電廠輸煤程控系統的設計

中電投電力工程有限公司 許道春

電廠輸煤程控系統的設計

中電投電力工程有限公司 許道春

中電投臨河電廠一期工程建設2×350MW燃煤超臨界空冷發電機組，工程廠址位于寧夏回族自治區銀川市所轄靈武市境內的臨河綜合工業園區內。

輸煤系統分別由卸煤、運煤、堆煤、取煤、配煤等分系統組成。卸煤系統采用汽車卸煤、條形煤場儲煤、皮帶輸送運煤和煤斗配煤。輸煤系統廠用電源設有輸煤6kV 母線A、B兩段，兩段母線互為備用，供電給輸煤系統及就近的高壓電動機和低壓廠用變壓器；設380/220V輸煤PC段，分為A、B段，兩段互為備用；設兩臺低壓廠用變壓器供電給輸煤PC段。

一、輸煤控制系統工作原理

輸煤控制系統采用以微處理器為基礎的可編程序控制器（PLC）進行順序控制。根據輸煤系統工藝設備特點，輸煤程控系統采取遠程I/O方式，本工程輸煤程控系統設輸煤程控室1個，位于輸煤綜合樓內，其中布置控制臺和上位機系統；就地分別設主廠房煤倉間、碎煤機室、＃1轉運站、#2轉運站、#3轉運站、煤水處理間等6個I/O遠程站。

#1轉運站遠程站負責#1轉運站及卸煤溝范圍內的設備接入；#2、#3轉運站遠程站負責#2、#3轉運站范圍內的設備接入；輸煤程控總站負責輸煤綜合樓范圍內的設備接入；碎煤機室遠程站負責碎煤機室范圍內的設備接入；煤倉層遠程站負責主廠房范圍內的輸煤設備的接入；煤水處理間遠程站負責煤水處理間和雨水調節池范圍內的設備接入；各遠程I/O站設置獨立的遠程機柜，遠程I/O柜的機架、I/O模件和電源等分開設置，遠程I/O的通訊采用雙纜冗余配置。程控室與各遠程站之間及各遠程站之間用光纖、同軸電纜聯系。主干網通訊電纜要求采用光纖，分支網采用同軸電纜。

控制系統滿足車間集中控制的需要，運行人員在控制室內以LCD和鍵盤為監控中心，完成整個工藝系統的啟/停控制、正常運行的監視及異常工況的處理，并設有通過PLC的緊急停機的后備手操。還可通過網絡接口實現在輔網上進行遠方監控。控制室不設置常規控制儀表盤。控制系統設自動、遠方軟手操及就地手操控制3種方式，每種方式能相互閉鎖。就地控制箱上設就地/程控開關，當程控/就地切換開關打在就地時，程控系統只監視設備狀態，不對其發出任何控制指令。

輸煤程控系統提供的電源裝置能接受由二路交流220V±15%，50Hz±1Hz的電源。當一路交流電源故障時，能自動的切換到另一路電源，并向程控室發出報警信號。控制系統的直流電源由程控專用的交、直流電源轉換裝置提供。PLC模塊的工作電源可根據系統情況自行選擇模塊的工作電源電壓。各個控制柜內的工作電源分路供給，為了便于查找故障，每個分路電源設置工作指示燈及斷路器（或熔斷器）作為保護元件，當電源發生故障時，PLC發出聲光報警信號，提示該分路“電源故障”。

本工程PLC選型統一采用西門子6ES7系列產品。控制系統的PLC為雙機熱備配置。本地上位監控機與PLC系統的組網采用雙以太網。PLC系統在上層冗余以太網中的地址可在熱備系統中能夠自動轉換，無論那一臺PLC切換成主機, 主機和備機IP地址總能夠相互切換。系統中所有模件都是接插式的，模件能帶電插拔而不影響其他模件和自身的正常工作。PLC 的遠程I/O網上的數據采集與主機CPU掃描時間同步。遠程I/O網采用雙纜配置，CPU、I/O和外圍設備間的通訊協議包括循環冗余校驗、奇偶誤差校驗、成幀調節誤差和超限誤差校驗。 PLC與LCD操作員站、PLC機柜與就地I/O柜間的通訊都采用雙纜冗余配置。邏輯功能都編入PLC內，不用硬接線或復雜的特殊開關及其他輸入裝置來實現邏輯功能。

