以PLC技術(shù)為核心的火電站除灰控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究

肖澄中

作為火電廠生產(chǎn)流程中的重要環(huán)節(jié)，除灰系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)廢物利用、保護(hù)環(huán)境、確保系統(tǒng)有效運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。目前，我國(guó)的除灰控制系統(tǒng)采用的是以PLC（可編程控制器）技術(shù)為核心的集散型控制系統(tǒng)。本文以PLC技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及技術(shù)功能等概述為出發(fā)點(diǎn)，分析了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，提出了除灰控制系統(tǒng)的解決方案，并探討了PLC在除灰控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，旨在推進(jìn)PLC技術(shù)在火電廠的除灰控制系統(tǒng)的應(yīng)用，并為除灰控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供參考。

【關(guān)鍵詞】PLC技術(shù) 除灰系統(tǒng) 控制系統(tǒng)

1 PLC技術(shù)

1.1 工作原理

PLC運(yùn)用周期性的循環(huán)掃描方式工作的，即系統(tǒng)從第一條程序指令開(kāi)始，無(wú)跳轉(zhuǎn)和中斷地逐條執(zhí)行程序，直到程序的終結(jié)，最后再執(zhí)行程序的掃描。具體有五個(gè)階段：程序的內(nèi)部處理、通訊處理、輸入掃描、程序執(zhí)行和程序輸出。在內(nèi)部處理階段，CPU檢測(cè)主機(jī)的硬件、所有I/O模塊的狀態(tài)以及運(yùn)行狀態(tài)下客戶(hù)的存儲(chǔ)器，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況立刻停機(jī)診斷并進(jìn)行錯(cuò)誤分析；在信息的處理階段，通信接口處的信息由CPU檢測(cè)是否有計(jì)算機(jī)、編程器等通信請(qǐng)求，若接收到通訊請(qǐng)求即完成數(shù)據(jù)傳輸；在輸入處理附件，CPU根據(jù)數(shù)字量輸入點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行掃描，并將掃描的結(jié)果輸入寄存器中；在執(zhí)行用戶(hù)程序階段，CPU按先后順序讀取并執(zhí)行指令，直到程序指令的結(jié)束；CPU在指令的執(zhí)行中從寄存器中按順序依次讀取各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，并進(jìn)行邏輯運(yùn)算，最后將運(yùn)算處理結(jié)果自動(dòng)輸送到寄存器中；在輸出處理階段，CPU對(duì)輸出點(diǎn)的信息進(jìn)行刷新，并將輸出點(diǎn)信號(hào)轉(zhuǎn)換成能被數(shù)控設(shè)備接受的電流或電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)所控設(shè)備。

1.2 PLC技術(shù)功能

1.2.1 邏輯控制功能

PLC最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域便是邏輯控制。PLC代替了傳統(tǒng)的繼電器，實(shí)現(xiàn)了順序控制以及邏輯控制，不僅在單臺(tái)設(shè)備的控制上得到應(yīng)用，也應(yīng)用于流水化作業(yè)以及多機(jī)控制；

1.2.2 模擬量控制功能

模擬量通常是指流量、壓力、速度、溫度等在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的數(shù)據(jù)。PLC利用其配套的數(shù)字量和模擬量的轉(zhuǎn)換模塊，將數(shù)字量和模擬量之間進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的控制功能；

1.2.3 數(shù)據(jù)處理功能

實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、傳輸、轉(zhuǎn)換、分析以及處理的功能是PLC的基本功能。通過(guò)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和處理實(shí)現(xiàn)特定的控制。

2 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

2.1 PLC的程序設(shè)計(jì)

PLC的程序設(shè)計(jì)主要包括手動(dòng)程序設(shè)計(jì)、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)、公用程序設(shè)計(jì)以及原位程序設(shè)計(jì)。分步對(duì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，PLC只需對(duì)上述的四個(gè)部分作為整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，但在進(jìn)行系統(tǒng)的模擬和調(diào)試時(shí)，要分別對(duì)四個(gè)程序進(jìn)行調(diào)試，最后再調(diào)試整體程序；

2.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則

（1）充分發(fā)揮PLC的控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控設(shè)備的控制。這要求相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)考查系統(tǒng)實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境，結(jié)合分析實(shí)際的案例，并與顧客及時(shí)溝通，從而解決系統(tǒng)中發(fā)生的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制功能；

（2）保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間要求，是PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要的原則；

（3）最簡(jiǎn)原則。即要求控制系統(tǒng)在滿足運(yùn)營(yíng)成本和運(yùn)營(yíng)開(kāi)銷(xiāo)的前提下，使控制系統(tǒng)的工程效率最大化。

