輸煤程控系統PLC控制技術分析

李繼強

摘要：火力發電廠的輸煤程控系統是以計算機，通信網絡和電子模件，傳感器等機電設備等組成，對電廠運煤系統進行控制，監視的和保護的系統。

關鍵詞：輸煤程控系統、PLC控制柜、功能測試、系統、IO通道、工程師站、監視、安全、DCS

內容：

1.隨著“一帶一路“的戰略延伸，中國很多建設公司走出國門參與周邊國家的基礎設施建設。其中包括很多火力發電廠。這其中包含論文分析的輸煤程控系統。

2.輸煤程控系統PLC控制柜的主要特點為功能分散、操作顯示集中、數據共享、以I/O 卡件為信號傳遞模塊。

3.控制分析

?硬件配置檢查

?PLC 控制柜：涵蓋機柜尺寸、顏色、外觀、內部接線、KKS碼、防護等級；(電源電纜線徑不宜低于2.5平方，顏色根據簽訂的技術協議制定，可根據國標或IEC相關標準，目前外資電廠普遍依照IEC標準制定。開關量電纜宜選用阻燃屏蔽控制電纜，模擬量及脈沖量弱電回路宜選用阻燃計算機屏蔽電纜，纖芯截面積不小于1平方。現在標準項目都會給每臺柜子添加KKS編碼用以識別和管理所有設備這一項要逐一對比分析核對。)

?模件類型及數量：模件數量型號應與技術協議及圖紙匹配；

?工程師站、操作與監視系統：配置檢查（處理器、內存、硬盤、操作系統）；外觀設備檢查；

?總線與電源系統型號配置檢查

?不同類型的I/O分布測點至少留有15%-20%的備用量，控制器的處理器應有40%的余量，處理器內存應有50%的余量。電源容量應有30%-40%的余量。

?PLC自動控制系統功能測試

?硬件功能測試：電源輸入24VDC、模件工作情況正常，無故障、組態編譯無錯誤，組態下裝時CPU仍能正常工作，系統不受影響在線下裝、在線插拔模件，系統應能正常工作，LCD上顯示卡件故障信號、復位或拔出控制器模件，系統應自動平穩的切換到備用控制器工作，模件復位完成后應能自動投入到備用狀態、切斷一路24V電源，系統應能正常工作；

?軟件要求分析：PLC 系統組態是否采用統一方式的組態，組態的統一性目的是方便維護理解。所有的算法及系統的參數應存儲在處理器模件的非易失性存儲器內，執行時不必重新裝載；監控系統的所有控制、監視、報警和故障判斷等功能，應由工控機主機提供，而且可在LCD上顯示和監視；在上位工控機上對系統組態，應用軟件無論是在線或離線的均應能進行編輯和修改，而且不影響系統的正常運行；順序邏輯控制應采用以邏輯圖和梯形圖的形式進行編輯，并能打印邏輯圖；事故報警功能應能使運行人員方便地辨別和解決各種問題。

?PLC系統耐壓及抗干擾能力分析：沖擊耐壓符合IEC60255-5：4級，正負5Kv。

1Mhz高頻干擾影響應符合IEC60255-22-1:3級，2.5Kv共模，1Kv差模。靜電放電應符合IEC60255-22-2：1996，嚴酷等級3。電磁輻射應符合IEC60255-22-3：1989.10V/m,80-1000MHz.快速瞬間脈沖干擾應符合IEC60255-22-4:4級，正負2Kv通訊口，電源正負4Kv。抗浪涌干擾應滿足GB/T15153.1-1998:3級,正負2Kv。電磁隔離1.5 Kv,以太網口。輸入通道共模干擾抑制比應大于120db,輸入通道差模干擾抑制比大于60db。系統可利用率大于99.9%，平均無故障時間（MTBF）應大于50000小時。

?總線功能檢查與測試（現場總線適用于距離長、設備分散、現場環境差的環境，并且降低了工程電纜造價，簡化了電纜設施，而且提高了監控系統的智能化和信息量，縮短了系統調試和運行維護時間）

?檢查OSM模件號、工作狀態、光纖環路斷路測試；

?網絡正常符合率低于20%，事故符合率低于40%。

?I/O 通道測試

?測試前需核對工藝流程圖、技術協議與I/O清冊是否吻合，需澄清所有異議；

?用信號發生器模擬DI信號，驗證輸入是否正確，用軟件模擬強制輸出，用測量儀器測量輸出的DO 信號，AI 信號采用信號發生器輸入對等的低、中、高數值的信號，檢查與工程師站的設定值是否匹配，AO信號采用軟件模擬輸出的方式進行輸出低、中、高范圍的數值，在終端用測量儀器測定信號輸出值已驗證回路是否暢通,脈沖量信號需要輸入一定的頻率和一定電壓的脈沖信號作，轉速量信號需要輸入一定頻率和一定電壓的正弦信號。

?模擬量輸入的精度應滿足如下要求：電流信號應<0.1%，電壓信號應<0.1%，熱電偶應<0.2%，熱電阻應<0.2%。模擬輸出量精度應<=0.25%，開關輸入輸出量靈活，脈沖輸入量應<=0.2%，轉速量的精度應為正負1轉/分。

?模擬量信號傳送時間不大于2S，開關量信號傳送時間不大于1S.

