以PLC技術為核心的火電站除灰控制系統的開發研究

肖澄中

作為火電廠生產流程中的重要環節，除灰系統是實現廢物利用、保護環境、確保系統有效運行的關鍵技術。目前，我國的除灰控制系統采用的是以PLC（可編程控制器）技術為核心的集散型控制系統。本文以PLC技術的基本結構、工作原理以及技術功能等概述為出發點，分析了PLC控制系統的設計方法，提出了除灰控制系統的解決方案，并探討了PLC在除灰控制系統中的應用，旨在推進PLC技術在火電廠的除灰控制系統的應用，并為除灰控制系統的開發提供參考。

【關鍵詞】PLC技術 除灰系統 控制系統

1 PLC技術

1.1 工作原理

PLC運用周期性的循環掃描方式工作的，即系統從第一條程序指令開始，無跳轉和中斷地逐條執行程序，直到程序的終結，最后再執行程序的掃描。具體有五個階段：程序的內部處理、通訊處理、輸入掃描、程序執行和程序輸出。在內部處理階段，CPU檢測主機的硬件、所有I/O模塊的狀態以及運行狀態下客戶的存儲器，一旦發現異常情況立刻停機診斷并進行錯誤分析；在信息的處理階段，通信接口處的信息由CPU檢測是否有計算機、編程器等通信請求，若接收到通訊請求即完成數據傳輸；在輸入處理附件，CPU根據數字量輸入點的狀態進行掃描，并將掃描的結果輸入寄存器中；在執行用戶程序階段，CPU按先后順序讀取并執行指令，直到程序指令的結束；CPU在指令的執行中從寄存器中按順序依次讀取各輸入點的狀態，并進行邏輯運算，最后將運算處理結果自動輸送到寄存器中；在輸出處理階段，CPU對輸出點的信息進行刷新，并將輸出點信號轉換成能被數控設備接受的電流或電壓信號，驅動所控設備。

1.2 PLC技術功能

1.2.1 邏輯控制功能

PLC最基本、應用最廣泛的領域便是邏輯控制。PLC代替了傳統的繼電器，實現了順序控制以及邏輯控制，不僅在單臺設備的控制上得到應用，也應用于流水化作業以及多機控制；

1.2.2 模擬量控制功能

模擬量通常是指流量、壓力、速度、溫度等在工業生產過程中常用的數據。PLC利用其配套的數字量和模擬量的轉換模塊，將數字量和模擬量之間進行數字轉換，實現對模擬量的控制功能；

1.2.3 數據處理功能

實現對數據的采集、運算、傳輸、轉換、分析以及處理的功能是PLC的基本功能。通過對采集數據進行比較和處理實現特定的控制。

2 PLC控制系統的設計方法

2.1 PLC的程序設計

PLC的程序設計主要包括手動程序設計、自動程序設計、公用程序設計以及原位程序設計。分步對程序進行設計的時候，PLC只需對上述的四個部分作為整體結構進行分析，但在進行系統的模擬和調試時，要分別對四個程序進行調試，最后再調試整體程序；

2.2 PLC控制系統設計的基本原則

（1）充分發揮PLC的控制功能，實現對被控設備的控制。這要求相關技術人員通過考查系統實際的運行環境，結合分析實際的案例，并與顧客及時溝通，從而解決系統中發生的問題，實現對設備的控制功能；

（2）保證控制系統穩定運行的時間要求，是PLC控制系統設計的重要的原則；

（3）最簡原則。即要求控制系統在滿足運營成本和運營開銷的前提下，使控制系統的工程效率最大化。

3 基于PLC技術的火電站除灰控制系統開發

3.1 控制系統的需求分析

首先是監控層的需求分析。在火電站車間安裝網絡監控系統，聯接除灰的控制子網，實現對除灰裝置的在線監控、設備的故障診斷和維護、數據分析等功能。同時還要在除灰車間配備值班室和監控室。

其次是控制層的需求分析。在應用功能上，控制層要與各除灰系統的PLC控制設備建立聯接，從而實現通信管理和遠程通信的功能；在用戶配置上，要保證每套除灰系統配備兩臺，分別用于除灰過程的操控和監控，互為備用。此外，火電廠應配備8臺PLC，同樣地配備8臺作業員站。

最后是現場層的需求分析。在網絡功能上，主要實現對驅動器、傳感器、執行機構以及遠程設備的連接，以及對其輸出信號的處理和控制；在配置上，要保證有20個遠程I/O；在網絡容量上，要配置8座#11和#12爐渣系統的遠程I/O站，2座#7遠程I/O站，3座#5、#6遠程I/O站，4座#1～#4遠程I/O站。

3.2 監控組網方案實現

3.2.1 網絡類型

由于網絡對數據傳輸的數據量大、性能要求高、兼容性要求高等特點，同時結合監控系統的設計要求，綜合考慮當前及未來的流量擴展的需求，通常采用100MB/S的以太網；

3.2.2 網絡結構

通常配備有網卡、接口、局域網、班長工作站以及工程師工作站。傳輸主干線采用100Base，并通過網絡實現實時監控；

3.2.3 連接介質

控制層和監控層之前的連接介質通常選用光纜，其不僅抗干擾性強，還可實現遠距離安全傳輸。

3.3 除灰控制系統中的PLC技術

3.3.1 PLC的技術要求

（1）硬件設備：除灰系統的硬件設備以及PLC裝置均采用統一的標準產品，編程控制器中的硬件設備必須滿足的相對溫度范圍是5-90%，溫度范圍為0-50℃；

（2）RAM存儲器：要求RAM存儲器的電池使用壽命在半年以上，以確保程序數據不會丟失。此外，程序中要安裝指示燈用來查看電池的使用情況以及監測控制系統中的故障；

（3）編程語言：除灰系統的編程語言要使用PLC語言，在PLC技術中要編入邏輯程序，以實現邏輯功能。

3.3.2 上位機的技術要求

在OS主機的選擇上，要采用能支持虛擬技術的多核處理器，能支持400/550MHZ的總線以及工業級別的CPU主板；在顯卡的選擇上，要采用工業級別的有大容量系統內存的工業顯卡，以確保獲得極大的圖形處理速度；通訊設備要采用通訊速度快、可靠性能高的PLC通訊設備，工業上多采用以太網，其速度最高可達100Mbps。

4 結論

目前，我國火電廠在以PLC技術為核心的除灰控制系統在信息化建設上仍處于發展階段。一個穩定、安全、高效的除灰控制系統不僅可以降低故障率、提高系統運行的可靠性、提高除灰效率，還有助于節約勞動成本。因此，我國應加大PLC技術的設計研發，提升PLC技術在除灰控制系統上的應用，早日實現除灰系統的精準、智能化控制。

參考文獻

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[3]陳躬炎.基于ControlNet的集散控制技術在除渣系統中的應用[D].南京：南京理工大學，2006.

作者單位

哈爾濱電站設備成套設計研究所有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150046