郭葆文，丁彥賓，殷玉恒

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

基于PLC的燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭葆文1，丁彥賓1，殷玉恒2

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

火電廠的輸煤系統(tǒng)是電廠輔機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，它和其它相應(yīng)的機(jī)電設(shè)備承擔(dān)火電廠電力生產(chǎn)燃料供應(yīng)任務(wù)。在火電廠的運(yùn)行過程中，輸煤系統(tǒng)工作效率的提高是整個(gè)火電廠工作效率提高的關(guān)鍵因素，整個(gè)輸煤過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控也對自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，因此在輸煤系統(tǒng)中選用當(dāng)今應(yīng)用最廣泛的PLC控制系統(tǒng)，使這種理想迅速地成為現(xiàn)實(shí)。

火力發(fā)電廠；輸煤系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；PLC

0 引 言

火電廠的輸煤系統(tǒng)是輔機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是保證火電廠穩(wěn)定可靠運(yùn)行的重要因素之一。一個(gè)高可靠性和靈活性的燃料輸送系統(tǒng)是機(jī)組乃至整個(gè)電廠穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，其運(yùn)行的好壞直接影響到電廠的安全運(yùn)行。

傳統(tǒng)的輸煤控制系統(tǒng)是以繼電器為控制設(shè)備，加以人工手動(dòng)操作的半自動(dòng)化系統(tǒng)。由于輸煤現(xiàn)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(dòng)操作有很多不確定性，經(jīng)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(wěn)定運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生十分不利的影響。這樣，用可編程控制器(PLC)來取代傳統(tǒng)的繼電器來控制電廠的輸煤系統(tǒng)，就可以利用PLC來完成對輸煤系統(tǒng)的控制，不但使工人的工作壓力及環(huán)境得以優(yōu)化，更重要的是提高了電廠的運(yùn)行效率。為此對火電廠輸煤控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，用自動(dòng)化水平高的PLC控制系統(tǒng)代替原有的繼電器控制系統(tǒng)勢在必行。

1 火電廠輸煤系統(tǒng)的介紹

電廠輸煤系統(tǒng)比較復(fù)雜，目前仍以常規(guī)皮帶輸送機(jī)為主。整個(gè)系統(tǒng)控制的對象較多，主要有：皮帶輸送機(jī)、碎煤機(jī)、篩分機(jī)、環(huán)式給煤機(jī)、葉輪給煤機(jī)、皮帶給煤機(jī)、振動(dòng)給煤機(jī)、除大塊器、斗輪式或門式堆取料機(jī)、火車用翻車機(jī)、三通電動(dòng)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(tǒng)的保護(hù)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(shè)備的超溫、超振、過負(fù)荷等，測量煤倉的高低煤位信號(hào)、煤倉稱重信號(hào)、犁煤器的抬落到位信號(hào)，設(shè)備的控制信號(hào)有啟動(dòng)、停機(jī)、抬、落、及聲光報(bào)警等。這些設(shè)備的控制和保護(hù)監(jiān)測信號(hào)絕大多數(shù)為開關(guān)量信號(hào)，一個(gè)4×300 MW的電廠輸煤系統(tǒng)，按最基本的控制要求計(jì)算，一般輸入輸出開關(guān)量在1 000點(diǎn)左右。

廠用煤由火車運(yùn)來，經(jīng)翻車機(jī)將煤卸入煤斗或煤場，再經(jīng)給煤機(jī)或斗輪機(jī)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(yùn)行一路備用，也可雙路同時(shí)運(yùn)行。雙路之間可通過二通擋板進(jìn)行交叉運(yùn)行，也可以將一路皮帶的煤經(jīng)分煤器同時(shí)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(jī)及磨煤機(jī)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(jī)出力，來煤一般要經(jīng)過篩分機(jī)將大塊煤分離出送入碎煤機(jī)破碎，而小塊煤可經(jīng)篩分機(jī)直接進(jìn)入下一級皮帶。

為了保證鍋爐用煤，電廠都有儲(chǔ)煤場或干煤棚，可供鍋爐10～15 d燃用。來煤經(jīng)皮帶到煤場存儲(chǔ)，用煤時(shí)再從煤場取煤送到煤倉，有的電廠為增加儲(chǔ)煤量或考慮到混煤用，還建有大型原煤倉，可儲(chǔ)存1～2 d的用煤量。煤經(jīng)過皮帶運(yùn)送，最后到煤倉間。一般一臺(tái)鍋爐，對應(yīng)2～3個(gè)煤倉，倉上有兩條皮帶，每個(gè)倉在兩條皮帶上共有2～4臺(tái)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(tǒng)運(yùn)行工藝圖。

圖1 火電廠輸煤系統(tǒng)運(yùn)行工藝圖

2 輸煤控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

輸煤控制系統(tǒng)通常采用控制室集中控制方式，控制室內(nèi)正常運(yùn)行方式以程序自動(dòng)控制為主，帶聯(lián)鎖或解除聯(lián)鎖手動(dòng)控制為輔(事故或緊急情況下運(yùn)行方式)，運(yùn)行人員在控制室內(nèi)通過CRT、鍵盤、鼠標(biāo)等可以實(shí)現(xiàn)對全部主要輸煤設(shè)備的監(jiān)視和控制。

