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圖1  輸煤程控系統結構圖

    控制方式

    輸煤程控系統控制方式設計為現場設備就地手動控制、遠程手動控制、程序自動控制三種控制模式。三種模式的級別由高到低依次為就地手動控制、遠程手動控制、程序自動控制。

    正常情況下，所有設備的運行、停止等由PLC按預定的程序自動完成，PLC自動識別各設備所處狀態。上位機發出指令后，由PLC按預定的程序自動完成對設備的運行操作。包括程控上煤、程控配煤、故障連停等控制功能。

    遠程手動控制又可分為聯鎖手動控制和解鎖手動控制兩種形式，多用于設備調試和檢修階段。

    就地手動是指在就地設備控制箱上操作設備，具有最高的控制優先級。

    3 輸煤工藝控制方案

    不同的電廠由于其機組的大小，廠外來煤方式、煤場到原煤倉距離的遠近和輸煤設備等方面的不同，在輸煤系統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部分。

    卸煤流程，主要指將廠外來煤（包括汽車、火車、輪船等途徑）通過卸煤設備卸到廠內儲煤站，以備使用。

    堆煤流程，主要是通過堆料機對卸到卸煤站的煤進行整理，以方便輸煤系統上煤。

    上煤流程，是輸煤系統工藝的關鍵環節，通過輸煤皮帶機完成將原煤從煤場輸送到原煤倉的過程，同時通過輔助的碎煤機、篩煤機、除鐵器、采樣裝置、電子皮帶秤等設備完成對篩分、計量等處理，以達到使用要求。

    配煤流程，主要是將從上煤系統輸送來的煤按照一定的要求、規律、順序地分配到機組受煤倉中的過程。

圖2  輸煤系統工藝流程示意圖

    輸煤系統設備

    按照在整個輸煤系統中的地位和作用，這里我們把輸煤系統設備分為主設備、預啟動設備、輔助設備和保護開關設備幾類。

    主設備，為輸煤工藝線上的關鍵設備，直接納入整個系統的聯鎖中，設備故障會引起系統聯鎖停機。主要包括：給煤機、輸煤皮帶機、振動篩、碎煤機、緩沖滾筒、除鐵器等。

    預啟動設備，這些設備一般先于主設備啟動前動作，用于進行流程選擇。主要包括：電動三通擋板、皮帶頭部伸縮裝置、犁煤器、警鈴等。

    輔助設備，一般不納入到流程聯鎖中，可以單獨啟停設備，故障不會造成聯鎖停機。主要包括：除塵器、皮帶秤、實物校驗系統、采樣裝置等。

    保護開關設備，各種皮帶保護開關，用于流程監控、設備聯鎖、報警等功能。主要包括：拉繩開關、跑偏開關、堵煤開關、速度檢測器、撕裂檢測器、料流檢測器、煤倉料位開關、料位傳感器等。

    控制策略

    輸煤系統控制就是通過對輸煤設備的監控，完成將煤場的煤輸送到煤倉或煤筒的任務。系統的控制要求遵循如下原則：

    上煤原則

    1） 流程預啟：進行流程選擇，并啟動相應流程上的預啟動設備，做好啟動準備；

    2） 流程啟動：接收到流程啟動允許信號后，系統主設備按逆煤流方向延時順序啟動；

    3） 流程停止：停止指令下達后，系統主設備按順煤流方向延時順序停止；

    4） 故障聯鎖停機：當所選流程上的系統主設備發生故障時，立即聯鎖跳停設備故障點上游（逆煤流方向）的主設備；

    5） 重故障信號：急停、拉繩、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信號將直接導致系統聯鎖跳停。

    配煤原則

    1） 順序配煤：先設定一個尾倉，從第一個原煤倉開始進行配煤，煤斗以相同的時間（或依據煤倉料位）依次配煤，直到尾倉和尾倉前所有煤斗發出高煤位信號為止。順序配煤時如有煤倉出現低煤位信號，則停止順序配煤，優先給低煤位配煤；

    2） 優先配煤：當有煤倉出現低煤位信號時，正常進行配煤的煤斗停止配煤并記憶。先補低煤位倉直至低煤位消失，再按記憶煤斗的正常順序把煤倉逐個加到高煤位。當多個倉同時出現低煤位時，對這些倉按從前向后的順序進行輪換的配煤，直至低煤位消失；

    3） 余煤配煤：當停機信號發出后，皮帶上余煤均勻配給每個倉，直至原煤倉皮帶機停止運行；

    流程控制

    流程選擇、流程預啟

    上煤順序啟停控制

       

圖3  上煤順序啟停控制流程圖

     配煤流程控制

圖4  配煤控制流程圖

    事故處理

    系統事故處理是系統穩定、安全運行的重要措施，主要包括以下三方面事故處理措施：

    1）在系統運行過程中，當某一設備發生故障停機時，聯鎖跳停故障設備點上游（逆煤流方向）的所有設備，并給出報警信息。當設備故障恢復后，才允許重新從發生故障的設備處按逆煤流方向重新啟動設備的運行。

