浙江中控PCS400在煤泥泵送控制系統中的應用

張靈輝+翟慎波

摘 要：兗礦集團濟三電廠是利用煤泥、矸石等燃料混合燃燒的低熱值燃料綜合利用電廠。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的440t/h循環流化床鍋爐，DCS系統采用HONEYWELL公司的tps3000系統，原設計煤種的配比為65%洗中煤、10%矸石、25%的煤泥。每臺鍋爐配備2臺16t/h進口煤泥泵（采用西門子PLC）和2套30t/h的國產煤泥泵送設備（采用西門子PLC）。為提高煤泥然用量，降低生產成本，增加4套煤泥煤泥泵送系統，并對原有煤泥泵送控制系統進行改造升級，以滿足生產需求。為了研究解決循環流化床鍋爐燃用煤泥難，煤泥泵送系統之間距離遠，國產浙江中控PCS400在電廠控制系統實現，并與HONEYWELL控制系統第一次實現通訊。循環流化床鍋爐煤泥泵送控制系統將通過軟件編程及硬件組態等手段，實現所有設備集中到PLC及DCS控制，進一步提高了煤泥泵送系統的控制水平，提高經濟效益和工作效率，減少了設備故障率和人員傷害，真正實現安全高效生產。

關鍵詞：煤泥泵送；控制；PCS400；PLC；DCS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.082

近年來，煤泥泵送作為一種煤泥輸送形式以其輸送過程封閉、輸送物料濃度高、無污染、輸送距離遠、完全滿足坑口電廠對沒你輸送的要求等特點，越來越多的被綜合利用電廠所采用。

作為煤泥泵送的控制系統，國內外一般都采用PLC單獨來控制。控制地點一般都選擇在煤泥泵安裝地或控制室內。PLC多采用西門子等外國品牌，沒有實現國產PLC的本地應用。本文研究解決循環流化床鍋爐燃用煤泥難，煤泥泵送系統之間距離遠，國產浙江中控PLC在電廠控制系統實現，浙江中控PLC與HONEYWELL控制系統第一次實現通訊。循環流化床鍋爐煤泥泵控制系統將通過軟件編程及硬件組態等手段，實現所有設備集中到PLC及DCS控制，進一步提高了煤泥泵送系統的控制水平，提高經濟效益和工作效率，減少了設備故障率和人員傷害，真正實現安全高效生產。

1 設計原則

（1）集成原則：系統全面集成，集中控制。

（2）先進性和成熟性原則：采用當前國內外先進的、成熟的系統平臺及開發工具平臺。

（3）安全、可靠原則：系統必須具有良好的安全性設計，保證數據安全，軟件能滿足長周期安全穩定運行。

（4）易操作性原則：系統的操作應該方便，界面友好、美觀、大方。

（5）可維護性原則：系統應具有良好的可維護力，保證維護方便、簡捷。

（6）標準化和開放性原則：系統采用國際流行的技術及標準進行實施，具有良好的開放性，滿足未來擴展的需求。

2 選型原則

（1）選用可靠性高、可擴展性強、兼容性強的設備。

（2）選用結構合理的設備，便于布線走線。

（3）系統的硬件部分要充分考慮到將來擴充需要，存儲器的選用要留有足夠的余量。

（4）系統的軟件部分要充分考慮編程的難易程度及操作的方便程度。

（5）系統的網絡接口要配置完善，為將來連接到MIS系統預留接口。

3 主要內容

3.1 系統配置原則

根據先實際情況：系統共配置3個站，且公用系統站同時作為控制系統的主站。每個站都采用單獨的CPU來控制，便于系統的檢修與維護。每個分站與主站之間通過以太網進行通信。

一號站由現有的兩套中礦煤泥泵送系統和新增加的兩套直供煤泥泵送（MNB-20型）系統組成，按照一套煤泥泵送系統一套控制系統進行配置，共需四臺PLC柜。二號分站由四套德國SHW公司煤泥泵送系統組成，每兩套煤泥泵送系統對應一臺鍋爐。因此我們按照1臺爐一套控制系統進行配置，共需2臺PLC柜。三號分站屬于新上系統，采用一套控制系統進行配置，需要1臺PLC柜。

每臺柜子對應相應的煤泥泵送系統的控制卡件，不進行交叉使用，避免出現狀況時互相影響，增強了系統的可靠性和安全性，給系統維護也帶來了極大的便利。在廠外控制室配備3臺操作站，在廠內控制室配置4臺操作站，操作站之間可以互為備用。

上位機軟件提供OPC服務，保持與全廠生產自動化控制信息系統的實時數據庫和信息管理數據庫的良好接口，能夠實現信息系統對生產數據的無障礙存取。

3.2 設備運行時需要收集的數據

為全面掌握設備運行狀況，主要收集以下設備信息：油泵出口壓力，主油泵油溫、主油箱液位、電機電流、轉速、頻率、各設備狀態（如泵的運行、停止，電動門的開、關）。

3.3 可編程控制器的選型及編程

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產過程。

CPU也稱中央處理器，是由一片或幾片大規模集成電路芯片組成的，相當于人的大腦，是PLC的核心部分；CPU的作用是可通過接口及向系統的各個部分發出各種命令，同時對被測參數進行巡回檢測、數據處理、控制運算、報警處理及邏輯判斷等，實現對整個PLC的工作過程進行控制。

