摘要： 本文在分析電廠輸煤程控系統(tǒng)工藝流程、控制需求的基礎(chǔ)上，給出了基于和利時(shí)公司HOLLiAS LK PLC的輸煤程控系統(tǒng)解決方案。該系統(tǒng)性?xún)r(jià)比高，易于維護(hù)，使用方便，性能穩(wěn)定，可大大減少運(yùn)行和維護(hù)人員的工作量，減少事故發(fā)生，對(duì)電廠的安全高效運(yùn)行有很大幫助。
關(guān)鍵詞：輸煤程控系統(tǒng)；遠(yuǎn)程I/O；HOLLiAS LK PLC；冗余；PROFIBUS-DP

1 應(yīng)用背景

　　目前我國(guó)大型火電廠采用的燃料大多數(shù)為燃煤。一方面，由于煤產(chǎn)地與電廠間地理位置或地域的不同，需要借助汽車(chē)、火車(chē)或輪船等途徑把燃煤先運(yùn)送到電廠內(nèi)的儲(chǔ)煤站；另一方面，在電廠內(nèi)，需要通過(guò)輸煤皮帶將燃煤輸送到指定的煤倉(cāng)或煤筒中，供燃煤鍋爐使用。
　　電廠輸煤程控系統(tǒng)就是完成將煤場(chǎng)的煤輸送到煤倉(cāng)或煤筒的任務(wù)，一般包括卸煤系統(tǒng)、堆煤系統(tǒng)、上煤系統(tǒng)和配煤系統(tǒng)幾個(gè)部分。輸煤程控系統(tǒng)是保證機(jī)組穩(wěn)發(fā)滿(mǎn)發(fā)的重要系統(tǒng)，是機(jī)組安全可靠運(yùn)行的重要支撐系統(tǒng)。
　　電廠輸煤程控系統(tǒng)具有組成設(shè)備多且位置分散、設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強(qiáng)、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣、安全性可靠性要求高等方面特點(diǎn)，一般采用以可編程控制器（PLC）為主要控制設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程的控制。

2 輸媒程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　輸煤程控采用雙主機(jī)（熱備）配置的HOLLiAS LK系列PLC完成上煤及配煤控制等功能，PLC置于輸煤程控室。在粗碎機(jī)室、1#轉(zhuǎn)運(yùn)站、2#轉(zhuǎn)運(yùn)站、細(xì)碎機(jī)室、煤倉(cāng)層、輸煤綜合樓設(shè)6組遠(yuǎn)程I/O站，各信號(hào)就近引接至附近的I/O站，各I/O站及PLC之間采用冗余PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊。該網(wǎng)絡(luò)能滿(mǎn)足輸煤程控的實(shí)時(shí)要求。在輸煤程控室設(shè)上位監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)兩臺(tái)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)機(jī)進(jìn)行輸煤系統(tǒng)的集中監(jiān)測(cè)及控制，不再設(shè)常規(guī)模擬屏及儀表盤(pán)。
　　HOLLiAS LK系列PLC是和利時(shí)公司利用十多年控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)而推出的新一代高性能、高可靠性、高易用性的可編程邏輯控制器產(chǎn)品，可以為不同工業(yè)領(lǐng)域提供個(gè)性化解決方案，廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石化、交通、水處理等行業(yè)。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　整個(gè)系統(tǒng)可以分為三層，包括生產(chǎn)管理層（輸煤程控室）、現(xiàn)場(chǎng)控制層（PLC控制站）及就地控制層。現(xiàn)場(chǎng)各種數(shù)據(jù)通過(guò)PLC系統(tǒng)進(jìn)行采集，并通過(guò)主干通訊網(wǎng)絡(luò)——環(huán)形工業(yè)以太網(wǎng)傳送到中心控制室監(jiān)控計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控和管理，通訊速率為100Mbps，通訊介質(zhì)根據(jù)通訊距離可以選擇光纖或屏蔽雙絞線。同樣，中心控制室監(jiān)控計(jì)算機(jī)的控制命令也通過(guò)上述通道傳送到PLC的測(cè)控終端，實(shí)施各單元的分散控制。
　　根據(jù)輸煤系統(tǒng)的聯(lián)鎖性強(qiáng)、地理較分散的特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)主站和若干個(gè)遠(yuǎn)程I/O分站，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信號(hào)直接接入附近的遠(yuǎn)程I/O分站，并通過(guò)冗余的PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)主站的通訊，由系統(tǒng)主站完成對(duì)所有系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控和管理。
　　考慮到輸煤程控系統(tǒng)在安全性、可靠性方面的要求，系統(tǒng)主站采用HOLLiAS LK PLC具有冗余功能的CPU模塊LK210，支持電源冗余、CPU冗余、以太網(wǎng)冗余、總線冗余，以保證整個(gè)系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。


