LK在电厂输煤程控系统中的应用

　
  　　摘  要  本文在分析电厂输煤程控系统工艺流程、控制需求的基础上，给出了基于和利时公司LK的输煤程控系统解决方案。该系统性价比高，易于维护，使用方便，性能稳定，可大大减少运行和维护人员的工作量，减少事故发生，对电厂的安全高效运行有很大帮助。
  　　关键词  输煤程控系统；远程I/O；LK；冗余；PROFIBUS-DP
  1 应用背景
　　目前我国大型火电厂采用的燃料大多数为燃煤。一方面，由于煤产地与电厂间地理位置或地域的不同，需要借助汽车、火车或轮船等途径把燃煤先运送到电厂内的储煤站；另一方面，在电厂内，需要通过输煤皮带将燃煤输送到指定的煤仓或煤筒中，供燃煤锅炉使用。
　　电厂输煤程控系统就是完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务，一般包括卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统几个部分。输煤程控系统是保证机组稳发满发的重要系统，是机组安全可靠运行的重要支撑系统。
　　电厂输煤程控系统具有组成设备多且位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等方面特点，一般采用以可编程控制器（PLC）为主要控制设备的监控系统来实现对整个工艺过程的控制。
  
  

2 输媒程控系统设计
　　输煤程控采用双主机（热备）配置的LK系列PLC完成上煤及配煤控制等功能，PLC置于输煤程控室。在粗碎机室、1#转运站、2#转运站、细碎机室、煤仓层、输煤综合楼设6组远程I/O站，各信号就近引接至附近的I/O站，各I/O站及PLC之间采用冗余PROFIBUS-DP现场总线通讯。该网络能满足输煤程控的实时要求。在输煤程控室设上位监控系统，通过两台上位监控计算机机进行输煤系统的集中监测及控制，不再设常规模拟屏及仪表盘。
　　LK系列PLC是和利时公司利用十多年控制系统设计和工程实施经验而推出的新一代高性能、高可靠性、高易用性的可编程逻辑控制器产品，可以为不同工业领域提供个性化解决方案，广泛应用于电力、冶金、石化、交通、水处理等行业。
  　　系统结构
　　整个系统可以分为三层，包括生产管理层（输煤程控室）、现场控制层（PLC控制站）及就地控制层。现场各种数据通过PLC系统进行采集，并通过主干通讯网络--环形工业以太网传送到中心控制室监控计算机集中监控和管理，通讯速率为100Mbps，通讯介质根据通讯距离可以选择光纤或屏蔽双绞线。同样，中心控制室监控计算机的控制命令也通过上述通道传送到PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。
　　根据输煤系统的联锁性强、地理较分散的特点，系统设有一个主站和若干个远程I/O分站，现场设备信号直接接入附近的远程I/O分站，并通过冗余的PROFIBUS-DP总线网络实现与系统主站的通讯，由系统主站完成对所有系统内设备的监控和管理。
　　考虑到输煤程控系统在安全性、可靠性方面的要求，系统主站采用LK具有冗余功能的CPU模块LK210，支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余、总线冗余，以保证整个系统的不间断运行。
  
  　　控制方式
　　输煤程控系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制三种控制模式。三种模式的级别由高到低依次为就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制。
　　正常情况下，所有设备的运行、停止等由PLC按预定的程序自动完成，PLC自动识别各设备所处状态。上位机发出指令后，由PLC按预定的程序自动完成对设备的运行操作。包括程控上煤、程控配煤、故障连停等控制功能。
　　远程手动控制又可分为联锁手动控制和解锁手动控制两种形式，多用于设备调试和检修阶段。
　　就地手动是指在就地设备控制箱上操作设备，具有最高的控制优先级。
3 输煤工艺控制方案
　　不同的电厂由于其机组的大小，厂外来煤方式、煤场到原煤仓距离的远近和输煤设备等方面的不同，在输煤系统工艺形式上也存在着较大差异。但按照工艺段和功能一般都包括卸煤流程、堆煤流程、上煤流程和配煤流程几个部分。
　　卸煤流程，主要指将厂外来煤（包括汽车、火车、轮船等途径）通过卸煤设备卸到厂内储煤站，以备使用。
　　堆煤流程，主要是通过堆料机对卸到卸煤站的煤进行整理，以方便输煤系统上煤。
　　上煤流程，是输煤系统工艺的关键环节，通过输煤皮带机完成将原煤从煤场输送到原煤仓的过程，同时通过辅助的碎煤机、筛煤机、除铁器、采样装置、电子皮带秤等设备完成对筛分、计量等处理，以达到使用要求。
　　配煤流程，主要是将从上煤系统输送来的煤按照一定的要求、规律、顺序地分配到机组受煤仓中的过程。
  
