火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)研究與設計分析

摘要：火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)是保證火電廠平穩(wěn)運行的關(guān)鍵?，F(xiàn)圍繞火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)，詳細分析了該系統(tǒng)的設計流程，包括硬件設計和軟件設計，旨在為日后設計工作的順利開展奠定堅實基礎。

關(guān)鍵詞：火電廠;輸煤電氣控制系統(tǒng);硬件設計;軟件設計

0 引言

火電廠輸煤系統(tǒng)中設備眾多，工作流程較為復雜，在實際運行過程中易受到外界以及內(nèi)部因素的影響。因此，在火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)設計時，應加強系統(tǒng)的硬件與軟件設計，優(yōu)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構(gòu)設計，使之適應當前火電廠發(fā)展的實際需要。

1 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)研究

1.1? ? 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)組成

火電廠輸煤系統(tǒng)主要包含4個部分，分別為卸煤、堆煤、上煤及配煤。一般卸煤及堆煤相對獨立，本文重點探討上煤和配煤，具體如圖1所示。上煤是利用皮帶機將煤從煤場送到煤倉的過程。配煤是根據(jù)煤倉料位高低信號，通過犁煤器及可逆皮帶機將煤分配到煤倉中的過程。以某火電廠為例，輸煤控制的設備主要包括圓形料場的2臺振動給煤機，細碎樓的2臺高幅篩、2臺細碎機，采樣除鐵間的2臺采樣機，鍋爐煤倉間的22臺犁式卸料器，8條皮帶機及附屬設備（4臺除鐵器、4臺電動三通閥、2臺皮帶秤及3套干霧抑塵裝置）等。各條皮帶機還包含拉繩開關(guān)、跑偏開關(guān)、縱向撕裂開關(guān)、速度檢測儀、料流開關(guān)及溜槽堵塞開關(guān)等保護裝置。從圓形料場到鍋爐煤倉均采用雙路設計配置，一路運行，一路備用，并可滿足雙路同時運行需求。通過這樣的設計配置，能夠最大限度地保證輸煤系統(tǒng)的安全可靠運行，從而確保鍋爐不斷煤，最終保證整個火電廠的正常運作[1]。

1.2? ? 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)操作流程

圓形料場內(nèi)裝載機將煤推入卸煤斗中，然后通過振動給煤機振動讓煤進入輸送皮帶機，隨之輔以除鐵、破碎、計量、采樣等工作，最后把煤按運行要求配入鍋爐的原煤倉。整個系統(tǒng)正常操作控制原則為逆煤流啟動、順煤流停止，保證不堵煤，安全生產(chǎn)。

2 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)設計

2.1? ? 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)的硬件設計

2.1.1? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)總體設計

輸煤系統(tǒng)設備多而分散，且距離輸煤程控室較遠。另外現(xiàn)場環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)一對一的硬手操作方式不可取。所以提高輸煤系統(tǒng)自動化水平，實現(xiàn)遠程控制十分重要。為便于監(jiān)控，輸煤系統(tǒng)一般采用集中管理、分散控制的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以分為3層，即生產(chǎn)管理層（輸煤程控室）、現(xiàn)場控制層（PLC遠程I/O站）及就地控制層。輸煤電氣控制系統(tǒng)常規(guī)采用的是IPC+PLC的組合設計配置，如圖2所示。IPC作為人機接口通常布置在輸煤程控室，方便運行人員對現(xiàn)場設備的遠程管理和監(jiān)控。PLC作為下位機與現(xiàn)場設備相連，用于實現(xiàn)控制功能和數(shù)據(jù)采集，通常由位于輸煤控制室的主站和現(xiàn)場遠控I/O站組成，主站與遠程I/O站之間通過冗余工業(yè)以太網(wǎng)連接起來。上位機與下位機間的通信通過通信模塊及組態(tài)軟件支持，通過特定的通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[2]。

2.1.2? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計

輸煤電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設計需要充分考慮到設備分散布置情況，克服輸煤線路距離遠的困難，加強主站與遠程I/O站之間的連接。做好網(wǎng)絡通信建設，需要借助以太網(wǎng)方便后續(xù)的檢測，該搭載方式實時性較強。要對主站網(wǎng)絡通信進行監(jiān)督，發(fā)揮上/下位機的作用。在網(wǎng)絡連接的過程中受到外界因素的影響將會降低傳輸數(shù)據(jù)的準確性，為了保證PLC系統(tǒng)的正常運行，需要根據(jù)實際情況采用光纖通信以滿足控制系統(tǒng)對通信速度及大數(shù)據(jù)量的要求。

2.1.3? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)的上位機設計

上位機部分的設計，可以發(fā)揮監(jiān)控的優(yōu)勢，針對裝置運行故障問題及時預警，通過制定各種報表做好相應的報警記錄。上位機裝置可以顯示現(xiàn)場工藝流程及系統(tǒng)運行狀態(tài)，運行人員可以隨時掌握系統(tǒng)運行的實際情況，并通過上位機監(jiān)控現(xiàn)場每一個設備。上位機組態(tài)軟件可以實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間信息的共享與交流，起到一定的監(jiān)控作用。上位機一般至少設置兩臺互為備用，其中一臺出現(xiàn)故障時，另一臺保證所有監(jiān)控和管理工作能正常進行。上位機硬件配置如下：DELL/研華;CPU i系列;4 GB內(nèi)存;500 G硬盤;16倍數(shù)DVD光驅(qū);配置集成顯卡、聲卡、雙以太網(wǎng)口、6×USB接口、1×485串口、1×并口、2×PS/2、2×PCI工業(yè)級擴展槽、鍵盤、鼠標、音箱;預裝Windows7 64位旗艦版于C盤，C盤容量100 G;滿足《工業(yè)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范》（GB/T 26802）要求。

