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韓淑芬：唐山新區熱電廠熱工車間
1 前言
由于可編程邏輯控制器（PLC）具有體積小、抗干擾能力強、可靠性高、應用范圍廣和價格低廉等優點，使其在中小型工業自動控制方面得以廣泛應用。 80%以上的工業控制可以使用PLC來完成。火力發電廠輔助系統如除灰系統、補給水處理系統、凝結水精處理系統、輸煤系統也普遍應用了PLC控制技術，提高了電廠自動化水平。
本文主要介紹唐山新區熱電廠干除灰控制系統，以及該系統在實際應用中幾個問題，以便和大家共同探討。
2 工程概況
唐山新區熱電廠位于唐山豐潤區東北部，總裝機容量200MW，4臺220t/h燃煤鍋爐，2臺25MW雙抽汽輪發電機組、一臺25MW背壓機組、兩臺55MW雙抽汽輪發電機組。在2004年6月，經過一年多調研和充分醞釀，改為克萊德華通物料輸送有限公司的正壓濃相氣力除灰系統，工程于2004年6月正式開工，截止2004年10月底，利用小修機會陸續將四臺爐的除灰系統全部改造完成，并投入運行。
英國克萊德公司以正壓濃相輸送設備為擅長，其特點是灰氣比大，高可達80-100Kg/Kg，輸送能耗低，而且由于輸送壓力低，流速較低，對管道磨損小。除灰閥采用其專利產品圓頂閥，除灰系統采用中間倉集中二級輸送。
3 控制系統
干除灰控制系統使用美國AB公司的可編程控制器（PLC）+上位機監控的控制方式，四臺爐共用一套PLC系統。A-B公司是國際知名的工業產品制造廠商，其工業自動化控制產品以其高性能、高可靠性在工業控制領域有著其特定的地位。A-B公司的PLC產品更是該產品領域的佼佼者。
程控系統配置圖如圖1
圖1 程控系統配置圖
3.1 控制對象
PLC的主要監控對象有；32臺AV泵、3臺TD泵、6臺空壓機的啟停及狀態與電機電流監視、4臺冷干機的啟停及狀態、庫頂管路切換閥的控制及狀態顯示，一二電場灰斗料位計、TD泵和中間灰庫的高低料位計。
系統采用三種控制方式；自動程序控制、軟手操和就地手動控制。
3.2 聯鎖保護
在兩個中間灰庫還各裝有兩個高、高高料位計，用做報警和兩個灰庫之間自動切換。每臺爐各電場輸送管路切換閥故障將停止該電場AV泵輸送，并在CRT畫面報警。
3.3 硬件配置
系統采用一臺研華工控機IPC-610進行監控，40G硬盤，安裝Windows2000操作系統。公用系統和4臺爐的AV泵控制系統公用一套PLC，組態圖見圖1。
3.4 監控計算機
工控機的CPU與內存的配置要相對偏高，保證操作員站和PLC的CPU進行實時通訊正常。按照火力發電廠設計要求，以及從干除灰系統的重要性和系統的安全角度考慮，操作員站最少要配置2臺，互為備用，防止失去監視系統。這是我廠干除灰集控系統的一個不足之處，它所隱藏的危險在以后的運行過程中已經暴露出來。操作員站的工控機安裝有Intellution公司的監控軟件 iFIX3.0無限點軟件（iFIX軟件系專業的工控軟件，支持所有廠家PLC產品）。可以顯示工藝流程、信息顯示（包括運行參數、狀態、故障情況等）和各種曲線。
3.5 PLC系統
PLC采用美國A-B公司的 SLC-500可編程控制器，從可靠性、特殊控制功能、抗干擾能力、掃描速度、上位機接接口以及遠程通訊功能、與計算機聯網和多種軟件功能等方面來看，該控制器具有一定優勢。系統的主要模塊選擇如下：
CPU模塊為1747-L552，
電源模塊為1746-P2。
適配器模塊為1746-SN和1746-ASB模塊，前者是 CPU的熱備通訊模塊，后者是遠程I/O適配器模塊。
基板為一個1746-A13和2個1746-A10模塊。
開關量輸入模塊為1746-IM16；
開關量輸出模塊為1746-OW16；
模擬量輸入模塊為1746-NI8，
通訊電纜1746-C9。
3.6 控制柜和就地儀表