   　　输煤系统设备
　　按照在整个输煤系统中的地位和作用，这里我们把输煤系统设备分为主设备、预启动设备、辅助设备和保护开关设备几类。
　　主设备，为输煤工艺线上的关键设备，直接纳入整个系统的联锁中，设备故障会引起系统联锁停机。主要包括：给煤机、输煤皮带机、振动筛、碎煤机、缓冲滚筒、除铁器等。
　　预启动设备，这些设备一般先于主设备启动前动作，用于进行流程选择。主要包括：电动三通挡板、皮带头部伸缩装置、犁煤器、警铃等。
　　辅助设备，一般不纳入到流程联锁中，可以单独启停设备，故障不会造成联锁停机。主要包括：除尘器、皮带秤、实物校验系统、采样装置等。
　　保护开关设备，各种皮带保护开关，用于流程监控、设备联锁、报警等功能。主要包括：拉绳开关、跑偏开关、堵煤开关、速度检测器、撕裂检测器、料流检测器、煤仓料位开关、料位传感器等。
  　　控制策略
　　输煤系统控制就是通过对输煤设备的监控，完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务。系统的控制要求遵循如下原则：
  　　上煤原则
　　1） 流程预启：进行流程选择，并启动相应流程上的预启动设备，做好启动准备；
　　2） 流程启动：接收到流程启动允许信号后，系统主设备按逆煤流方向延时顺序启动；
　　3） 流程停止：停止指令下达后，系统主设备按顺煤流方向延时顺序停止；
　　4） 故障联锁停机：当所选流程上的系统主设备发生故障时，立即联锁跳停设备故障点上游（逆煤流方向）的主设备；
　　5） 重故障信号：急停、拉绳、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信号将直接导致系统联锁跳停。
　　配煤原则
　　1） 顺序配煤：先设定一个尾仓，从第一个原煤仓开始进行配煤，煤斗以相同的时间（或依据煤仓料位）依次配煤，直到尾仓和尾仓前所有煤斗发出高煤位信号为止。顺序配煤时如有煤仓出现低煤位信号，则停止顺序配煤，优先给低煤位配煤；
　　2） 优先配煤：当有煤仓出现低煤位信号时，正常进行配煤的煤斗停止配煤并记忆。先补低煤位仓直至低煤位消失，再按记忆煤斗的正常顺序把煤仓逐个加到高煤位。当多个仓同时出现低煤位时，对这些仓按从前向后的顺序进行轮换的配煤，直至低煤位消失；
　　3） 余煤配煤：当停机信号发出后，皮带上余煤均匀配给每个仓，直至原煤仓皮带机停止运行；
　　流程控制
　　流程选择、流程预启
　　上煤顺序启停控制
  
  　　配煤流程控制
  
  　　事故处理
　　系统事故处理是系统稳定、安全运行的重要措施，主要包括以下三方面事故处理措施：
　　1）在系统运行过程中，当某一设备发生故障停机时，联锁跳停故障设备点上游（逆煤流方向）的所有设备，并给出报警信息。当设备故障恢复后，才允许重新从发生故障的设备处按逆煤流方向重新启动设备的运行。
　　2）拉绳、重跑偏、堵塞、撕裂等保护开关动作，联锁跳停相关设备。
　　3）当设备运行过程中存在危及人员安全及损坏设备的可能，而操作员来不及判断该怎样处理的情况下，可以通过操作画面上的“急停”按钮来停止所有现场设备的运行。

