摘 要：熱電廠皮帶輸煤系統(tǒng)是電廠十分重要的支撐系統(tǒng)，是保證機(jī)組正常工作的重要條件。本文通過對熱電廠皮帶輸煤系統(tǒng)流程控制的分析，應(yīng)用西門子PLC為控制核心，研制了熱電廠皮帶輸煤監(jiān)控制系統(tǒng)。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)使用運(yùn)行可靠、維護(hù)工作量小、自動(dòng)化程度高，且具有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

關(guān)鍵詞：熱電廠  皮帶輸煤系統(tǒng)  監(jiān)控系統(tǒng)  MCGS  PLC

0 引言

      熱電廠皮帶輸煤系統(tǒng)是電廠十分重要的支撐系統(tǒng)，是保證機(jī)組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的重要條件。青島膠南易通熱電廠輸煤系統(tǒng)包括振動(dòng)給料機(jī)、皮帶機(jī)、回轉(zhuǎn)篩、破碎機(jī)、電動(dòng)三通等設(shè)備，構(gòu)成電廠輸煤系統(tǒng)的設(shè)備比較多，位置分散，依靠現(xiàn)場工作人員手動(dòng)控制設(shè)備的啟停，不僅需要大量的工作量，而且對短路、過載、跑偏、堵塞等事故發(fā)生的應(yīng)變能力弱，易造成煤堆積等事故。同時(shí)，電廠輸煤系統(tǒng)設(shè)備的啟停順序具有嚴(yán)格的要求，需加強(qiáng)各設(shè)備間的連鎖關(guān)系。本文以西門子PLC為控制核心，MCGS組態(tài)為上位機(jī)軟件，根據(jù)輸煤系統(tǒng)的實(shí)際要求，實(shí)現(xiàn)了電廠輸煤系統(tǒng)的就地控制、遠(yuǎn)程手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控，并對設(shè)備電流、皮帶跑偏開關(guān)等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，設(shè)計(jì)了過載、短路、皮帶跑偏等故障處理程序，確保了輸煤系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 電廠輸煤系統(tǒng)分析

      膠南易通熱電廠輸煤系統(tǒng)如圖1所示，輸煤系統(tǒng)由兩條輸煤線路組成，每條輸煤線路包括振動(dòng)給料機(jī)、皮帶機(jī)、回轉(zhuǎn)篩、碎煤機(jī)、除鐵器、電動(dòng)三通等設(shè)備。煤流進(jìn)入電動(dòng)三通后煤流方向發(fā)生了改變，根據(jù)煤流的方向，電廠輸煤系統(tǒng)有四條輸煤線路。

      為增加設(shè)備的使用壽命，防止在啟動(dòng)停止過程中過載對設(shè)備造成的損害，要求在設(shè)備啟動(dòng)和停止時(shí)，設(shè)備必須處于空載狀態(tài)。供煤時(shí)，各設(shè)備啟動(dòng)停止必須遵循特定的順序，即對設(shè)備進(jìn)行連鎖控制。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)按照逆煤流的方向啟動(dòng)，即先開啟系統(tǒng)下游的設(shè)備，再開啟系統(tǒng)上游的設(shè)備。系統(tǒng)停止時(shí)，按照順煤流的方向停止，先停止上游的設(shè)備，再停止下游的設(shè)備。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，必須立即停止該設(shè)備。同時(shí)為防止在故障設(shè)備處出現(xiàn)堆煤的情況，故障設(shè)備上游的設(shè)備必須立即停止，其下游的設(shè)備延時(shí)停止或正常運(yùn)行，待故障消失后，從故障點(diǎn)處延時(shí)啟動(dòng)設(shè)備。為保證煤流不殘留在設(shè)備上，設(shè)備連鎖停止過程中都要設(shè)置相應(yīng)的延時(shí)時(shí)間。

圖1 電廠輸煤系統(tǒng)圖

2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

      控制系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示，主要包括計(jì)算機(jī)、PLC控制主站，電氣控制箱、電流變送器、皮帶跑偏限位開關(guān)。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成

      控制系統(tǒng)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器和就地控制箱的三級(jí)控制結(jié)構(gòu)方式。