　　控制方式

　　輸煤程控系統(tǒng)控制方式設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、程序自動(dòng)控制三種控制模式。三種模式的級(jí)別由高到低依次為就地手動(dòng)控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制、程序自動(dòng)控制。
　　正常情況下，所有設(shè)備的運(yùn)行、停止等由PLC按預(yù)定的程序自動(dòng)完成，PLC自動(dòng)識(shí)別各設(shè)備所處狀態(tài)。上位機(jī)發(fā)出指令后，由PLC按預(yù)定的程序自動(dòng)完成對(duì)設(shè)備的運(yùn)行操作。包括程控上煤、程控配煤、故障連停等控制功能。
　　遠(yuǎn)程手動(dòng)控制又可分為聯(lián)鎖手動(dòng)控制和解鎖手動(dòng)控制兩種形式，多用于設(shè)備調(diào)試和檢修階段。
　　就地手動(dòng)是指在就地設(shè)備控制箱上操作設(shè)備，具有最高的控制優(yōu)先級(jí)。

3 輸煤工藝控制方案

　　不同的電廠由于其機(jī)組的大小，廠外來(lái)煤方式、煤場(chǎng)到原煤倉(cāng)距離的遠(yuǎn)近和輸煤設(shè)備等方面的不同，在輸煤系統(tǒng)工藝形式上也存在著較大差異。但按照工藝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幾個(gè)部分。
　　卸煤流程，主要指將廠外來(lái)煤（包括汽車(chē)、火車(chē)、輪船等途徑）通過(guò)卸煤設(shè)備卸到廠內(nèi)儲(chǔ)煤站，以備使用。
　　堆煤流程，主要是通過(guò)堆料機(jī)對(duì)卸到卸煤站的煤進(jìn)行整理，以方便輸煤系統(tǒng)上煤。
　　上煤流程，是輸煤系統(tǒng)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)輸煤皮帶機(jī)完成將原煤從煤場(chǎng)輸送到原煤倉(cāng)的過(guò)程，同時(shí)通過(guò)輔助的碎煤機(jī)、篩煤機(jī)、除鐵器、采樣裝置、電子皮帶秤等設(shè)備完成對(duì)篩分、計(jì)量等處理，以達(dá)到使用要求。
　　配煤流程，主要是將從上煤系統(tǒng)輸送來(lái)的煤按照一定的要求、規(guī)律、順序地分配到機(jī)組受煤倉(cāng)中的過(guò)程。



　　輸煤系統(tǒng)設(shè)備

　　按照在整個(gè)輸煤系統(tǒng)中的地位和作用，這里我們把輸煤系統(tǒng)設(shè)備分為主設(shè)備、預(yù)啟動(dòng)設(shè)備、輔助設(shè)備和保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備幾類(lèi)。
　　主設(shè)備，為輸煤工藝線上的關(guān)鍵設(shè)備，直接納入整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)鎖中，設(shè)備故障會(huì)引起系統(tǒng)聯(lián)鎖停機(jī)。主要包括：給煤機(jī)、輸煤皮帶機(jī)、振動(dòng)篩、碎煤機(jī)、緩沖滾筒、除鐵器等。
　　預(yù)啟動(dòng)設(shè)備，這些設(shè)備一般先于主設(shè)備啟動(dòng)前動(dòng)作，用于進(jìn)行流程選擇。主要包括：電動(dòng)三通擋板、皮帶頭部伸縮裝置、犁煤器、警鈴等。
　　輔助設(shè)備，一般不納入到流程聯(lián)鎖中，可以單獨(dú)啟停設(shè)備，故障不會(huì)造成聯(lián)鎖停機(jī)。主要包括：除塵器、皮帶秤、實(shí)物校驗(yàn)系統(tǒng)、采樣裝置等。
　　保護(hù)開(kāi)關(guān)設(shè)備，各種皮帶保護(hù)開(kāi)關(guān)，用于流程監(jiān)控、設(shè)備聯(lián)鎖、報(bào)警等功能。主要包括：拉繩開(kāi)關(guān)、跑偏開(kāi)關(guān)、堵煤開(kāi)關(guān)、速度檢測(cè)器、撕裂檢測(cè)器、料流檢測(cè)器、煤倉(cāng)料位開(kāi)關(guān)、料位傳感器等。