2.1.4? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)的PLC設計

根據(jù)可靠、實用、先進、開放及遠程分布原則，PLC一般選擇西門子S7-400H、施耐德昆騰或AB ControlLogix產(chǎn)品。輸煤電氣控制系統(tǒng)PLC的CPU、電源及網(wǎng)絡大多采用冗余配置，減少系統(tǒng)因部分出現(xiàn)故障而影響生產(chǎn)過程的概率，同時減少故障后的修復時間，從而降低經(jīng)濟損失。設計中需要通過統(tǒng)計各設備I/O點數(shù)，實現(xiàn)PLC I/O模塊的合理選擇，以滿足實際所需。

2.2? ? 火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)的軟件設計

2.2.1? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)軟件體系設計

輸煤現(xiàn)場設備的運行狀態(tài)信號（如運行、停止、故障、遠控等）、故障信號（如皮帶機的拉繩、跑偏、打滑、撕裂、溜槽堵塞等）及煤倉料位信號，通過輸入模塊接入PLC，PLC再與上位機進行數(shù)據(jù)交換，獲取現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)，在上位機組態(tài)軟件上即可實時顯示現(xiàn)場各設備的狀態(tài)。運行人員根據(jù)這些狀態(tài)參數(shù)，通過鼠標和鍵盤就可以控制現(xiàn)場設備，將結(jié)果送往PLC輸出模塊，繼而控制現(xiàn)場設備。

2.2.2? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)軟件的組成

輸煤電氣控制系統(tǒng)軟件的組成包括PLC編程軟件和上位機組態(tài)軟件。PLC編程軟件有西門子STEP7、施耐德UNITY PRO及AB RSLOGIX5000。PLC編程包括模塊組態(tài)、通信參數(shù)設置和梯形圖編程。模塊組態(tài)要求與實際硬件一致，梯形圖編程是PLC編程的主要部分，決定了輸煤電氣控制系統(tǒng)的運行方式和控制方式。上位機組態(tài)軟件主要包括集成用戶的管理、圖形系統(tǒng)、消息報警系統(tǒng)、歸檔系統(tǒng)、報表和記錄系統(tǒng)，該軟件內(nèi)容較為豐富，使用方式靈活，可以實現(xiàn)自動化運行。主流的上位機組態(tài)軟件一般有WINCC、INTOUCH或iFIX。工程師站可以選擇開發(fā)版，而操作員站可以選擇運行版。

2.2.3? ? 輸煤電氣控制系統(tǒng)的PLC軟件運行流程設計

PLC所要實現(xiàn)的功能包括：控制單個設備的啟停，動態(tài)切換輸煤流程，智能配煤，故障捕捉和故障停機。在輸煤系統(tǒng)中，皮帶機、碎煤機等設備和其他設備有聯(lián)鎖關(guān)系，另外一些設備沒有。對有聯(lián)鎖關(guān)系的設備，控制邏輯相對復雜;對沒有聯(lián)鎖關(guān)系的設備，控制邏輯則相對簡單。輸煤電氣控制系統(tǒng)的PLC軟件運行流程設計主要包括就地控制及遠程控制。遠程控制包含單機及聯(lián)機控制。聯(lián)機控制需借助上位機操作，通過選擇指定程序?qū)崿F(xiàn)運行。皮帶機啟動前一般先啟動警鈴發(fā)出60 s的報警，報警結(jié)束方可啟動運行。運行過程中若出現(xiàn)較大故障（皮帶拉繩、重跑偏、重打滑、溜槽堵塞等）需要立即聯(lián)跳逆煤流方向設備。單機模式主要通過上位機借助PLC實現(xiàn)設備聯(lián)鎖與解鎖的手動操作。就地控制是在就地控制箱或開關(guān)柜上進行操作，這種方式僅在緊急情況或設備處于檢修調(diào)試時使用[3]。

3 結(jié)語

火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)是火電廠一個重要的電廠輔助系統(tǒng)，在設計該系統(tǒng)時需要明確該系統(tǒng)功能模塊的要求，構(gòu)建完善的監(jiān)督運行保障機制，針對在監(jiān)管環(huán)節(jié)中存在的故障進行診斷，做好故障的信號處理，選擇正確的控制方式，以保證輸煤電氣控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

[參考文獻]

[1] 郭林川，劉為國.火電廠輸煤電氣控制系統(tǒng)研究與設計[J].科技展望，2016，26（31）：93.

[2] 朱小娟，顧新宇.現(xiàn)代火電廠智能輸煤控制系統(tǒng)研究與應用[J].煤礦現(xiàn)代化，2008，83（2）：47-48.

[3] 李博，楊友良.火電廠輸煤控制系統(tǒng)設計[J].工程技術(shù)（文摘版），2017（19）：173.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：許繼福（1986—），男，福建龍海人，工程師，研究方向：電力及工業(yè)系統(tǒng)自動化。