      工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為輸煤控制系統(tǒng)的監(jiān)控中心，與可編程控制器以上位機(jī)和下位機(jī)的關(guān)系進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和皮帶跑偏狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并且直觀的表述輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

      本文中，可編程控制器選用西門子PLC S7-226，外圍配備數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM222、模擬量采集模塊EM231和以太網(wǎng)模塊CP243。系統(tǒng)利用PLC對整個(gè)輸煤系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的人機(jī)接口對系統(tǒng)設(shè)備發(fā)出控制命令。上位機(jī)運(yùn)用MCGS組態(tài)軟件，與下位機(jī)配合，完成系統(tǒng)的自動(dòng)控制和遠(yuǎn)方手動(dòng)控制功能，并對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)工作區(qū)的無人操作。

      就地控制箱放在設(shè)備附近，完成設(shè)備的手自動(dòng)選擇和手動(dòng)開?？刂?，并作為PLC的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的手自動(dòng)控制。

      皮帶跑偏開關(guān)、電動(dòng)三通到位開關(guān)、電流互感器等用于實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，供PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，并交由上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示等操作。

3 系統(tǒng)功能

（1) 自動(dòng)控制：煤流進(jìn)入三通后，可進(jìn)行變向，選擇向A皮帶機(jī)或B皮帶機(jī)，依據(jù)煤流的方向，設(shè)置四種工作方式，對設(shè)備進(jìn)行連鎖控制，操作人員通過上位機(jī)組態(tài)運(yùn)行界面選擇工作方式后，選擇系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，設(shè)備按預(yù)定順序自動(dòng)啟動(dòng)：

①啟動(dòng)時(shí)按逆煤流方向，從最后一條皮帶（及相關(guān)設(shè)備）開始依次啟動(dòng)，設(shè)置合理的延時(shí)時(shí)間，直到所有的設(shè)備都啟動(dòng)以后，才開始供煤，每條皮帶啟動(dòng)前響鈴30s。

②停運(yùn)時(shí)按順煤流方向，先停供電設(shè)備，然后從第一臺(tái)至最后一臺(tái)依次停止，每臺(tái)設(shè)備見按預(yù)定的延時(shí)時(shí)間發(fā)停機(jī)命令，即要求設(shè)置合適的延時(shí)時(shí)間，待設(shè)備的余煤清除后再停止其運(yùn)行。

③故障時(shí)，故障點(diǎn)及上游的設(shè)備瞬時(shí)停機(jī)，故障點(diǎn)下游設(shè)備保持原工作狀態(tài)不變。待故障解除后，可從故障點(diǎn)向上游重新啟動(dòng)設(shè)備，也可以在故障未解除時(shí)，從故障點(diǎn)向下游開始延時(shí)停設(shè)備，連鎖能阻止任何設(shè)備超出順序的啟動(dòng)。

（2）遠(yuǎn)方遙控：通過PLC和工控機(jī)對全部輸煤設(shè)備實(shí)現(xiàn)一一對應(yīng)的操作。

（3）就地控制：不經(jīng)過PLC，在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)設(shè)備的手動(dòng)控制。

（4）當(dāng)設(shè)備運(yùn)行過程中存在危及人身安全及損壞設(shè)備的可能，而操作人員來不及判斷怎樣處理的情況下，可以通過急停按鈕來停止所有現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行。

（5）監(jiān)視功能：監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行情況，包括設(shè)備的電流大小，設(shè)備工作模式，皮帶運(yùn)行情況等，并對故障信息進(jìn)行報(bào)警、報(bào)表存儲(chǔ)等處理，供工作人員進(jìn)行處理。

（6）保護(hù)功能：設(shè)置設(shè)備短路、過載、跑偏、堵塞等保護(hù)動(dòng)作、連鎖跳停相關(guān)設(shè)備。

4 可視化軟件設(shè)計(jì)

      本文選用MCGS組態(tài)軟件作為系統(tǒng)的上位機(jī)軟件。MCGS是由北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司推出的用于快速構(gòu)建計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)。由于其在系統(tǒng)構(gòu)造方面的靈活性和運(yùn)行的穩(wěn)定性，并且系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定了通用設(shè)備、PLC設(shè)備、數(shù)據(jù)采集板卡、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、用戶定制設(shè)備等大量與底層設(shè)備連接的驅(qū)動(dòng)程序，同時(shí)，MCGS組態(tài)軟件在軟件接口方面提供了OPC、ODBC、OLE、DDE、ActiveX等與其他應(yīng)用程序交互的多種交換方式，使得MCGS組態(tài)軟件具有很強(qiáng)的通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

