要在實踐中予以探討。通過實際的使用，該系統中，上位機使用的監控程序為WINCC5.0編制，而下位機PLC同為西門子的產品，因此在兼容性上十分優越，方便數據庫的建立以及通信系統的連接。

3 結束語

該輸煤系統中在設計上采用的技術為先進的控制、網絡技術，在現代的火電廠中輸煤系統的控制關系到火電廠的整體生產效率，采用PLC系統對輸煤設備進行控制能夠在提升系統可靠性的基礎上，通過網絡通信，實現資源的全面共享。另外，監控管理設備同控制器之間實現了通過網絡數據傳輸為基礎的即時通信，及時的對系統中發現的問題以及故障進行處理，這在實現火電廠輸煤控制的自動化中十分關鍵。

參考文獻

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