淺談燃煤電廠輸煤控制系統的設計與優化

張劍斌

輸煤系統是燃煤電廠輔機系統的重要組成部分之一，靈活性和穩定性高的燃料輸送系統保證了整個燃煤電廠的穩定運行，與電廠的安全程度息息相關。

1 輸煤控制系統分析

目前我國大多數輸煤系統采用傳統的繼電器邏輯控制，通過操作臺來控制操作過程。傳統設備往往比較陳舊，伴有很多的繼電器，需要頻繁進行手動操作，觸點損害的概率很高，控制室與現場之間需要通過電話聯系，輸煤系統的自動化程度低，出現問題時無法及時解決。同時，燃煤電廠的工作環境惡劣，手動化的控制和通訊會受到一定阻礙，生產效率低下，嚴重制約了燃煤電廠輸煤控制系統的生產水平。

近年來，可編程控制器技術（PLC）發展迅速，在國內外輸煤系統中的應用越來越廣泛。PLC技術的優點是容量大且體積小、功能性較強、操作方便。不僅可以進行邏輯運算、記錄時間、記錄數據等，還有著特殊的控制功能，能夠實現控制一體化[1]。通過可編程控制器技術將對象編程方法應用到順序控制系統中，增強了系統程序的可讀性和擴展性，有利于提高輸煤系統的可靠性和自動化程度，提高輸煤系統的工作效率。

2 輸煤控制系統設計

2.1 輸煤控制方案設計

燃煤電廠的輸煤控制系統按照分散式設計，設計PLC為核心的控制作用，上位機實行監控和管理作用，這樣以來，可以集中進行管理，提高設備的自動化水平和安全性。燃煤電廠的輸煤系統都是由卸煤子系統、儲煤子系統、上煤子系統和配煤子系統組成的，為燃煤電廠的發電機提供了可靠的能源供應[2]。設計的運行控制方式為自動、手動控制和就地手動控制三種，其運行方式見圖1。

圖1 運行方式結構

圖1中的自動上煤的工藝流程如下所述：

（1）優化配煤。如果煤倉中顯示的煤位較低時，應該對該煤倉提前進行加煤。尤其是煤倉出現緊急低煤位的時候，要馬上對該煤倉進行加煤，原來加煤的煤倉停止了運行，等待緊急低煤位的煤倉信號指示正常時，再繼續進行原來的程序控制操作。

（2）順序配煤。如果所有煤倉的倉位都顯示正常，為了避免后期出現低煤位，可以利用啟動系統來對各個煤倉的加煤順序進行設定，配煤的順序根據各工廠的實際情況決定，前一個配煤的煤倉顯示較高的倉位時，對下一個煤倉進行加煤。直到所有煤倉都顯示高煤位后，可以停止系統的運行，可以設置成定時配煤的運行狀態。

（3）定時配煤。所有煤倉都顯示高煤位時，停止煤源供應，對各個煤倉設置1分鐘的定時配煤時間，為了在各個煤倉中的加入均勻。

2.2 輸煤控制系統設計

（1）系統構成

輸煤控制系統的操作是很頻繁的，所以為了保證系統的穩定程度，在上位機與PLC之間添加了兩臺服務器，上位機與PLC可以通過服務器進行信息的傳遞，兩者之間的監控軟件連接到工業以太網，從而完成了對設備的監控。工業以太網的穩定性高，不容易受到外界干擾，可以實現大容量、快速的信息數據傳遞[3]。輸煤系統的控制結構見圖2。

圖2 輸煤系統的控制結構

① PLC選型：燃煤電廠的工作環境惡劣，粉塵顆粒物較多，在考慮到輸煤系統控制的具體要求和現場的實際情況后，為了能夠保證輸煤控制系統的安全性和可靠性，選擇施耐德公司的140系列CPU67160型號的 PLC，適用于冗余熱備的功能管理。

② I/O分布：輸入和輸出的通道選擇遠程分散的方式進行布置，盡可能的距離現場信號傳輸中心近一些，可以節省傳輸信號電纜的長度。遠程I/O的地點選擇可以為碼頭等輸煤起始點、輸煤系統的控制室、輸煤的轉運站或者煤倉間等。

③ 信號傳輸：操作現場與核心控制室的信號傳輸選擇的電源是220 V、18 VDC。模塊輸出的信號選擇的是繼電器隔離輸出的無源觸點。

（2）監控系統：監控系統采用的是工業專業的計算機作為上位管理機，對輸煤系統進行監視、控制、歷史趨勢記錄、故障警報等。

系統硬件配置的要求是：CPU：PII233以上，選擇的工作界面是WINDOWS95的中英文環境；CRT：尺寸大于19英寸，分辨率要超過1024×768；選擇的儲存器類型是32MRAM、內存為4G的硬盤、24倍速光驅、3寸軟驅。