     MCGS是作為系統(tǒng)的人機(jī)界面主要完成，系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)顯示，故障報(bào)警、下達(dá)控制命令等工作，是系統(tǒng)的監(jiān)控中心。

（1）主控畫面

     MCGS主控畫面如圖3所示，主要由系統(tǒng)模擬運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視、手自動(dòng)選擇、連鎖控制、電動(dòng)三通監(jiān)控等部分組成。

圖3 系統(tǒng)主控畫面

      系統(tǒng)模擬運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視部分根據(jù)實(shí)際采集的設(shè)備參數(shù)，實(shí)時(shí)的顯示系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備開啟時(shí)，相應(yīng)設(shè)備處會(huì)有煤流流過，從而使工作人員可以實(shí)時(shí)的觀察系統(tǒng)的運(yùn)行狀況；設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視部分主要包括設(shè)備工作模式（遠(yuǎn)程/就地）顯示，工作狀態(tài)顯示、設(shè)備電流等；手自動(dòng)選擇部分提供一選擇開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打在自動(dòng)擋時(shí)，各設(shè)備運(yùn)行時(shí)進(jìn)行連鎖控制，只有下游的設(shè)備啟動(dòng)后，上游的設(shè)備才能開啟。若某個(gè)設(shè)備停止，則其上游設(shè)備立即停止，當(dāng)開關(guān)打在手動(dòng)檔時(shí)，系統(tǒng)會(huì)彈出一個(gè)手動(dòng)控制畫面，工作人員可根據(jù)需要隨意的開啟任何一個(gè)設(shè)備；連鎖控制由線路選擇和啟停控制兩部分組成，根據(jù)電動(dòng)三通的方向有四條輸煤線路，點(diǎn)動(dòng)啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)根據(jù)線路選擇狀態(tài)，按照逆煤流的方向啟動(dòng)設(shè)備，點(diǎn)動(dòng)停止按鈕，按照順煤流的方向停止設(shè)備；電動(dòng)三通控制部分是電動(dòng)三通A和電動(dòng)三通B的監(jiān)控部分，主要完成系統(tǒng)電動(dòng)三通的遠(yuǎn)程控制功能。

（2）輔助監(jiān)視畫面

     輔助監(jiān)視畫面主要由電流歷史曲線、歷史數(shù)據(jù)報(bào)表組成，通過歷史曲線和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表的觀察，工作人員可以對設(shè)備的最近運(yùn)行情況有個(gè)大致的了解，過流過載情況的出現(xiàn)可使工作人員對給煤量的控制有一個(gè)提前的預(yù)判。

（3）故障報(bào)警處理

      故障報(bào)警由畫面報(bào)警和語音報(bào)警兩部分組成，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)短路、過載、皮帶跑偏等故障時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行畫面提示和語音報(bào)警操作，并提供報(bào)警處理策略。故障報(bào)警策略由兩個(gè)選擇，一是從故障點(diǎn)延時(shí)停機(jī)；而是從故障點(diǎn)啟動(dòng)，從故障點(diǎn)啟動(dòng)要確定設(shè)備故障排除的情況下執(zhí)行。

（4）一鍵停止處理

      系統(tǒng)提供一鍵停止功能，當(dāng)有意外情況發(fā)生時(shí)，可瞬時(shí)停止所有設(shè)備。

5 結(jié)語

      本文以西門子PLC和MCGS為控制核心，設(shè)計(jì)了一套火力發(fā)電廠輸煤控制系統(tǒng)，系統(tǒng)功能全面，操作簡單，監(jiān)控畫面生動(dòng)逼真且貼近現(xiàn)場，為工作人員監(jiān)控輸煤系統(tǒng)提供了很大的方便，大大降低工作人員的工作量。系統(tǒng)在膠南易通熱電廠進(jìn)行了具體實(shí)施，自投入使用至今，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，完全滿足實(shí)際需要，受到了用戶的好評(píng)。