共有4臺控制柜，一臺為電源柜，一臺為#1、2爐I/O控制柜，一臺為公用系統I/O控制柜，一臺為#3、4爐I/O控制柜。為了保證系統的安全運行，系統配置了一臺UPS電源，美國山特3KVA，為監控系統和PLC控制系統提供電源。就地儀表包括射頻導納料位計、彈簧管壓力表、壓力控制器、壓力變送器、行程開關，氣動電磁閥。
4 軟件設計
軟件設計是全開放性，運行時盡量減少人工干預和操作，系統參數和工藝參數在線可調、掉電自保護和上電自恢復等，以便做到運行時不死機，監視系統故障不影響PLC程序的運行。該系統軟件包括3部分：通訊軟件、上位機監控軟件和下位機軟件。
4.1
為使本系統具有最大的兼容性，監控軟件采用Intellution公司的iFIX3.0 軟件（iFIX軟件系專業的工控軟件，支持所有廠家PLC產品）。軟件運行于WINDOWS界面,主要用于畫面的編制、數據監控、數據庫管理、歷史數據采集等.關閉運行畫面和主機不影響除灰程序運行.編程軟件使用美國A-B公司的編程軟件RSLogix500，用以編寫梯形圖，對PLC進行參數設置，掃描遠程I/O，以及上載下傳已經編好的梯形圖程序等。
4.2 通訊系統
PLC的CPU與操作員站之間的通訊采用Rslinx通訊軟件，Rslinx是基于美國A-B公司CONTROLNET通訊協議的通訊軟件。
iFIX 針對 A-B 公司的PLC 的驅動程序有多種連接方式， 我廠除灰系統使用的是ABR，現使用較多，可以支持 AB 的 KT, KTC, KTX, KTXD 以及以太網卡與 PLC 通訊，還需要 AB 的 RSLinx 軟件支持。
4.3 軟件設計遵循以下原則
4.3.1 應用程序應根據各系統設備運行工藝要求，確定所有外圍系統的功能需求方案，即應用程序要嚴格按照設備本身情況或設備運行實際需要進行開發。
4.3.2 監控系統功能包括系統畫面生成、事故追憶系統、各種曲線顯示和打印、各種報表自動生成等。
4.3.3 監視畫面要符合主設備控制系統人機界面的設計風格，按照分級瀏覽、逐級細化的原則設計畫面，采用彈出式窗口、下拉式菜單等多種廣為流行的設計手段實現畫面的切換和顯示，單個畫面的工藝流程、信息顯示（包括運行參數、狀態、故障情況等）和各種曲線；且布局要合理、生動，色調柔和。
4.3.4 事故追憶系統應包括所有進入控制系統或系統輸出的開關量和模擬量（如運行參數、輸出指令、狀態反饋等）以及控制系統本身發生的事件（如卡件或通訊故障等），所有I/O點均可以曲線的形式顯示，為實現系統運行在線分析、診斷提供豐富的數據資源。
5 系統運行方式
5.1 AV泵系統運行過程
每個除塵器灰斗下面掛有一臺AV泵，灰斗里的灰在重力作用下直接落入AV泵，第一個AV泵帶有進氣組件，稱為主AV泵，最后一個帶有出口圓頂閥的稱為出口AV泵，中間的稱為副泵。
當一電場或二電場的一組灰斗中某個灰位達到料位計高度時，該組所有的AV泵開始進灰，入口圓頂閥打開開始落灰，當達到設定時間后，入口圓頂閥關閉，同時打開該組出口圓頂閥和進氣閥，用壓縮空氣將灰送入中間灰庫。當輸送管內壓力達到設定值后，關閉出口閥和進氣閥完成一個輸送循環。三四電場沒有裝料位計，輸送循環由時間控制。如果在設定時間內輸送循環沒有完成，畫面有報警提示，顯示某一循環超時，系統恢復正常報警自動消失。
為了提高系統運行的經濟性，保證系統工作在最大出力，同時也為了防止煤種變化引起堵管，畫面上提供了一電場AV泵和TD泵的裝料時間更改功能。
5.2 TD泵運行過程
在系統沒有開始運行時，泵的入口圓頂閥保持關閉。當灰庫中的灰覆蓋低處料位計時，由TD泵向廠外輸送循環開始，泵的入口圓頂閥、排氣圓頂閥打開，灰落入泵內，TD泵頂部也裝有料位計，當泵內灰位達到料位計高度時，泵的入口圓頂閥、排氣圓頂閥關閉，進氣閥、流化閥和輸送閥打開，對TD泵快速加壓，同時打開出口圓頂閥，將TD泵內的灰輸送到廠外灰庫，當輸送管道內的壓力降到設定值時，關閉出口閥和進氣閥，打開排氣閥，完成一個輸送循環。
