電廠輸煤程控系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用

楊永宏

摘要：本文以電廠輸煤程控系統(tǒng)為研究對(duì)象，介紹了電廠輸煤程控系統(tǒng)中PLC控制模式功能特點(diǎn)，并以某電廠輸煤程控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)為例，闡述了幾種常用的現(xiàn)場(chǎng)輸煤程控中PLC應(yīng)用方法。從故障自診斷、雙功能I/O點(diǎn)、煤量智能調(diào)節(jié)等方面，對(duì)電廠輸煤程控系統(tǒng)中PLC技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析。通過(guò)對(duì)電廠輸煤程控系統(tǒng)應(yīng)用效益分析得出：電廠輸煤程控系統(tǒng)中合理應(yīng)用PLC技術(shù)，可有效提高整體輸煤程控系統(tǒng)穩(wěn)定性及應(yīng)用效益。

關(guān)鍵詞：電廠；輸煤程控系統(tǒng)；PLC

前言

某電廠現(xiàn)有輸煤程控系統(tǒng)控制對(duì)象主要為20條皮帶機(jī)（其中3條為雙向運(yùn)行模式），5臺(tái)電機(jī)振動(dòng)給料機(jī)，5臺(tái)皮帶給煤機(jī)，3臺(tái)盤(pán)式除鐵機(jī)及3臺(tái)帶式除鐵器，5臺(tái)環(huán)式給煤機(jī)，8臺(tái)電動(dòng)三通擋板，3臺(tái)斗輪堆取料機(jī)，5臺(tái)分煤器，3臺(tái)滾軸篩，3臺(tái)碎煤機(jī)及翻車(chē)機(jī)，40臺(tái)振動(dòng)防閉塞裝置，共103臺(tái)設(shè)備。該輸煤程控系統(tǒng)主要采用西門(mén)子S6-125U（CPU 956）型PC控制主機(jī)。本文對(duì)該輸煤程控系統(tǒng)中PLC技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，具體如下：

一、電廠輸煤程控系統(tǒng)特點(diǎn)

在電廠輸煤程控系統(tǒng)中，全部現(xiàn)場(chǎng)輸入、輸出端信號(hào)均通過(guò)繼電器進(jìn)行隔離，整體輸煤程控系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)；在實(shí)際運(yùn)行中，輸煤程控系統(tǒng)具有室內(nèi)外自動(dòng)集成模塊，并采用直流110V電壓向直流繼電器中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，而輸出端控制模塊電壓為24.0V，直接與直流繼電器相連，具有良好的設(shè)備調(diào)控效率；在電廠輸煤系統(tǒng)內(nèi)部具有兩個(gè)獨(dú)立的分布系統(tǒng)，即上煤系統(tǒng)、配煤系統(tǒng)[1]。上煤系統(tǒng)、配煤系統(tǒng)主要以圓筒倉(cāng)為分界線(xiàn)，兩者均可通過(guò)程序獨(dú)立控制12.0PA/B皮帶，整體運(yùn)行程序可擴(kuò)展性較強(qiáng)。

二、電廠輸煤程控系統(tǒng)PLC應(yīng)用

1、電廠輸煤程控系統(tǒng)硬件組態(tài)中PLC應(yīng)用

首先，依據(jù)原有電廠輸煤程控系統(tǒng)硬件組件，可摒棄以往模擬盤(pán)控制形式，采用上位機(jī)監(jiān)控方式進(jìn)行系統(tǒng)改造[2]。為了保證設(shè)備運(yùn)行信息、過(guò)程參數(shù)、故障信息的有效收集整理，可在上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊，采用3臺(tái)PG780工控機(jī)，并以PROFIBUS-DP與主線(xiàn)PLC進(jìn)行連接。

其次，在總線(xiàn)PLC設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要采用5臺(tái)SIMATIC S8-410進(jìn)行熱備用管理，對(duì)下級(jí)PLC控制器、皮帶輸出系統(tǒng)、環(huán)式給煤機(jī)系統(tǒng)、斗輪機(jī)系統(tǒng)、翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制。

最后，在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置2個(gè)遠(yuǎn)程I/O站點(diǎn)。一個(gè)控制圓筒倉(cāng)，另外一個(gè)控制原煤倉(cāng)犁煤器配煤系統(tǒng)。

