基于PLC的燃煤電廠輸煤控制系統的設計

郭葆文，丁彥賓，殷玉恒

(1.酒鋼集團公司，甘肅 嘉峪關 735100；2.哈爾濱理工大學，哈爾濱 150080)

基于PLC的燃煤電廠輸煤控制系統的設計

郭葆文1，丁彥賓1，殷玉恒2

(1.酒鋼集團公司，甘肅 嘉峪關 735100；2.哈爾濱理工大學，哈爾濱 150080)

火電廠的輸煤系統是電廠輔機系統的重要組成部分，它和其它相應的機電設備承擔火電廠電力生產燃料供應任務。在火電廠的運行過程中，輸煤系統工作效率的提高是整個火電廠工作效率提高的關鍵因素，整個輸煤過程的遠程監控也對自動控制系統的設計提出了更高的要求，因此在輸煤系統中選用當今應用最廣泛的PLC控制系統，使這種理想迅速地成為現實。

火力發電廠；輸煤系統；控制系統；PLC

0 引 言

火電廠的輸煤系統是輔機系統的一個重要組成部分，是保證火電廠穩定可靠運行的重要因素之一。一個高可靠性和靈活性的燃料輸送系統是機組乃至整個電廠穩定運行的重要保證，其運行的好壞直接影響到電廠的安全運行。

傳統的輸煤控制系統是以繼電器為控制設備，加以人工手動操作的半自動化系統。由于輸煤現場條件極其惡劣，這對工人的健康十分不利。并且，工人的手動操作有很多不確定性，經常有皮帶跑偏、皮帶撕裂及落煤管堵塞等，而且效率低下，對電廠的穩定運行也會產生十分不利的影響。這樣，用可編程控制器(PLC)來取代傳統的繼電器來控制電廠的輸煤系統，就可以利用PLC來完成對輸煤系統的控制，不但使工人的工作壓力及環境得以優化，更重要的是提高了電廠的運行效率。為此對火電廠輸煤控制系統進行改造，用自動化水平高的PLC控制系統代替原有的繼電器控制系統勢在必行。

1 火電廠輸煤系統的介紹

電廠輸煤系統比較復雜，目前仍以常規皮帶輸送機為主。整個系統控制的對象較多，主要有：皮帶輸送機、碎煤機、篩分機、環式給煤機、葉輪給煤機、皮帶給煤機、振動給煤機、除大塊器、斗輪式或門式堆取料機、火車用翻車機、三通電動擋板、分煤器、帶式盤式除鐵器、電子皮帶稱、采樣器、除塵器、配煤小車、犁式卸料器等等。輸煤系統的保護或測量裝置也比較齊全，如測量皮帶的跑偏、打滑、速度、煤流、堵煤、拉繩、跳閘、撕裂、拉長等，測量設備的超溫、超振、過負荷等，測量煤倉的高低煤位信號、煤倉稱重信號、犁煤器的抬落到位信號，設備的控制信號有啟動、停機、抬、落、及聲光報警等。這些設備的控制和保護監測信號絕大多數為開關量信號，一個4×300 MW的電廠輸煤系統，按最基本的控制要求計算，一般輸入輸出開關量在1 000點左右。

廠用煤由火車運來，經翻車機將煤卸入煤斗或煤場，再經給煤機或斗輪機將煤裝上皮帶輸送至原煤倉。一般皮帶均安裝雙路，可一路運行一路備用，也可雙路同時運行。雙路之間可通過二通擋板進行交叉運行，也可以將一路皮帶的煤經分煤器同時分配給兩路皮帶送到不同地方。來煤常夾帶各種金屬或大的異物，將給皮帶、碎煤機及磨煤機帶來損害，因此用磁鐵分離器和除大塊器將金屬及大物除去，要求高的要多次除鐵。為了減少磨煤機出力，來煤一般要經過篩分機將大塊煤分離出送入碎煤機破碎，而小塊煤可經篩分機直接進入下一級皮帶。

為了保證鍋爐用煤，電廠都有儲煤場或干煤棚，可供鍋爐10～15 d燃用。來煤經皮帶到煤場存儲，用煤時再從煤場取煤送到煤倉，有的電廠為增加儲煤量或考慮到混煤用，還建有大型原煤倉，可儲存1～2 d的用煤量。煤經過皮帶運送，最后到煤倉間。一般一臺鍋爐，對應2～3個煤倉，倉上有兩條皮帶，每個倉在兩條皮帶上共有2～4臺犁煤器，用犁煤器將皮帶上的原煤按要求分別送至各煤倉。