6 PLC過程控制常見故障分析及維護
一般來講PIC部分的故障比例約為5％，現場控制設備的故障比例約為95％。
6.1 PLC 主機系統
PLC主機系統最容易發生故障的地方一般在電源系統和通訊網絡系統，電源在連續工作、散熱中，電壓和電流的波動沖擊是不可避免的。在2005年9月23日因為操作員主機電源插座松動，造成主機運行中突然失電硬盤損壞，無法進入操作系統。更換新硬盤后，重新安裝系統，應用程序重新安裝，使系統恢復運行。為了防止以后再次出現這類問題，我們更換了電源插座，并移到操作臺里面，防止運行人員誤碰。
對于PLC主機系統的故障的預防及處理主要是提高集中控制室的管理水平，加裝降溫措施，定期除塵，使PLC的外部環境符合其安裝運行要求；同時在系統維修時，嚴格按照操作規程進行操作，謹防人為的對主機系統造成損害。
6.2 PLC的I/O端口
PLC最大的薄弱環節在I/O端口。PLC的技術優勢在于其I/O端口，在主機系統的技術水平相差無幾的情況下，I/O模塊是體現PLC性能的關鍵部件，因此它也是PLC損壞中的突出環節。要減少I/O模塊的故障就要減少外部各種干擾對其影響，首先要按照其使用的要求進行使用，不可隨意減少其外部保護設備，其次分析主要的干擾因素，對主要干擾源要進行隔離或處理。
6.3 現場控制設備
在整個過程控制系統中最容易發生故障地點在現場 。主要有：
(1)第一類故障點(也是故障最多的地點)在繼電器、接觸器。如該生產線PLC控制系統的日常維護中，電氣備件消耗量最大的為各類繼電器或空氣開關。主要原因除產品本身外，就是現場環境比較惡劣，接觸器觸點易打火或氧化，然后發熱變形直至不能使用。所以減少此類故障應盡量選用高性能繼電器，改善元器件使用環境，減少更換的頻率，以減少其對系統運行的影響。
(2)第二類故障多發點在閥門或閘板這一類的設備上，長期使用缺乏維護，機械、電氣失靈是故障產生的主要原因，因此在系統運行時要加強對此類設備的巡檢，發現問題及時處理。
(3)第三類故障點可能發生在開關、極限位置、安全保護和現場操作上的一些元件或設備上， 對于這類設備故障的處理主要體現在定期維護，使設備時刻處于完好狀態。對于限位開關尤其是重型設備上的限位開關除了定期檢修外，還要在設計的過程中加入多重的保護措施。
(4)第四類故障點可能發生在PLC系統中的子設備，如接線盒、線端子、螺栓螺母等處。 根據工程經驗，這類故障一般是很難發現和維修的。所以在設備選型上要選質量好的設備，在設備的安裝和維修中一定要按照安裝要求的安裝工藝進行，不留設備隱患。
(5)第五類故障點是傳感器和儀表，這類故障在控制系統中一般反映在信號的不正常。這類設備安裝時信號線的屏蔽層應單端可靠接地，應該采用在控制盤內接地。并盡量與動力電纜分開敷設，特別是高干擾的變頻器輸出電纜，而且要在PIC內部進行軟件濾波。這類故障的發現及處理也和日常點巡檢有關，發現問題應及時處理。
(6)第六類故障主要是電源、地線和信號線的噪聲(干擾)，問題的解決或改善主要在于工程設計時的經驗和日常維護中的觀察分析。
要減小故障率，很重要的一點是要重視工廠工藝和安全操作規程，在日常的工作中要遵守工藝和安全操作規程，嚴格執行一些相關的規定，如保持集中控制室的環境等等，同時在生產中也要加強這些方面的管理。
7 結束語：
該控制系統自投入運行后，運行一直比較穩定，PLC運行正常。現場的反饋信號開關經過改進，故障效率大大降低，現場除了配合機務專業檢修外，控制系統的維護量很小，大大減輕了維護人員的工作強度。整個控制室只設一名值班員和一名設備巡檢員，真正起到了減員增效的目的，為我廠其他附屬設備控制系統改造積累了經驗。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號