3 基于PLC技術(shù)的火電站除灰控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

3.1 控制系統(tǒng)的需求分析

首先是監(jiān)控層的需求分析。在火電站車(chē)間安裝網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，聯(lián)接除灰的控制子網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)除灰裝置的在線監(jiān)控、設(shè)備的故障診斷和維護(hù)、數(shù)據(jù)分析等功能。同時(shí)還要在除灰車(chē)間配備值班室和監(jiān)控室。

其次是控制層的需求分析。在應(yīng)用功能上，控制層要與各除灰系統(tǒng)的PLC控制設(shè)備建立聯(lián)接，從而實(shí)現(xiàn)通信管理和遠(yuǎn)程通信的功能；在用戶(hù)配置上，要保證每套除灰系統(tǒng)配備兩臺(tái)，分別用于除灰過(guò)程的操控和監(jiān)控，互為備用。此外，火電廠應(yīng)配備8臺(tái)PLC，同樣地配備8臺(tái)作業(yè)員站。

最后是現(xiàn)場(chǎng)層的需求分析。在網(wǎng)絡(luò)功能上，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)器、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及遠(yuǎn)程設(shè)備的連接，以及對(duì)其輸出信號(hào)的處理和控制；在配置上，要保證有20個(gè)遠(yuǎn)程I/O；在網(wǎng)絡(luò)容量上，要配置8座#11和#12爐渣系統(tǒng)的遠(yuǎn)程I/O站，2座#7遠(yuǎn)程I/O站，3座#5、#6遠(yuǎn)程I/O站，4座#1～#4遠(yuǎn)程I/O站。

3.2 監(jiān)控組網(wǎng)方案實(shí)現(xiàn)

3.2.1 網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型

由于網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大、性能要求高、兼容性要求高等特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，綜合考慮當(dāng)前及未來(lái)的流量擴(kuò)展的需求，通常采用100MB/S的以太網(wǎng)；

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通常配備有網(wǎng)卡、接口、局域網(wǎng)、班長(zhǎng)工作站以及工程師工作站。傳輸主干線采用100Base，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控；

3.2.3 連接介質(zhì)

控制層和監(jiān)控層之前的連接介質(zhì)通常選用光纜，其不僅抗干擾性強(qiáng)，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全傳輸。

3.3 除灰控制系統(tǒng)中的PLC技術(shù)

3.3.1 PLC的技術(shù)要求

（1）硬件設(shè)備：除灰系統(tǒng)的硬件設(shè)備以及PLC裝置均采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，編程控制器中的硬件設(shè)備必須滿足的相對(duì)溫度范圍是5-90%，溫度范圍為0-50℃；

（2）RAM存儲(chǔ)器：要求RAM存儲(chǔ)器的電池使用壽命在半年以上，以確保程序數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。此外，程序中要安裝指示燈用來(lái)查看電池的使用情況以及監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)中的故障；

（3）編程語(yǔ)言：除灰系統(tǒng)的編程語(yǔ)言要使用PLC語(yǔ)言，在PLC技術(shù)中要編入邏輯程序，以實(shí)現(xiàn)邏輯功能。

3.3.2 上位機(jī)的技術(shù)要求

在OS主機(jī)的選擇上，要采用能支持虛擬技術(shù)的多核處理器，能支持400/550MHZ的總線以及工業(yè)級(jí)別的CPU主板；在顯卡的選擇上，要采用工業(yè)級(jí)別的有大容量系統(tǒng)內(nèi)存的工業(yè)顯卡，以確保獲得極大的圖形處理速度；通訊設(shè)備要采用通訊速度快、可靠性能高的PLC通訊設(shè)備，工業(yè)上多采用以太網(wǎng)，其速度最高可達(dá)100Mbps。

4 結(jié)論

目前，我國(guó)火電廠在以PLC技術(shù)為核心的除灰控制系統(tǒng)在信息化建設(shè)上仍處于發(fā)展階段。一個(gè)穩(wěn)定、安全、高效的除灰控制系統(tǒng)不僅可以降低故障率、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、提高除灰效率，還有助于節(jié)約勞動(dòng)成本。因此，我國(guó)應(yīng)加大PLC技術(shù)的設(shè)計(jì)研發(fā)，提升PLC技術(shù)在除灰控制系統(tǒng)上的應(yīng)用，早日實(shí)現(xiàn)除灰系統(tǒng)的精準(zhǔn)、智能化控制。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

哈爾濱電站設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究所有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150046