圖1為火電廠輸煤系統運行工藝圖。

圖1 火電廠輸煤系統運行工藝圖

2 輸煤控制系統實現的功能

輸煤控制系統通常采用控制室集中控制方式，控制室內正常運行方式以程序自動控制為主，帶聯鎖或解除聯鎖手動控制為輔(事故或緊急情況下運行方式)，運行人員在控制室內通過CRT、鍵盤、鼠標等可以實現對全部主要輸煤設備的監視和控制。

(1)上煤控制功能

上煤控制功能分程控自動、程控手動和就地手動3種方式。程控自動方式的所有操作通過程控室上位機軟件操作實現，程控手動方式包括程控聯鎖手動，程控解鎖手動兩種。

(2)程控啟停操作及手動單控操作

設備在啟動前，對要啟動的給、輸、配煤設備進行選擇來決定全系統的啟動程序。再根據選定的程序運行方式，按所發出的啟動指令進行啟動，在啟動前，可通過監視程序流程或模擬屏顯示確定程序正確與否，如有誤可及時更改。需要停止設備運行時，將控制開關打在停機的位置。運行的設備經過一定的延時之后，按順煤流方向逐一停止。

(3)程序配煤和手動單獨操作

配煤控制功能分為程控自動配煤、遠方手動配煤和就地手動配煤3種方式，配煤系統具有完善的分路計量功能。通過預先編制的配煤程序，使所有的犁煤器按程序要求抬犁或落犁，依次給需要上煤的煤倉進行配煤。當遇到機組鍋爐檢修、輸煤設備檢修、個別倉停運時，程序控制按照設置的“跳倉”功能自動跳倉，犁煤器將自動抬起、自動停止配煤。

(4)設備狀態監視

對皮帶的運行狀態進行監視，對原煤倉煤位、犁煤器的狀態進行監視，對設備的歷史過程進行記載。

(5)故障音響報警

設備在運行中發生皮帶跑偏、落煤管堵煤、煤倉煤位低、皮帶撕裂、電動機故障跳閘、現場故障停機時，程控CRT發出故障報警信號，模擬系統圖上對應的設備發出故障閃光，同時電笛發出故障音響信號。

(6)煤倉煤位測量和顯示記錄功能

輸煤系統具有計算機管理功能，能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，打印各種報表和記錄，并能在CRT上查詢和調用有關數據。

(7)事故追憶功能

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，并能夠隨意調用和打印。

(8)上煤、配煤方式選擇功能

系統邏輯中應根據工藝系統的特點，預先設置多種上煤、配煤方式。運行人員可以根據輸煤系統設備狀況選擇不同的上煤、配煤方式。

3 輸煤控制系統的軟件設計

本次設計的現場有兩個煤原，即原煤倉和取煤篩口。無論取煤機從哪個煤原取煤，煤最終都要落到A、B兩條皮帶上。煤經運輸皮帶的零段、Ⅰ段、Ⅱ段，最終運動到達Ⅲ段的分煤機架上。分煤機架的下方是鍋爐煤倉。每個鍋爐煤倉的獲煤口都有各自相應的電動犁煤器。當犁煤器落下，分煤機架上的煤將經過獲煤口被送入對應的煤倉，對應煤倉獲煤。每臺鍋爐配有2個煤倉，每個煤倉有4個獲煤口，沿A、B帶為1、2號鍋爐的4個煤倉配煤，A、B兩條帶分別為2個獲煤口供煤。根據各煤倉獲煤口煤位，控制犁煤器抬落，來控制煤落入煤倉。

3.1 上煤控制

上煤控制分為自動、手動、就地3種方式。

(1)自動方式

自動方式的所有操作均可通過上位機鍵盤操作，運行人員根據工藝要求可在LCD上調出預選流程菜單,當程序選擇無誤且組成一條完整的流程時，LCD上出現程選有效信號，當擋板及犁煤器全部到位后，經20 s后發出允許啟動信號，所選皮帶按逆煤流方向啟動各臺設備，每條皮帶起動前警鈴發出20 s鐘告警，皮帶啟動后現場警鈴告警解除;程序停機時按順煤流逐一按預定的延時停機。在運行中，當任一設備發生重大事故、拉線動作和持續2 s的重跑偏、打滑等，立即聯跳逆煤流方向的設備，但碎煤機除自身事故外延時聯跳。當緊急停機時，運行設備立即全線停機，僅碎煤機延時停機，延時達30 min。

(2)手動方式

手動方式分為聯鎖手動和解鎖手動。聯鎖手動是運行人員在上位機上通過PLC完成。運行人員根據運行要求在上位機上調出相應畫面進行，對已選擇好流程的設備按聯鎖方式逆煤流一對一啟動設備，按順煤流方向一對一停機。解鎖手動也在上位機進行操作，此時無任何聯鎖關系，可啟停任何設備。