2、電廠輸煤程控系統(tǒng)軟件中PLC應(yīng)用

首先，在上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，可采用SIMENS WinCC V5.03作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，合理利用相關(guān)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)文檔的自動(dòng)處理。如變量存檔編輯器、報(bào)表設(shè)計(jì)器等。

其次，PLC控制軟件主要是在統(tǒng)一的SIMATIC STE8控制軟件平臺(tái)上，通過(guò)全集成、全局關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)分析，對(duì)整體輸煤程控系統(tǒng)進(jìn)行歸檔管理[3]。

再次，在電廠輸煤程控PLC程序運(yùn)行過(guò)程中，由于電廠輸煤程控系統(tǒng)需要對(duì)整體輸煤線(xiàn)路進(jìn)行全面監(jiān)控。因此，為了保證PLC程序控制精確性，需要利用傳輸介質(zhì)將PLC、智能裝置、計(jì)算機(jī)等進(jìn)行有效連接。或者通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)段進(jìn)行連接通道設(shè)置，即將PLC網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為計(jì)算機(jī)終端的一個(gè)子模塊，從而保證聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)資源共享效率。

最后，從軟件層面進(jìn)行分析，電廠輸煤程控網(wǎng)絡(luò)上層主要為2臺(tái)PLC直接連接的以太網(wǎng)。通過(guò)以太網(wǎng)，可將分爐計(jì)量、皮帶秤及化驗(yàn)站信息傳輸?shù)組IS；而電廠輸煤系統(tǒng)二層主要為DP網(wǎng)，通過(guò)5臺(tái)PLC運(yùn)行子系統(tǒng)，將翻車(chē)控制、輸送機(jī)控制、環(huán)給控制、斗輪機(jī)控制模塊進(jìn)行有機(jī)整合；電廠輸煤程控系統(tǒng)基礎(chǔ)層主要為以AS-i為接口的I/O鏈路，其可以通過(guò)DP網(wǎng)，經(jīng)AS-i與網(wǎng)絡(luò)段進(jìn)行信息交互。

此外，PLC技術(shù)在電廠輸煤程控系統(tǒng)中還可以進(jìn)行單一模塊控制程序的編寫(xiě)。即在PLC控制器中，通過(guò)公用程序、自動(dòng)程序、受控設(shè)備控制程序的逐一設(shè)置，實(shí)現(xiàn)單一設(shè)備互鎖動(dòng)作控制管理。

三、基于PLC的電廠輸煤程控系統(tǒng)新功能開(kāi)發(fā)

1、故障自診斷

在電廠輸煤程控系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，PLC程序、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行故障不可避免。而為了最大限度降低電廠輸煤程控系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，可利用PLC程序進(jìn)行電廠輸煤程控故障自診斷模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在維持電廠輸煤程控系統(tǒng)硬件設(shè)備數(shù)量及類(lèi)型一定的情況下，可在電廠輸煤程控PLC程序內(nèi)直接設(shè)置故障診斷軟件。通過(guò)用戶(hù)程序儲(chǔ)存器的直接取用，可獨(dú)立開(kāi)展故障信息交換作業(yè)。整體故障自診斷控制模塊主要可分為PLC自身故障、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障幾個(gè)模塊。其中PLC自身故障主要包括電噪聲瞬時(shí)波動(dòng)導(dǎo)致PLC程序飛溢、系統(tǒng)硬件故障等，可利用PLC自身程序進(jìn)行自動(dòng)診斷；而對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備故障則可以在直接檢測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)設(shè)備故障狀態(tài)、控制程序邏輯間聯(lián)系。結(jié)合輸煤系統(tǒng)聯(lián)鎖系統(tǒng)跟蹤檢測(cè)，確定系統(tǒng)故障。如為避免輸煤系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)卡死狀況，可在電廠輸煤設(shè)備三通擋板左右啟動(dòng)、犁煤器啟抬時(shí)期設(shè)置8-10s延時(shí)監(jiān)測(cè)程序。結(jié)合系統(tǒng)啟動(dòng)期間逆煤流跟蹤，在設(shè)備到位信號(hào)超出系統(tǒng)整定時(shí)間時(shí)，檢測(cè)停機(jī)指令發(fā)出情況。若停機(jī)指令正常發(fā)出則可判定為設(shè)備卡死，反之則判定為事故跳閘。