輸煤程控控制功能包括上煤程控、配煤程控、系統監測管理、事故報警、事故自診斷、煤量統計、報表打印及上位管理機的管理功能等。輸煤程控系統完成所有輸煤工藝系統以及輸煤系統廠用電源的控制。上煤控制功能分程控自動、程控手動和就地手動3種方式。其中前兩者在PLC的控制下進行，就地手動無需PLC的參與。程控自動方式的所有操作均通過程控室上位機軟操作（鍵盤+鼠標）實現，各設備之間按工藝專業的要求在PLC控制下自動連鎖運行的順序控制功能。也就是用工業控制機通過軟功能鍵對運煤系統實現順序控制、單機連鎖起停及在調試過程中無連鎖的單機起停控制功能。同時也對原煤斗的自動順序配煤及單個配煤設備的起停控制功能。配煤控制功能方式與上煤控制功能一致。

二、輸煤程控系統的監控功能

監視報警功能主要包括輸煤系統的數據采集和處理、各種運行方式設備的運行工況變化，并能通過功能鍵盤為運行、檢修人員提供各種信息和報警。可在上位機上直觀地顯示出各倉的貯煤高度，并對高低越限煤位顯示與報警。整個輸煤系統具有自動采集運行工況及有關數據，實現實時流量編制、修改及狀態顯示，能按規定時間或即時打印各種報表和記錄。所有記錄能至少保存2周以上。所有重要報警信號、連鎖保護信號、設備故障跳閘信號等均隨時按發生順序進行記錄和存儲，并能夠隨意調看和打印。系統邏輯中根據工藝系統的特點預先設置上煤、配煤方式。

鍵盤是輸煤系統的監視控制中心，LCD屏幕除了顯示工藝流程及測量參數、控制方式、順序運行狀況、控制對象狀態外，還能顯示成組參數。當參數越限報警、控制對象故障或狀態變化時，以不同顏色進行顯示。LCD畫面按照工藝流程圖設計，設有足夠的畫面幅數以保證工藝系統和控制對象的完整性及滿足整個系統的運行和控制的需要。

在輸煤系統每條皮帶的頭部設置皮帶電動機就地控制箱，用以實現皮帶就地操作和皮帶保護信號就地匯總的作用。此箱內包括各設備就地控制元件和現場總線設備等。本工程輔助車間監控網絡（簡稱輔網）采用100M的工業以太網聯網集中控制方式，輸煤程控系統作為整個輔助車間控制網絡的一個子系統，輸煤系統與輔網通過冗余交換機連接，留有滿足上層網絡要求的通訊接口。通訊接口能滿足通過全廠輔助車間監控網絡的上位機實現對輸煤程控系統進行遠方監視和控制、參數和報警顯示、報表打印、程序在線修改和下載等功能。當一條網絡線路通訊故障時，可自動切換至另一條線路，因此不會影響上層網絡對本系統的監控。在整個網絡故障時，或者在其它特殊情況下(如系統調試、檢修)可在脫硫控制室，通過上位機監控設備以保證生產運行和設備的安全。本控制系統在接入上層網絡時，有防病毒措施，確保不會受到病毒的攻擊。

輸煤程控系統監視和控制的所有LCD畫面都按照輔助系統控制網絡統一要求的方式進行組態，輸煤系統PLC控制程序的組態和修改可在全廠輔助系統集中控制網絡的工程師站上進行。設備廠家提供一套完整的PLC系統組態軟件的使用程序軟件，可在工控機上用軟件對系統組態進行編輯和修改，而且在線編輯和修改時不會影響系統的正常運行。

輸煤通訊調度臺布置在程控臺上。當輸煤系統進行程控操作和報警時，與設在各個轉運站本地的輸煤系統進行有線呼叫聯系，并將相應語音信息在整個皮帶沿線播放。程控系統預留與全廠閉路電視系統聯動的接口。工業電視監視器布置在輸煤控制室內程控臺前，工業電視切換裝置布置在程控臺上。當輸煤程控系統檢測到某轉運站或某位置處的設備故障或報警時向工業電視監視系統發出信號，使工業電視系統能給對位置處的攝像頭發出切換信號，并在工業電視系統內將該位置攝像畫面顯示在工業電視監視器上。

程控系統與相對獨立的由工藝專業成套的設備如滾軸篩、除塵器、除鐵器等設備之間的連接采用通信方式實現。斗輪機不參與程控（機上自帶程控）操作，但機上帶式輸送機與地面帶式輸送機設事故連鎖，并與輸煤程控系統通信及音響信號聯系。