火電廠輸煤電氣控制系統研究與設計分析

摘要：火電廠輸煤電氣控制系統是保證火電廠平穩運行的關鍵。現圍繞火電廠輸煤電氣控制系統，詳細分析了該系統的設計流程，包括硬件設計和軟件設計，旨在為日后設計工作的順利開展奠定堅實基礎。

關鍵詞：火電廠;輸煤電氣控制系統;硬件設計;軟件設計

0 引言

火電廠輸煤系統中設備眾多，工作流程較為復雜，在實際運行過程中易受到外界以及內部因素的影響。因此，在火電廠輸煤電氣控制系統設計時，應加強系統的硬件與軟件設計，優化系統的網絡架構設計，使之適應當前火電廠發展的實際需要。

1 火電廠輸煤電氣控制系統研究

1.1? ? 火電廠輸煤電氣控制系統組成

火電廠輸煤系統主要包含4個部分，分別為卸煤、堆煤、上煤及配煤。一般卸煤及堆煤相對獨立，本文重點探討上煤和配煤，具體如圖1所示。上煤是利用皮帶機將煤從煤場送到煤倉的過程。配煤是根據煤倉料位高低信號，通過犁煤器及可逆皮帶機將煤分配到煤倉中的過程。以某火電廠為例，輸煤控制的設備主要包括圓形料場的2臺振動給煤機，細碎樓的2臺高幅篩、2臺細碎機，采樣除鐵間的2臺采樣機，鍋爐煤倉間的22臺犁式卸料器，8條皮帶機及附屬設備（4臺除鐵器、4臺電動三通閥、2臺皮帶秤及3套干霧抑塵裝置）等。各條皮帶機還包含拉繩開關、跑偏開關、縱向撕裂開關、速度檢測儀、料流開關及溜槽堵塞開關等保護裝置。從圓形料場到鍋爐煤倉均采用雙路設計配置，一路運行，一路備用，并可滿足雙路同時運行需求。通過這樣的設計配置，能夠最大限度地保證輸煤系統的安全可靠運行，從而確保鍋爐不斷煤，最終保證整個火電廠的正常運作[1]。

1.2? ? 火電廠輸煤電氣控制系統操作流程

圓形料場內裝載機將煤推入卸煤斗中，然后通過振動給煤機振動讓煤進入輸送皮帶機，隨之輔以除鐵、破碎、計量、采樣等工作，最后把煤按運行要求配入鍋爐的原煤倉。整個系統正常操作控制原則為逆煤流啟動、順煤流停止，保證不堵煤，安全生產。

2 火電廠輸煤電氣控制系統設計

2.1? ? 火電廠輸煤電氣控制系統的硬件設計

2.1.1? ? 輸煤電氣控制系統總體設計

輸煤系統設備多而分散，且距離輸煤程控室較遠。另外現場環境惡劣，傳統一對一的硬手操作方式不可取。所以提高輸煤系統自動化水平，實現遠程控制十分重要。為便于監控，輸煤系統一般采用集中管理、分散控制的結構。這種結構可以分為3層，即生產管理層（輸煤程控室）、現場控制層（PLC遠程I/O站）及就地控制層。輸煤電氣控制系統常規采用的是IPC+PLC的組合設計配置，如圖2所示。IPC作為人機接口通常布置在輸煤程控室，方便運行人員對現場設備的遠程管理和監控。PLC作為下位機與現場設備相連，用于實現控制功能和數據采集，通常由位于輸煤控制室的主站和現場遠控I/O站組成，主站與遠程I/O站之間通過冗余工業以太網連接起來。上位機與下位機間的通信通過通信模塊及組態軟件支持，通過特定的通信協議實現數據傳輸[2]。

2.1.2? ? 輸煤電氣控制系統網絡結構設計

輸煤電氣控制系統網絡結構設計需要充分考慮到設備分散布置情況，克服輸煤線路距離遠的困難，加強主站與遠程I/O站之間的連接。做好網絡通信建設，需要借助以太網方便后續的檢測，該搭載方式實時性較強。要對主站網絡通信進行監督，發揮上/下位機的作用。在網絡連接的過程中受到外界因素的影響將會降低傳輸數據的準確性，為了保證PLC系統的正常運行，需要根據實際情況采用光纖通信以滿足控制系統對通信速度及大數據量的要求。