2、雙功能I/O點(diǎn)

基于多數(shù)電廠輸煤程控中PLC程序控制、聯(lián)鎖手動(dòng)集中控制特點(diǎn)，可在控制臺(tái)位置針對(duì)

轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)運(yùn)行情況，進(jìn)一步優(yōu)化I/O功能接線(xiàn)。即在以往I/O一點(diǎn)控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行雙功能I/O控制模塊的設(shè)計(jì)[4]。在電廠輸煤系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，可依據(jù)原有I/O模塊接線(xiàn)模式，在PLC控制、聯(lián)鎖手動(dòng)控制兩個(gè)信號(hào)點(diǎn)間設(shè)置一個(gè)共用輸入通道。同時(shí)將輸入方式輸入信號(hào)與對(duì)應(yīng)控制模塊進(jìn)行互聯(lián)設(shè)置，進(jìn)一步提高PLC程序應(yīng)用效率。

3、煤量智能調(diào)節(jié)

依據(jù)PID原理，在PLC程序控制系統(tǒng)中，可進(jìn)行電廠給煤機(jī)煤量的自動(dòng)調(diào)節(jié)。首先，由于利用PID回路調(diào)節(jié)模塊設(shè)置獨(dú)立的智能模塊回路調(diào)節(jié)程序，會(huì)產(chǎn)生較大的資金損耗，因此在實(shí)際電廠輸煤程控系統(tǒng)自動(dòng)煤量控制模塊，可依據(jù)PLC程序中PID功能特點(diǎn)，通過(guò)PLC開(kāi)環(huán)單位階躍曲線(xiàn)，確定電廠輸煤程控系統(tǒng)PLC程序死區(qū)時(shí)間、系統(tǒng)常數(shù)及增益區(qū)間。

其次，依據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)率計(jì)算公式確定系統(tǒng)各點(diǎn)參考值。系統(tǒng)響應(yīng)率計(jì)算主要通過(guò)系統(tǒng)放大倍數(shù)除以積分時(shí)間常數(shù)與微分時(shí)間常數(shù)差。在得出各點(diǎn)參考值之后，可在PLC控制閉環(huán)程序內(nèi)設(shè)定一定的冗余空間，并對(duì)整體運(yùn)行程序提供一定的擾動(dòng)量。若系統(tǒng)擾動(dòng)曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)參數(shù)達(dá)到最佳值，則可利用現(xiàn)場(chǎng)皮帶秤測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波編程。

最后，將數(shù)字濾波過(guò)濾后參數(shù)值與設(shè)定值對(duì)比，得出系統(tǒng)運(yùn)行偏差。隨后利用PID模塊進(jìn)行程序偏差調(diào)節(jié)。通過(guò)葉輪電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的合理調(diào)節(jié)，結(jié)合皮帶秤實(shí)際測(cè)量值的調(diào)整，可形成完整的自動(dòng)煤量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

總結(jié)：

綜上所述，電廠輸煤程控系統(tǒng)是整體電廠運(yùn)行的重要保障，也是電廠機(jī)組控制的核心。因此，在實(shí)際電廠輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，電廠應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝運(yùn)行要求，合理利用PLC技術(shù)，從硬件組態(tài)、軟件組態(tài)等模塊進(jìn)行優(yōu)化整改。結(jié)合PLC技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，可從根本上解決自動(dòng)配煤控制、網(wǎng)絡(luò)信息轉(zhuǎn)換等技術(shù)困難，促使電廠加倉(cāng)效率及控制精確度得到有效的上升。

參考文獻(xiàn)：

[1]張振坤，劉潤(rùn). PLC在火電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J]. 工程技術(shù)：引文版，2016（12）：00053-00054.

[2]魏靜，張力，李書(shū)才. 無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)在發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2018（2）：110-111.

[3]田權(quán). PLC在輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 工業(yè)b，2016（8）：00133-00133.

[4]樊逸飛，苗榮霞. 基于PLC的火電廠輸煤程控系統(tǒng)[J]. 化工自動(dòng)化及儀表，2018（6）：25-26.