?模擬量的最大輸入阻抗應為250歐姆，模擬量輸出4-20mA應具有驅動回路阻抗大于600歐姆的負載能力，開關量輸入模件應具有光電隔離措施強電220VAC及110VDC的能力，開關量輸出模件應采用隔離繼電器后驅執行機構，輸出點容量不應小于220VAC，5A，依照具體項目要求而定.

?交流輸入電源測試

?兩路220 VAC進入一個電源自動切換開關，任一路電源斷開都能保證PLC柜能，正常工作，且電壓保持恒定，交流電壓的波動范圍不大于正負10%；

?輸煤程控應設置獨立的在線式UPS，蓄電池備電時間不低于0.5H.

?工程師站測試

?工程師站上電，系統登陸檢查(軟件版本號、組態圖檢查,軟件版本是否為最新，組態圖和工藝流程圖做一一對比，組態畫面的功能和邏輯與工藝一一核實）；

?打印機功能測試（選擇任意組態頁面打印、任意流程畫面打印、任意報警畫面打印）

?操作與監視系統測試

?檢查LCD 顯示，鼠標響應，報警信息顯示；

?選擇任意流程畫面，激活流程畫面（畫面顯示應清晰、整齊、色彩分明，各個流程圖的名稱與表征一至）；

?觀察相應的設備狀態變化；

?對現有組態進行修改，增量下裝到原主控制器或功能模件中，系統原組態數據應自動刷新，刷新周期不大于1S，下裝過程中應無出錯或死機等現象發生。

?系統響應時間測試

?對鼠標請求的響應時間（測試鼠標發指令至信號輸出模件的延時時間；任意操作任意設備的啟動和停止按鈕，在線監測組態頁面的反應時間間隔；同步觀測模塊內的狀態燈的變化及對應的繼電器的動作。）

?畫面對反饋信號的響應時間（選出任意一個模擬量測點，并給出仿真信號；同步監測畫面內的該測點的反饋變化；任意選擇一個開關量測點，并給出仿真信號；同步監測畫面內的該測點的狀態反饋變化。）

?調用一般畫面響應時間應小于1S，動態畫面響應時間不大于2S。

?系統負荷率測試

?利用PLC系統自帶程序進行CPU符合率測試，每個CPU的正常負荷率宜<30%，事故符合率宜<50%。

?冗余功能測試

?CPU 應用處理器的冗余切換試驗：切斷冗余CPU中的一個CPU，對信號的處理和傳輸沒有任何影響，系統運行正常，檢查對應的電源故障信息是否出現在組態屏幕上；

?安全性檢查

?一般項目會設置3個操作權限的安全級別登錄：工程師級，可以完成任何設備的所有控制和維護；操作員級，可以完成任何設備的所有啟動、停止、手動選擇等操作，瀏覽報警、趨勢；游客級，無任何設備操作權限，可以瀏覽報警趨勢。工程師級別和操作員級別的權限可以取消報警信號，所有取消報警的動作都會被記錄。

?輸煤程控系統PLC控制柜與DCS系統通訊測試

?兩者之間的測試通過MODBUS TCP/IP 協議解決，DCS系統作為主控裝置，輸煤程控系統作為輔控裝置，將輸煤程控系統MODBUS 通訊I/O清冊相關的輸入輸出量信息組態到DCS系統中。輸煤程控系統的PLC控制裝置將通訊到DCS主控系統上以核對組態信息的正確與否。核對的信息要求如下：模擬一個一個核對所有模擬量和數字量信號，核對輸煤程控系統與DCS系統的數值是否相同。

4.結束語

隨著中國基建走出去的項目越來越多，輸煤系統的PLC控制應用也越來越廣泛，集成度也越來越高，很多控制系統是由外方業主直接指定的國際品牌，應用的標準也隨之變成國外標準，對國內總包企業走出去增加了挑戰和難度。目前PLC控制趨勢和主導產品也日趨成熟，這都給中資企業轉型升級走出去提供了不少機遇。

參考文獻：

【1】孫茗、黃生睿、張麗華、季麗杰、汪少勇 火力發電廠運煤設計技術規程 2012.03.01