人機接口軟件與數據采集軟件選擇的是WINCC、INTOUCH等，選擇這些軟件的原因是，在WINDOWS的環境條件下，它們具有靈活性和實時性較高。

（3）工業電視：通過工業電視系統的設置，能夠讓操作人員通過控制室中的工業電視來掌握現場的情況，發生問題時能夠及時的進行處理，可以提高輸煤控制系統的安全性，減輕了現場工作人員的工作量。工業電視通常是由監控、攝像機、控制器等構成的。

2.3 輸煤控制系統程序設計

程序設計包括上位機監控軟件和控制器軟件兩部分。

（1）監控程序

① 控制器軟件：目前的控制器軟件的發展有著模塊化的趨勢，不同的設備的程控流程適用于不同的輸煤系統，需要將其結合完成相應的程序控制的框圖連接就可以了。

② 上位機監控軟件：上位機監控軟件的作用是對整個系統的運行狀況進行監視、控制設備的開始和停止、通過報表的生成來實現管理。

③ 監控程序：監控程序中有著設備運行情況的記錄和生成系統的各種畫面，包括系統運行畫面、配煤加倉畫面、報表顯示畫面、報警畫面等。

（2）管理程序

① 運行報表：涵蓋了日報、月報、年報和班報。

② 報警情況的記錄打印、出入煤量的記錄打印、報表打印、卸煤量的打印等

3 輸煤控制系統的優化

隨著計算機技術和通信技術的發展，燃煤電廠輸煤控制系統的自動化水平有了進一步提高的可能。

3.1 控制系統的結構的優化

（1）程序控制系統配置

為了實現統一聯網和集中進行監控，需要對燃煤電廠的輸煤控制系統進行統一的考慮，實現高速的通信，成為獨立的子系統。選擇兩臺程序監控器，且互為熱備；將I/O通道的布置分散開來，遠程的站點連接主機的通信電纜采用雙電纜，備用作用，維持I/O站的穩定性。I/O站與現場的輸入信號都選擇48 VDC或者110 VDC的電壓，使用繼電器將其隔開，避免對現場產生干擾；輸出模塊通過繼電器將其隔開，選擇隔離器來作為葉輪給煤機的模擬量信號，可以對模塊有一定的保護作用；I/O模塊使用的是光電隔離、浪涌吸收的模塊[4]。

（2）監控系統的配置

不適用模擬顯示屏，使用2臺工控計算機，設置操作臺，操作臺上設置開始、停止和復位的按鈕，以及電話和工作電視操作盤。監控和控制過程都在CRT上實現，可以減少I/O的點數。兩臺計算機的功能是相同的，可以作為備用。

3.2 現場就地控制

在設備的維修期或者調試期間可以使用現場就地控制，不經過PLC。只設置簡單的操作按鈕進行控制，并通過設置一次和二次控制回路。現場與控制室的聯系不經過控制箱，直接有I/O站內的繼電器轉換輸出。

3.3 監控與管理功能的優化

選擇高級的工業監控軟件，適合操作員進行操作。要加強輸煤管理功能，例如系統的運行情況、故障記錄、煤量記錄等；還需要強化計量功能，通過完整的計量功能，可以對設備的耗煤量有清晰的了解，便于得出機組的發電水平。

4 結語

燃煤電廠的裝機容量的不斷增大，對輸煤控制系統的自動化水平、安全性以及可靠性有了更高的要求。通過對燃煤電廠輸煤控制系統的程序設計與優化，其系統運行穩定，狀況良好，得到了廣泛的認可。

〔1〕郭葆文，丁彥賓，殷玉恒.基于PLC的燃煤電廠輸煤控制系統的設計[J].應用能源技術，2015（1）：45-49.

〔2〕王 楠.印度SASAN 6×660 MW燃煤電廠輸煤控制系統設計[J].中國新技術新產品，2015（17）：70.

〔3〕易傳祿，譚志明，蔡秀良.300/600 MW燃煤電廠輸煤控制系統及優化設計[J].中國儀器儀表，1996（5）：30-33.

〔4〕朱小娟，顧新宇.現代火電廠智能輸煤控制系統研究與應用[J].煤礦現代化，2008（2）：47-48.