　　控制策略
　　輸煤系統(tǒng)控制就是通過(guò)對(duì)輸煤設(shè)備的監(jiān)控，完成將煤場(chǎng)的煤輸送到煤倉(cāng)或煤筒的任務(wù)。系統(tǒng)的控制要求遵循如下原則：
　　上煤原則
　　1） 流程預(yù)啟：進(jìn)行流程選擇，并啟動(dòng)相應(yīng)流程上的預(yù)啟動(dòng)設(shè)備，做好啟動(dòng)準(zhǔn)備；
　　2） 流程啟動(dòng)：接收到流程啟動(dòng)允許信號(hào)后，系統(tǒng)主設(shè)備按逆煤流方向延時(shí)順序啟動(dòng)；
　　3） 流程停止：停止指令下達(dá)后，系統(tǒng)主設(shè)備按順煤流方向延時(shí)順序停止；
　　4） 故障聯(lián)鎖停機(jī)：當(dāng)所選流程上的系統(tǒng)主設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，立即聯(lián)鎖跳停設(shè)備故障點(diǎn)上游（逆煤流方向）的主設(shè)備；
　　5） 重故障信號(hào)：急停、拉繩、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信號(hào)將直接導(dǎo)致系統(tǒng)聯(lián)鎖跳停。
　　配煤原則
　　1） 順序配煤：先設(shè)定一個(gè)尾倉(cāng)，從第一個(gè)原煤倉(cāng)開(kāi)始進(jìn)行配煤，煤斗以相同的時(shí)間（或依據(jù)煤倉(cāng)料位）依次配煤，直到尾倉(cāng)和尾倉(cāng)前所有煤斗發(fā)出高煤位信號(hào)為止。順序配煤時(shí)如有煤倉(cāng)出現(xiàn)低煤位信號(hào)，則停止順序配煤，優(yōu)先給低煤位配煤；
　　2） 優(yōu)先配煤：當(dāng)有煤倉(cāng)出現(xiàn)低煤位信號(hào)時(shí)，正常進(jìn)行配煤的煤斗停止配煤并記憶。先補(bǔ)低煤位倉(cāng)直至低煤位消失，再按記憶煤斗的正常順序把煤倉(cāng)逐個(gè)加到高煤位。當(dāng)多個(gè)倉(cāng)同時(shí)出現(xiàn)低煤位時(shí)，對(duì)這些倉(cāng)按從前向后的順序進(jìn)行輪換的配煤，直至低煤位消失；
　　3） 余煤配煤：當(dāng)停機(jī)信號(hào)發(fā)出后，皮帶上余煤均勻配給每個(gè)倉(cāng)，直至原煤倉(cāng)皮帶機(jī)停止運(yùn)行；

　　流程控制
　　流程選擇、流程預(yù)啟
　　上煤順序啟停控制


　　配煤流程控制


　　事故處理

　　系統(tǒng)事故處理是系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的重要措施，主要包括以下三方面事故處理措施：
　　1）在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障停機(jī)時(shí)，聯(lián)鎖跳停故障設(shè)備點(diǎn)上游（逆煤流方向）的所有設(shè)備，并給出報(bào)警信息。當(dāng)設(shè)備故障恢復(fù)后，才允許重新從發(fā)生故障的設(shè)備處按逆煤流方向重新啟動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行。
　　2）拉繩、重跑偏、堵塞、撕裂等保護(hù)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，聯(lián)鎖跳停相關(guān)設(shè)備。
　　3）當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中存在危及人員安全及損壞設(shè)備的可能，而操作員來(lái)不及判斷該怎樣處理的情況下，可以通過(guò)操作畫(huà)面上的“急停”按鈕來(lái)停止所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行。

4 軟件功能

　　輸煤程控系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件采用和利時(shí)公司的FacView組態(tài)軟件，主要功能如下：
　　實(shí)時(shí)流程圖顯示
　　實(shí)時(shí)流程圖是整個(gè)系統(tǒng)的主監(jiān)控畫(huà)面，在流程圖中可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到系統(tǒng)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。流程圖中所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)采用綠色表示；停止?fàn)顟B(tài)采用紅色表示；故障狀態(tài)采用黃色表示。流程圖中所有由PLC控制的設(shè)備設(shè)置遠(yuǎn)程手動(dòng)/程控自動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕，只有當(dāng)設(shè)備就地/遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)處于遠(yuǎn)程時(shí)，遠(yuǎn)程手動(dòng)/程控自動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕才可用，當(dāng)遠(yuǎn)程手動(dòng)/程控自動(dòng)轉(zhuǎn)換按鈕處于程控自動(dòng)時(shí)，禁止人工遙控設(shè)備。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障信號(hào)時(shí)，停止運(yùn)行或禁止啟動(dòng)這些設(shè)備。