(3)就地方式

就地方式是在就地控制箱或開關柜上進行操作，此時控制室對設備不起控制作用。上煤系統在現場設有僅供設備檢修、調試的起停按鈕及事故緊急停機拉線開關。

自動上煤控制流程如圖2所示。

圖2 自動上煤控制流程圖

3.2 配煤控制

配煤控制功能分為程控配煤和手動配煤。通過控制配煤方式，可以靈活的控制加倉。

程控配煤根據鍋爐的加倉要求，由操作員通過鍵盤和鼠標輸入相關指令，實現自動加倉配煤。應遵循的原則有：

(1)煤位優先加倉：加倉起始，先順序給低低煤位倉優先配煤，直至消除煤倉低低煤位信號。

(2)時間循環加倉：待所有煤倉低低煤位信號消失后，在按順序對各煤倉以一定時間循環加倉。各煤倉的加倉時間可在上位機上任意設定，也可設置為各煤倉加到高煤位后再轉向下一煤倉。

(3)自動跨越功能：在配煤過程中能自動跳過高煤位、超高煤位的煤倉及檢修倉。

(4)尾倉、檢修倉設定：在上位機上可任意設定尾倉、檢修倉、加倉時尾倉及其后方煤倉均不再配煤。

(5)勻煤功能：當全部煤倉出現滿煤位信號后，上煤程序自動停機并把皮帶上余煤配至尾倉或均勻配至各倉。

(6)超高煤位報警：配煤過程中，任一煤倉出現超高煤位，立即報警并換倉配煤。

具體過程為：

(1)加倉開始，先順序給低低煤位倉配煤并報警，配一定數量的煤，消除煤倉低低煤位狀態。

(2)依次給出現低煤位的倉順序配煤，消除煤倉的所有低煤位信號。

(3)所有低煤位信號消失后，再進行順序配煤，當倉滿后轉到下一個煤倉進行順序配煤，直到所有煤倉滿。

(4)順序配煤過程中，如果又出現低低煤位、低煤位倉，則停止煤倉順序加倉程序，優先為低低煤位、低煤位倉配煤，配一定數量后，再轉入順序加倉程序。

(5)當全部煤倉出現滿煤位信號后，程序自動停機并把皮帶上余煤均勻分配給各煤倉。

(6)在配煤過程中能自動跳過高煤位倉。

(7)配煤的尾倉設定可通過上位機進行設定，加倉時尾倉及其后方煤倉均不允許配煤。

(8)煤倉配煤也可在煤倉層就地由人工通過就地控制箱上的操作設備進行控制。

根據控制要求，設計自動配煤流程如圖3所示。

4 輸煤控制系統硬件設計

根據控制系統I/O點數，輸煤控制系統的PLC選用歐姆龍CJ1M系列產品，具體配置見表1。

表1 輸煤控制系統PLC硬件配置表

5 結束語

目前，國內火電廠輸煤控制系統以PLC為主，它有以下特點：能夠承受惡劣的工業環境，具有很強的抗干擾性；結構模塊化，系統配置簡單；可與工業現場信號直接輸入輸出連接，針對不同的現場信號有相應的I/O模塊；編程簡單且具有在線編程功能；可靠性強。基于以上優點，輸煤控制系統采用PLC程控能夠方便地實現多種運行方式的選擇，使整個系統功能更為合理，更加完備，運行更可靠、更靈活，可維護性、自檢能力、安全保障能力及通信能力等也都得到了進一步的提高，有利于解決過去輸煤系統投運后易出現的現場問題，從而大大提高了輸煤系統的自動化水平。

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Coal-fired Power Plant Coal Conveying Control System Based on PLC Design

GUO Bao-wen1，DING Yan-bin1，YIN Yu-heng2

(1. Jiugang Steel (group) Co., Ltd., Gan Su, Jiayuguan 735100, Gansu Province, China; 2. School of Automation, Harbin University of Science and Technology, Harbin 150080, China)

The coal transmission system is a very important part for the power-assisted system. It bears a duty to supply the fuel by the way of electricity mandate in the thermal power plant, so as the other related mechanical and equipment does. During the thermal power plant is running, the improving of the input feeding system, which is the key to improve the efficiency of thermal power plant operating. The tele-monitor control system in the whole process of conveying simultaneously also sets a higher request to the design for the automatic control system,so we selected the most widely used PLC control system to make the ideal into reality.

Thermal power plant; Coal convey system; Control; PLC

2014-11-18

2014-12-27

郭葆文(1965-)，男，大學本科，研究方向為控制系統及自動化。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.01.011

TM166

B

1009-3230(2015)01-0045-05