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案例頻道 Abstract： Aimed at treatment system of straw stem in heat power plant , a control system based on LK PLC is put forward in the thesis. Presently the system has been successfully used in the engineering field. It can monitor and control all the equipments during the process of production.
The security , dependability and the ratio of cost and performance of the system are satisfied.
Keywords: heat power plant; treatment system of straw stem; LK PLC
1. 引言
高速發展的中國經濟對能源和環保提出了越來越高的要求，利用秸稈燃燒發電是充分利用能源，保護生態環境的有效途徑之一。據測算，每兩噸秸稈的發電量相當于一噸煤，不僅如此，環境國際能源機構的研究表明，秸稈還是一種很好的清潔可再生能源，其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量卻高達1%。除了具有較好的經濟效益和生態效益，秸稈發電還具有可觀的社會效益，根據清潔發展機制（CDM），秸稈發電項目可以通過出售溫室氣體減排量來獲取建設資金。因此，從節能環保、充分利用農村再生資源、建設環境友好型社會的角度出發，利用秸稈燃燒發電在我國得到了廣泛應用，成為利國利民的“朝陽”產業。本文介紹的基于和利時LK大型PLC的控制系統在滿足熱電廠設備安全、高效運行的同時，具有良好的經濟價值，社會效益和推廣前景。
2. PLC控制系統設計
2.1工藝流程介紹
協鑫熱電廠采用秸稈為原料，將其打碎并包裝成捆，上料系統將深加工后的秸稈燃料通過散包機進行二次打碎，并將二次打碎后的燃料分散成碎料送至皮帶機，皮帶將分散后的秸稈碎料送入蒸汽爐的加熱系統內充分燃燒，使蒸汽爐循環水轉變為水蒸氣推動汽輪機旋轉，再由動能轉化為電能。整個上料系統包括散包機的原料分散和皮帶機的物料輸送兩部分。
散包機原料分散系統
散包機由壓料輥、導料輥、輸送輥、一次側散包機、二次側散包機幾部分組成。
秸稈燃料進入散包機后，先由壓料輥將其進行二次粉碎，粉碎后的燃料通過導料輥進入輸送輥。后由輸送輥送入一次側散包機進行分散作業，分散后再次經由輸送輥送至二次側散包機進行二次分散作業。
皮帶機物料輸送系統
經二次分散作業后的秸稈燃料由散包機進入皮帶機內，燃料由0#皮帶機→1#皮帶機→2#皮帶機→3#皮帶機，最后由3#皮帶機將其送入加熱爐的爐膛內進行燃燒。
2.2系統控制功能
該電廠原有的蒸汽爐及汽輪機等設備均由和利時公司DCS進行控制，根據熱電廠上料工藝流程要求以及現有總體布局情況，設計采用將秸稈上料系統的PLC控制站作為現場控制站接入原有DCS控制系統中，以實現“集中監視，分散控制”的整體布局。系統由計算機監控站（電廠原有的DCS監控站）、現場控制站（LK大型PLC）、串口通訊系統以及在線檢測傳感器等構成。
自動控制單元實現的功能分別是：
采集原料分散系統中負責控制壓料輥、導料輥、送料輥、一次側散包輥和二次側散包輥等設備的變頻器的狀態信號及數據信號并對以上設備發送控制信號；實時讀取并控制物料輸送系統中各皮帶機的工作狀態，包括各皮帶機組的A/B兩條皮帶的啟停控制及防撕裂、打滑、堵料、跑偏、拉繩等在線檢測開關。
2.3硬件選型
協鑫熱電廠上料輸送控制系統采用串口通訊方式接入原有DCS系統。該串口通訊應用MODBUS RTU 通訊協議并通過RS 485模式使其通訊距離延長，抗干擾效果增強。PLC系統采用由和利時公司自主研發的LK大型PLC產品。作為國內首款大型PLC，LK大型PLC是和利時公司在總結了十五年控制系統的設計開發及工程實施經驗的基礎上，充分借鑒國外主流產品優點，完善技術性能，大膽創新架構設計，推出的一款開放性、可靠性、易用性俱佳的高端產品。
系統選用如下硬件產品：
表1 PLC系統硬件選型表
其中， CPU雙機熱備的冗余結構使整個系統運行穩定可靠。
3. 系統功能介紹
協鑫熱電廠原有的DCS控制系統分為生產管理級、現場控制級和就地控制級三層結構，利用高速工業以太網（TCP/IP協議）進行連接以實現信息和資源的共享，其優先級分別為就地控制級最高，其次為現場控制級，最低為生產管理級。由LK大型PLC組成的PLC站位于該系統的的現場控制級，作為現場控制站接入電廠原有的DCS系統中。系統結構圖如下:
生產管理級：位于蒸汽爐、汽輪機聯產系統控制室內，由原有DCS監控系統構成。各監控計算機對主要工藝設備的運行狀態和生產過程的工藝參數進行數據采集及顯示。上料輸送系統的PLC控制站通過串口通訊，與DCS系統的通訊服務器連接并由該服務器將PLC控制站數據傳入DCS的I/O服務器內，I/O服務器上運行的監控軟件將該數據進行顯示并下發控制命令。
現場控制級：即PLC控制級，由LK大型PLC構成。其功能是讀取上料系統中散包機和各皮帶機的運行參數并根據生產管理系統下發的指令來控制系統中各設備的運行。采集數據主要包括散包機各組成部分變頻器的運行狀態、反饋電流以及故障信號；皮帶機的運行狀態、反饋電流及各皮帶機的在線檢測開關信號。現場控制級接受生產管理級的調度，但并不依賴于生產管理級而運行：若監控計算機出現故障或并沒有投入使用亦或通信網絡出現故障，該控制站仍能正常工作，對整個工藝過程沒有影響。
就地控制級：將設備切換到現場手動狀態，以實現設備的就地手動控制。就地手動控制具有最高的優先級，主要應用在設備調試、維護階段。
圖2 協鑫熱電廠上料系統監控畫面
4. 控制系統特點
協鑫熱電廠上料輸送系統通過將PLC控制站接入原有DCS系統實現了對工藝流程的監測、控制以及數據的處理、存儲、分析以及報表打印等任務。
工藝流程顯示：顯示工藝流程的同時將所有的設備狀態、工藝參數以及各控制回路的詳細參數等進行了有針對性的實時采集與顯示。
設定值顯示：包括所有必需參數的設定值、控制方式、調節參數以及其它連鎖值、報警值等。
報警顯示：包括實時報警、歷史報警。系統可在線診斷各類故障，查找故障部位并報警。包括工藝數據報警、設備故障報警、系統故障報警，根據不同的報警信息提供不同的報警畫面，在故障確認后可實現報警解除。
報表顯示和打印：采用了DDE技術，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報表。借助Excel的強大功能，用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報表。可以是實時數據的報表，也可以是歷史數據的報表。
歷史數據的存儲與檢索：對重要的數據進行在線存儲，數據的存儲時間最長為10年。可以通過歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數據。
控制：在監控計算機上可以進行遠程手動控制，使用鼠標、鍵盤控制PLC來啟動和停止現場的設備。
操作記錄：對重要設備的操作、重要參數的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設備進行的操作、時間以及修改前的參數值、修改后的參數等，以利于管理及事故分析。
系統的安全管理：系統設置為多用戶、多區域方式，各類用戶均有自己的用戶名和密碼，對應著不同的安全級別，決定了操作員可觀察的范圍、可使用的功能、可修改的參數等。最多可以設置為8級用戶、8級區域。
5. 控制系統優點
本方案以PLC和DCS監控計算機為核心，通過RS485的串口通訊方式，將現場PLC控制站與監控計算機連接起來，構成一個分布式控制系統。系統具有如下優點：
先進性
本方案設計中不僅采用了先進的軟、硬件，而且著眼于企業“管控一體化”的需求，貫徹了數字化、信息化電廠的先進思想，使企業生產數據的進一步智能應用成為現實。該方案使控制系統有機地成為企業整個IT架構的一部分。
本系統采用先進的計算機控制系統，主要用于熱電廠的生產控制、運行操作、監視管理。控制系統配有可靠的硬件設備，和功能強大，運行可靠，界面友好的系統軟件、編程軟件和控制軟件。
高可靠性
控制系統在嚴格的工業環境下長期、穩定地運行。系統組件的的設計符合真正的工業等級，滿足國內、國際的安全標準。并且易配置、易接線、易維護、隔離性好，結構堅固，抗腐蝕，適應較寬的溫度變化范圍。
CPU雙機熱備，任何一個故障均不影響系統的正常運行。
現場控制站PLC對工藝過程的控制不會因監控計算機的癱瘓而受影響。
現場控制站的PLC能夠在惡劣的環境中長期可靠運行，平均無故障間隔時間（MTBF）15年。
強大的功能
PLC的編程語言符合IEC61131-3標準，易學、易懂、易用。
高速工業以太網作為系統的骨干網絡，實現高速數據傳輸、高度數據共享。
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且易用。
6. 結束語
經過兩個月的調試和試運行，由LK大型PLC控制的協鑫熱電廠秸稈上料輸送系統已于2007年9月初正式投入運行。實踐證明，LK大型PLC能較好地滿足秸稈上料系統的控制要求，對整個上料系統及熱電廠的安全、經濟運行提供了有力保障。該設計方案整體成本較低、可靠性好、抗干擾能力強、維護成本低、可操作性高，在市場中具備強有力的競爭力，為熱電廠行業增添了一套完善的解決方案。
參考文獻
[1] 和利時公司. LK大型PLC選型樣本，2006
[2] 和利時公司. LK大型PLC硬件手冊，2006
[3] 和利時公司. LK大型可編程控制器PowerPro軟件手冊，2006
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號