　　設(shè)備監(jiān)控
　　系統(tǒng)軟件對(duì)每一個(gè)控制設(shè)備設(shè)置有單獨(dú)的操作畫(huà)面，通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)時(shí)流程圖上的設(shè)備，就可以進(jìn)入相應(yīng)設(shè)備的操作畫(huà)面。
　　事件報(bào)警
　　系統(tǒng)軟件具有完善的事故報(bào)警功能。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)音信號(hào)。同時(shí)，LCD屏幕顯示故障區(qū)域流程圖，事故設(shè)備圖形變色，屏幕上方用漢字顯示故障性質(zhì)及發(fā)生時(shí)間，并自動(dòng)啟動(dòng)打印機(jī)記錄，打印故障內(nèi)容及發(fā)生時(shí)間。
　　數(shù)據(jù)報(bào)表
　　系統(tǒng)軟件具有計(jì)算機(jī)管理功能，能自動(dòng)采集運(yùn)行工況及有關(guān)數(shù)據(jù)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流量編制、修改及狀態(tài)顯示，能按規(guī)定時(shí)間或召喚打印各種報(bào)表，能在LCD上查詢(xún)并調(diào)用有關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)正常生產(chǎn)運(yùn)行定期打印記錄，包括交接班記錄、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等報(bào)表的打印。
　　其他功能
　　系統(tǒng)軟件除了具有上述監(jiān)控功能外，還集成有煤量統(tǒng)計(jì)、設(shè)備運(yùn)行管理、與其它系統(tǒng)通訊接口等功能。

　　5 系統(tǒng)特點(diǎn)

　　本電廠輸煤程控系統(tǒng)解決方案以和利時(shí)公司HOLLiAS LK PLC為核心控制器，采用冗余的以太網(wǎng)絡(luò)、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)將中心控制室計(jì)算機(jī)和PLC系統(tǒng)主站、PLC系統(tǒng)主站與遠(yuǎn)程I/O分站聯(lián)系起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)分布式的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有如下主要特點(diǎn)：
　　冗余的解決方案
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為冗余配置，包括電源冗余、CPU冗余、以太網(wǎng)絡(luò)冗余、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)冗余，無(wú)論那個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都不會(huì)造成系統(tǒng)停車(chē)，這樣就最大限度地保證了系統(tǒng)的可靠性和安全性。
　　集中管理、分散控制
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)主站多個(gè)從站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由系統(tǒng)主站統(tǒng)一管理系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備，遠(yuǎn)程I/O分站只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與設(shè)備驅(qū)動(dòng)。這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)既滿(mǎn)足了系統(tǒng)設(shè)備間聯(lián)鎖關(guān)系強(qiáng)的要求，又滿(mǎn)足了系統(tǒng)設(shè)備位置分散的要求。
　　軟件界面友好、功能強(qiáng)大
　　PowerPro編程軟件符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)、易懂、易用。FacView組態(tài)軟件圖庫(kù)豐富，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，報(bào)警、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)以及二次開(kāi)發(fā)功能完善而易用。
　　開(kāi)放性
　　輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，工業(yè)以太網(wǎng)、PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛和開(kāi)放性好的工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，另外系統(tǒng)還支持Modbus/TCP協(xié)議、Modbus RTU協(xié)議、自由口協(xié)議等多種接口形式，可以方便地進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展或與全廠輔控網(wǎng)、MIS和其他子系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接。

6 結(jié)術(shù)語(yǔ)

　　隨著我國(guó)火電廠裝機(jī)容量的提高，對(duì)輸煤程控系統(tǒng)等公用自動(dòng)化控制系統(tǒng)提出了更高的要求。本輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)在考慮電廠輸煤系統(tǒng)特點(diǎn)和要求的基礎(chǔ)上，充分利用了和利時(shí)公司HOLLiAS LK PLC可靠性高、性能優(yōu)異、功能豐富、擴(kuò)展性好、易于使用等方面的優(yōu)勢(shì)，給出了針對(duì)性強(qiáng)和個(gè)性化的解決方案。