2.1.3? ? 輸煤電氣控制系統的上位機設計

上位機部分的設計，可以發揮監控的優勢，針對裝置運行故障問題及時預警，通過制定各種報表做好相應的報警記錄。上位機裝置可以顯示現場工藝流程及系統運行狀態，運行人員可以隨時掌握系統運行的實際情況，并通過上位機監控現場每一個設備。上位機組態軟件可以實現各個系統之間信息的共享與交流，起到一定的監控作用。上位機一般至少設置兩臺互為備用，其中一臺出現故障時，另一臺保證所有監控和管理工作能正常進行。上位機硬件配置如下：DELL/研華;CPU i系列;4 GB內存;500 G硬盤;16倍數DVD光驅;配置集成顯卡、聲卡、雙以太網口、6×USB接口、1×485串口、1×并口、2×PS/2、2×PCI工業級擴展槽、鍵盤、鼠標、音箱;預裝Windows7 64位旗艦版于C盤，C盤容量100 G;滿足《工業控制計算機系統通用規范》（GB/T 26802）要求。

2.1.4? ? 輸煤電氣控制系統的PLC設計

根據可靠、實用、先進、開放及遠程分布原則，PLC一般選擇西門子S7-400H、施耐德昆騰或AB ControlLogix產品。輸煤電氣控制系統PLC的CPU、電源及網絡大多采用冗余配置，減少系統因部分出現故障而影響生產過程的概率，同時減少故障后的修復時間，從而降低經濟損失。設計中需要通過統計各設備I/O點數，實現PLC I/O模塊的合理選擇，以滿足實際所需。

2.2? ? 火電廠輸煤電氣控制系統的軟件設計

2.2.1? ? 輸煤電氣控制系統軟件體系設計

輸煤現場設備的運行狀態信號（如運行、停止、故障、遠控等）、故障信號（如皮帶機的拉繩、跑偏、打滑、撕裂、溜槽堵塞等）及煤倉料位信號，通過輸入模塊接入PLC，PLC再與上位機進行數據交換，獲取現場設備的數據，在上位機組態軟件上即可實時顯示現場各設備的狀態。運行人員根據這些狀態參數，通過鼠標和鍵盤就可以控制現場設備，將結果送往PLC輸出模塊，繼而控制現場設備。

2.2.2? ? 輸煤電氣控制系統軟件的組成

輸煤電氣控制系統軟件的組成包括PLC編程軟件和上位機組態軟件。PLC編程軟件有西門子STEP7、施耐德UNITY PRO及AB RSLOGIX5000。PLC編程包括模塊組態、通信參數設置和梯形圖編程。模塊組態要求與實際硬件一致，梯形圖編程是PLC編程的主要部分，決定了輸煤電氣控制系統的運行方式和控制方式。上位機組態軟件主要包括集成用戶的管理、圖形系統、消息報警系統、歸檔系統、報表和記錄系統，該軟件內容較為豐富，使用方式靈活，可以實現自動化運行。主流的上位機組態軟件一般有WINCC、INTOUCH或iFIX。工程師站可以選擇開發版，而操作員站可以選擇運行版。

2.2.3? ? 輸煤電氣控制系統的PLC軟件運行流程設計

PLC所要實現的功能包括：控制單個設備的啟停，動態切換輸煤流程，智能配煤，故障捕捉和故障停機。在輸煤系統中，皮帶機、碎煤機等設備和其他設備有聯鎖關系，另外一些設備沒有。對有聯鎖關系的設備，控制邏輯相對復雜;對沒有聯鎖關系的設備，控制邏輯則相對簡單。輸煤電氣控制系統的PLC軟件運行流程設計主要包括就地控制及遠程控制。遠程控制包含單機及聯機控制。聯機控制需借助上位機操作，通過選擇指定程序實現運行。皮帶機啟動前一般先啟動警鈴發出60 s的報警，報警結束方可啟動運行。運行過程中若出現較大故障（皮帶拉繩、重跑偏、重打滑、溜槽堵塞等）需要立即聯跳逆煤流方向設備。單機模式主要通過上位機借助PLC實現設備聯鎖與解鎖的手動操作。就地控制是在就地控制箱或開關柜上進行操作，這種方式僅在緊急情況或設備處于檢修調試時使用[3]。

3 結語

火電廠輸煤電氣控制系統是火電廠一個重要的電廠輔助系統，在設計該系統時需要明確該系統功能模塊的要求，構建完善的監督運行保障機制，針對在監管環節中存在的故障進行診斷，做好故障的信號處理，選擇正確的控制方式，以保證輸煤電氣控制系統的平穩運行。

[參考文獻]

[1] 郭林川，劉為國.火電廠輸煤電氣控制系統研究與設計[J].科技展望，2016，26（31）：93.

[2] 朱小娟，顧新宇.現代火電廠智能輸煤控制系統研究與應用[J].煤礦現代化，2008，83（2）：47-48.

[3] 李博，楊友良.火電廠輸煤控制系統設計[J].工程技術（文摘版），2017（19）：173.

收稿日期：2020-03-02

作者簡介：許繼福（1986—），男，福建龍海人，工程師，研究方向：電力及工業系統自動化。