輸煤控制系統在火力發電廠的應用探究

趙開題

摘要：輸煤系統為火力發電機組提供著合格且充足的燃煤，一般由儲煤系統、卸煤系統、上煤系統及配煤系統等構成，其具有系統分布廣、系統設備多、環境惡劣、工藝復雜且系統故障點多等特點，因此使用控制系統來實現高效的自動化生產就顯得尤為重要。本文在對輸煤控制系統發展歷程進行闡述的基礎上，就火力發電廠輸煤控制系統的組成、功能模塊及控制方式等內容進行了闡述。

關鍵詞：輸煤控制系統 火力發電廠 PLC 上位機

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0018-01

1 輸煤控制系統的概述

輸煤控制系統旨在采用觸摸屏技術、PLC及計算機技術，通過對火力發電廠輸煤系統進行數學模型的構建，對火電機組的運行參數進行采集和分析，并且對火電機組的參數進行優化，從而實現輸煤系統的高效、可靠和安全運行。自上世紀八十年代單參數儀表控制方式被廣泛采用以來，火力發電廠輸煤控制系統已經經歷了如下三個發展階段：第一個階段廣泛采用單參數儀表控制方式，此種控制方式的技術比較落后，一般僅在設備需要檢修或發生緊急故障時才使用。第二個階段廣泛采用單元組合綜合參數儀表控制方式，此種控制方式具有勞動強度低、安全性高和人工較少等優點，但缺點是自動化程度較低。第三個階段廣泛采用計算機系統控制方式（如PLC、微機及觸摸屏控制），此種控制方式不需要人工直接干預就能夠針對輸煤系統的運行狀態，自動調節控制規律以實現輸煤系統的良好控制。

2 輸煤控制系統在火力發電廠的應用

2.1 輸煤控制系統在火力發電廠的應用現狀

國內早期火力發電廠輸煤系統大多采用集中控制或手動控制的方式，即基于繼電接觸器和手工方式的半自動化系統，一般在每條皮帶附近均設有一個就地操作室，每個操作室內都需要人員進行監視和操作，并通過廣播、電話等方式來實現系統的聯動。采用此種控制方式，不僅會降低火力發電廠的生產效率，而且需要投入較多的人力，因此已經逐漸被淘汰。

目前國內新建的火力發電廠輸煤控制系統已經普遍使用了PLC作為系統的主控設備，但由于輸煤系統在整個電廠屬于輔機系統之一，火力發電廠對輸煤系統的控制缺乏足夠的重視，多數仍沒有采用先進的微機分級控制方式來取代傳統的集中程序控制方式，因此使系統的優越性沒有得到充分體現。

2.2 輸煤控制系統的組成

典型的的火力發電廠輸煤控制系統由主站PLC、控制室上位機、遠程站I/O模塊組成，具體說來：（1）主站PLC。在選擇PLC時，重點考慮的因素包括I/O控制點數、掃描速度、PLC模塊運行的可靠性及安全性、通訊網絡的要求、系統模塊的性能價格比、程序存儲容量、PLC模塊的可擴展性等。考慮到上述因素，本文所研究的輸煤控制系統選用了兩套MODICON的Quantum140系列的PLC作為下位機硬件，并采用雙主機模塊熱備方式運行，這樣能夠確保在其中一套PLC發生故障時，另外一套PLC能夠在極短的時間內自動投入運行。（2）控制室上位機。本文所研究的輸煤控制系統，其控制室布置了兩臺互為冗余的上位機和一臺工程師站，其中每臺上位機由一臺液晶顯示器、一個鍵盤、一臺工控機和一臺打印機構成，從而確保操作人員可以在上位機上進行監控和下達相應的指令。（3）遠程站I/O模塊。本文所研究的輸煤控制系統，采用就近信號采集和受控的原則設置了三個遠程I/O站，這三個遠程I/O站的配置基本相同，只是根據被控設備的多少在模塊和繼電器的數量上有所差異。各遠程站光纖中繼電器主要負責與主站的通訊，而I/O模塊主要負責各自范圍內設備信號的采集和控制。

2.3 輸煤控制系統的功能模塊

圖1為一個典型輸煤控制系統的功能模塊圖，可以看出整個輸煤控制系統由PLC模塊和上位機模塊構成，其中PLC模塊由控制處理模塊、上層接口模塊和下層接口模塊組成，控制處理模塊負責對來自上、下層接口模塊的指令、信號和數據等進行解釋邏輯處理，上層接口模塊包括現場信號解釋模塊和上位機指令解釋模塊，下層接口模塊包括設備驅動模塊和數據預處理模塊；上位機模塊負責日常管理和人機對話等功能。

各種開關量和模擬量信號被現場數據采集設備采集得到后，經各站的輸入模塊數據預處理后傳送到主站控制中心進行邏輯處理，處理結果由輸出接口傳送到上位機中供操作人員使用并存儲，此外操作人員在上位機中的各類操作指令經指令解釋后也通過控制中心進行邏輯處理，其結果經設備驅動而實現對現場輸煤設備的控制。

2.4 輸煤控制系統的控制方式

輸煤控制系統的控制方式包括設備就地控制和上位機控制這兩類，其中設備就地控制采用人工的方式來實施，因此本文主要介紹上位機控制方式。輸煤控制系統上位機控制方式的內容如下：第一種，上位機解鎖方式。操作人員通過設備狀態查詢界面可以對主要設備進行解鎖設置，使其脫離上下級設備間的連鎖，讓工作人員可以在不考慮上一級設備是否啟動的前提下來實現主要設備的單獨啟停。值得注意的是，上位機解鎖方式通過只能在設備出現故障或調試時進行使用，設備正常運行時是嚴禁采用此控制方式的。第二種，上位機自動方式。操作人員在上位機上對某一預先編制并存儲在PLC上的運煤流程進行選擇，那么當滿足啟動條件時（上一級設備正常啟動、本級所有連鎖和保護都正常投用），就能夠按照預先編制的運煤流程來自動完成運煤和配煤流程設備的操作。第三種，上位機連鎖方式。上位機連鎖方式的使用條件和自動方式相似，即滿足啟動條件時就可以使用，區別在于本級設備的啟停需要人工參與操作才能實現。

3 討論

從全文的分析可知，國內各火力發電廠近年來都相繼建設了輸煤控制系統，但這些系統大多存在不同程度的缺陷，如系統控制方式改變比較困難、需要投入較多的人力、系統存在較多的不安全隱患及系統控制功能相對比較薄弱等，為此本文對一個典型的火力發電廠輸煤控制系統的組成、功能模塊及控制方式等進行了深入研究。