    2）拉繩、重跑偏、堵塞、撕裂等保護開關動作，聯鎖跳停相關設備。

    3）當設備運行過程中存在危及人員安全及損壞設備的可能，而操作員來不及判斷該怎樣處理的情況下，可以通過操作畫面上的“急停”按鈕來停止所有現場設備的運行。

    4 軟件功能

    輸煤程控系統上位監控軟件采用和利時公司的FacView組態軟件，主要功能如下：

    實時流程圖顯示

    實時流程圖是整個系統的主監控畫面，在流程圖中可以實時監控到系統主要設備的運行狀態。流程圖中所有設備的運行狀態采用綠色表示；停止狀態采用紅色表示；故障狀態采用黃色表示。流程圖中所有由PLC控制的設備設置遠程手動/程控自動轉換按鈕，只有當設備就地/遠程轉換開關處于遠程時，遠程手動/程控自動轉換按鈕才可用，當遠程手動/程控自動轉換按鈕處于程控自動時，禁止人工遙控設備。當設備出現故障信號時，停止運行或禁止啟動這些設備。

圖5  實時流程圖顯示畫面

    設備監控

    系統軟件對每一個控制設備設置有單獨的操作畫面，通過鼠標點擊實時流程圖上的設備，就可以進入相應設備的操作畫面。

    事件報警

    系統軟件具有完善的事故報警功能。當事故發生時，語音報警系統發出語音信號。同時，LCD屏幕顯示故障區域流程圖，事故設備圖形變色，屏幕上方用漢字顯示故障性質及發生時間，并自動啟動打印機記錄，打印故障內容及發生時間。

    數據報表

    系統軟件具有計算機管理功能，能自動采集運行工況及有關數據，能實現實時流量編制、修改及狀態顯示，能按規定時間或召喚打印各種報表，能在LCD上查詢并調用有關數據，對正常生產運行定期打印記錄，包括交接班記錄、日報、月報、年報等報表的打印。

    其他功能

    系統軟件除了具有上述監控功能外，還集成有煤量統計、設備運行管理、與其它系統通訊接口等功能。

    5 系統特點

    本電廠輸煤程控系統解決方案以和利時公司LK為核心控制器，采用冗余的以太網絡、PROFIBUS-DP總線網絡將中心控制室計算機和PLC系統主站、PLC系統主站與遠程I/O分站聯系起來，構成一個分布式的控制系統。系統具有如下主要特點：

    冗余的解決方案

    輸煤程控系統設計為冗余配置，包括電源冗余、CPU冗余、以太網絡冗余、PROFIBUS-DP總線網絡冗余，無論那個環節出現故障都不會造成系統停車，這樣就最大限度地保證了系統的可靠性和安全性。

    集中管理、分散控制

    輸煤程控系統設計為一個主站多個從站的網絡結構，由系統主站統一管理系統內的設備，遠程I/O分站只負責數據采集與設備驅動。這樣的系統結構既滿足了系統設備間聯鎖關系強的要求，又滿足了系統設備位置分散的要求。

    軟件界面友好、功能強大

    PowerPro編程軟件符合IEC61131-3標準，易學、易懂、易用。FacView組態軟件圖庫豐富，網絡功能強大，報警、報表、歷史數據以及二次開發功能完善而易用。

    開放性

    輸煤程控系統設計為一個開放的系統，工業以太網、PROFIBUS-DP總線網絡是目前應用最廣泛和開放性好的工業通訊網絡，系統軟件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供豐富的API編程接口，另外系統還支持Modbus/TCP協議、Modbus RTU協議、自由口協議等多種接口形式，可以方便地進行系統擴展或與全廠輔控網、MIS和其他子系統進行無縫連接。

    6 結術語

    隨著我國火電廠裝機容量的提高，對輸煤程控系統等公用自動化控制系統提出了更高的要求。本輸煤程控系統設計在考慮電廠輸煤系統特點和要求的基礎上，充分利用了和利時公司LK可靠性高、性能優異、功能豐富、擴展性好、易于使用等方面的優勢，給出了針對性強和個性化的解決方案。

    參考文獻

    [ 1 ] 金鳳樓，火力發電廠燃料輸送及系統[M]，長春:吉林人民出版社，1996

    [ 2 ] 徐琳，詫城發電廠輸煤計算機控制系統總體結構[J]，南京理工大學學報：自然科學版

    [ 3 ] 水城輸煤程控系統硬軟件資料，重慶工業高等專科學校

    [ 4 ] 顧戰松，《可編程控制器原理與應用》，國防工業出版社

    [ 5 ] 杭州和利時自動化有限公司，HOLLiAS LK大型可編程控制器硬件手冊，2008