4 软件功能
　　输煤程控系统上位监控软件采用和利时公司的FacView组态软件，主要功能如下：
　　实时流程图显示
　　实时流程图是整个系统的主监控画面，在流程图中可以实时监控到系统主要设备的运行状态。流程图中所有设备的运行状态采用绿色表示；停止状态采用红色表示；故障状态采用黄色表示。流程图中所有由PLC控制的设备设置远程手动/程控自动转换按钮，只有当设备就地/远程转换开关处于远程时，远程手动/程控自动转换按钮才可用，当远程手动/程控自动转换按钮处于程控自动时，禁止人工遥控设备。当设备出现故障信号时，停止运行或禁止启动这些设备。
  
  　　设备监控
　　系统软件对每一个控制设备设置有单独的操作画面，通过鼠标点击实时流程图上的设备，就可以进入相应设备的操作画面。
　　事件报警
　　系统软件具有完善的事故报警功能。当事故发生时，语音报警系统发出语音信号。同时，LCD屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色，屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间，并自动启动打印机记录，打印故障内容及发生时间。
　　数据报表
　　系统软件具有计算机管理功能，能自动采集运行工况及有关数据，能实现实时流量编制、修改及状态显示，能按规定时间或召唤打印各种报表，能在LCD上查询并调用有关数据，对正常生产运行定期打印记录，包括交接班记录、日报、月报、年报等报表的打印。
　　其他功能
　　系统软件除了具有上述监控功能外，还集成有煤量统计、设备运行管理、与其它系统通讯接口等功能。
　　5 系统特点
　　本电厂输煤程控系统解决方案以和利时公司LK为核心控制器，采用冗余的以太网络、PROFIBUS-DP总线网络将中心控制室计算机和PLC系统主站、PLC系统主站与远程I/O分站联系起来，构成一个分布式的控制系统。系统具有如下主要特点：
　　冗余的解决方案
　　输煤程控系统设计为冗余配置，包括电源冗余、CPU冗余、以太网络冗余、PROFIBUS-DP总线网络冗余，无论那个环节出现故障都不会造成系统停车，这样就最大限度地保证了系统的可靠性和安全性。
　　集中管理、分散控制
　　输煤程控系统设计为一个主站多个从站的网络结构，由系统主站统一管理系统内的设备，远程I/O分站只负责数据采集与设备驱动。这样的系统结构既满足了系统设备间联锁关系强的要求，又满足了系统设备位置分散的要求。
　　软件界面友好、功能强大
　　PowerPro编程软件符合IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。FacView组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善而易用。
　　开放性
　　输煤程控系统设计为一个开放的系统，工业以太网、PROFIBUS-DP总线网络是目前应用最广泛和开放性好的工业通讯网络，系统软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供丰富的API编程接口，另外系统还支持Modbus/TCP协议、Modbus RTU协议、自由口协议等多种接口形式，可以方便地进行系统扩展或与全厂辅控网、MIS和其他子系统进行无缝连接。

6 结术语
　　随着我国火电厂装机容量的提高，对输煤程控系统等公用自动化控制系统提出了更高的要求。本输煤程控系统设计在考虑电厂输煤系统特点和要求的基础上，充分利用了和利时公司LK可靠性高、性能优异、功能丰富、扩展性好、易于使用等方面的优势，给出了针对性强和个性化的解决方案。

参考文献
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[ 2 ] 徐琳，诧城发电厂输煤计算机控制系统总体结构[J]，南京理工大学学报：自然科学版
[ 3 ] 水城输煤程控系统硬软件资料，重庆工业高等专科学校
[ 4 ] 顾战松，《可编程控制器原理与应用》，国防工业出版社
[ 5 ] 杭州和利时自动化有限公司，HOLLiAS LK大型可编程控制器硬件手册，2008