了解國內外各種PLC，通過對比選擇國產浙江中控OptiSYS PCS-400可編程序控制器。PLC的硬件系統結構圖見圖2。

下位編程軟件采用德國3s公司的CoDeSys V3編程軟件。CoDeSys是一種基于IEC61131-3標準的PLC軟件編程工具，其特點有：

（1）用戶友好、面向任務的中文圖形化編程環境；

（2）符合 IEC61131-3 Open PLC 國際標準，提供 6 種編程語言：指令表 IL，梯形圖 LD，結構化文本 ST，功能塊圖 FBD，順序功能塊圖 SFC，連續功能塊圖 CFC；endprint

（3）集成 I/O 和現場總線配置工具：Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT、SERCOS III、CANopen、Profibus、DeviceNet、Modbus 等現場總線；SoftMotion 控制；

（4）HMI 和可視化設計；

（5）具有在線模擬、在線修改和斷點調試功能，可方便通過以太網編程與調試。

3.4 操作畫面設計

畫面設計涉及到操作的方便性和安全性，上位軟件采用Optiview自動化管理系統。Optiview繼承了該系列軟件的一關特殊和核心技術（包括大規模組網、分布式在線組態、大規模實時數據庫、3維HMI界面設計等），以風險最小化和運營和諧化為系統集成的目標，可深度無縫集成多種子系統，提高運營效率，減少成本，同事也可以互聯多種子系統，實現各個系統之間的聯動及模式控制。

為了保證鍋爐的安全穩定運行，防止單一系統出現故障時無法操作，煤泥泵送控制系統操作畫面分為兩部分，一部分存在于PLC電腦上，另一部分存在于DCS電腦上，兩部分操作畫面都能實現同樣的功能，為避免同時操作，設計一個允許按鈕，用于選擇允許那部分可以操作煤泥泵送系統。

3.5 安全輔件設計

煤泥泵送系統配有工業電視監控子系統，用于監視現場設備運行情況，更加直觀的反應設備狀態。

4 浙江中控PCS-400在我廠應用中解決了以下問題

4.1 控制系統的安全可靠性

OptiSYS PCS-400/500開發的監控系統在可操作性、可維護性、可擴充性、安裝性能和性價比方面都能到達了令人滿意的結果，完全滿足了生產的需要。在硬件投入很小的情況下，獲得了最大的效益。采用CoDeSysV3SP4的服務器-客服機結構，實現了監控系統網絡化。上位機與下位機通訊屬無縫連接，使得該系統的監控畫面刷新速度由原來的幾十秒提高到4秒以內，大大改善了系統的實時監控性能，提高了物料輸送工藝質量。該系統采用全中文圖形化界面，人機界面十分友好，操作員只需點擊鼠標即可完成操作，操作簡單、方便、可靠，大大降低了運行人員的勞動強度，提高了生產效率。通過煤泥泵送項目的自動控制系統項目的實施，從底層的傳感器到控制層的PLC和作為工廠神經中樞的控制網絡及現場總線系統，以及輔助操作員進行數據采集、處理和分析的軟件與終端，可以充分滿足各種自動化領域用戶對系統數據采集、組態和控制的需求。DCS系統各信號顯示正常；各閥門調節靈敏可靠；電機的啟動、停止操作正常可靠。

4.2 與DCS系統的通訊

可與不同廠家的DCS或PLC融為一體實現通訊，具有高檔的PLC所需的高速邏輯和順序控制性能，具備DCS的復雜模擬回路調節能力、友好的人機界面（HMI）及方便的工程軟件。該控制系統由電廠DCS系統發出的DO（開關量輸出）、AO（模擬量輸出）信號傳輸到PLC的DI（開關量輸入）、AI（模擬量輸入）模塊來控制煤泥泵的啟停及變頻器調節，同時DCS可以接收PLC反饋來的狀態情況，實現鍋爐DCS系統和煤泥PLC系統雙重控制的目的。具體是在OptiSYS PCS-400/500系統監控畫面上增加相應的切換開關，可分別切換為“PLC控制”和“DCS控制”，并且煤泥泵的啟停、變頻器調節的相關參數反饋到電廠DCS系統的控制畫面。采用這種控制方式的優點是：避免了PLC系統與電廠DCS系統的直接通信連接，省去了通信接口的開發費用，實踐證明這種控制方式是穩定可靠的。

4.3 操作權限的設計

可以對組態畫面中的按鈕設置權限。這是一個非常實用的操作功能，在很多情況下，一些按鈕（例如連鎖、復位和畫面切換等）不能由操作人員操作，而是由相關的車間管理人員操作，此時， OptiSYS PCS-400/500可以給這個按鈕設置登陸用戶名和口令，非常方便用戶的各種要求。在此項目中，給急停的復位按鈕設置了權限，設備一旦急停，只有權限的用戶才可以復位，否則，相關設備不能啟動，有利于整個系統的安全。

5 結束語

通過PCS400在我廠的應用，為公司的技術研究工作積累了經驗，拓寬了解決問題的思路，為未來的生產建設打下了堅實的基礎，培養了人才。技術改造的成功，使我們認識到了科技創新能為公司帶來巨大的經濟效益。

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作者簡介：張靈輝（1980-），男，內蒙古赤峰人，本科，工程師，從事火電廠自動化控制。endprint