(1)上煤控制功能

上煤控制功能分程控自動(dòng)、程控手動(dòng)和就地手動(dòng)3種方式。程控自動(dòng)方式的所有操作通過程控室上位機(jī)軟件操作實(shí)現(xiàn)，程控手動(dòng)方式包括程控聯(lián)鎖手動(dòng)，程控解鎖手動(dòng)兩種。

(2)程控啟停操作及手動(dòng)單控操作

設(shè)備在啟動(dòng)前，對要啟動(dòng)的給、輸、配煤設(shè)備進(jìn)行選擇來決定全系統(tǒng)的啟動(dòng)程序。再根據(jù)選定的程序運(yùn)行方式，按所發(fā)出的啟動(dòng)指令進(jìn)行啟動(dòng)，在啟動(dòng)前，可通過監(jiān)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(shí)更改。需要停止設(shè)備運(yùn)行時(shí)，將控制開關(guān)打在停機(jī)的位置。運(yùn)行的設(shè)備經(jīng)過一定的延時(shí)之后，按順煤流方向逐一停止。

(3)程序配煤和手動(dòng)單獨(dú)操作

配煤控制功能分為程控自動(dòng)配煤、遠(yuǎn)方手動(dòng)配煤和就地手動(dòng)配煤3種方式，配煤系統(tǒng)具有完善的分路計(jì)量功能。通過預(yù)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(jìn)行配煤。當(dāng)遇到機(jī)組鍋爐檢修、輸煤設(shè)備檢修、個(gè)別倉停運(yùn)時(shí)，程序控制按照設(shè)置的“跳倉”功能自動(dòng)跳倉，犁煤器將自動(dòng)抬起、自動(dòng)停止配煤。

(4)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視

對皮帶的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對原煤倉煤位、犁煤器的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，對設(shè)備的歷史過程進(jìn)行記載。

(5)故障音響報(bào)警

設(shè)備在運(yùn)行中發(fā)生皮帶跑偏、落煤管堵煤、煤倉煤位低、皮帶撕裂、電動(dòng)機(jī)故障跳閘、現(xiàn)場故障停機(jī)時(shí)，程控CRT發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，模擬系統(tǒng)圖上對應(yīng)的設(shè)備發(fā)出故障閃光，同時(shí)電笛發(fā)出故障音響信號(hào)。

(6)煤倉煤位測量和顯示記錄功能

輸煤系統(tǒng)具有計(jì)算機(jī)管理功能，能自動(dòng)采集運(yùn)行工況及有關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流量編制、修改及狀態(tài)顯示，打印各種報(bào)表和記錄，并能在CRT上查詢和調(diào)用有關(guān)數(shù)據(jù)。

(7)事故追憶功能

所有重要報(bào)警信號(hào)、連鎖保護(hù)信號(hào)、設(shè)備故障跳閘信號(hào)等均隨時(shí)按發(fā)生順序進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，并能夠隨意調(diào)用和打印。

(8)上煤、配煤方式選擇功能

系統(tǒng)邏輯中應(yīng)根據(jù)工藝系統(tǒng)的特點(diǎn)，預(yù)先設(shè)置多種上煤、配煤方式。運(yùn)行人員可以根據(jù)輸煤系統(tǒng)設(shè)備狀況選擇不同的上煤、配煤方式。

3 輸煤控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)的現(xiàn)場有兩個(gè)煤原，即原煤倉和取煤篩口。無論取煤機(jī)從哪個(gè)煤原取煤，煤最終都要落到A、B兩條皮帶上。煤經(jīng)運(yùn)輸皮帶的零段、Ⅰ段、Ⅱ段，最終運(yùn)動(dòng)到達(dá)Ⅲ段的分煤機(jī)架上。分煤機(jī)架的下方是鍋爐煤倉。每個(gè)鍋爐煤倉的獲煤口都有各自相應(yīng)的電動(dòng)犁煤器。當(dāng)犁煤器落下，分煤機(jī)架上的煤將經(jīng)過獲煤口被送入對應(yīng)的煤倉，對應(yīng)煤倉獲煤。每臺(tái)鍋爐配有2個(gè)煤倉，每個(gè)煤倉有4個(gè)獲煤口，沿A、B帶為1、2號(hào)鍋爐的4個(gè)煤倉配煤，A、B兩條帶分別為2個(gè)獲煤口供煤。根據(jù)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(dòng)、手動(dòng)、就地3種方式。

(1)自動(dòng)方式

自動(dòng)方式的所有操作均可通過上位機(jī)鍵盤操作，運(yùn)行人員根據(jù)工藝要求可在LCD上調(diào)出預(yù)選流程菜單,當(dāng)程序選擇無誤且組成一條完整的流程時(shí)，LCD上出現(xiàn)程選有效信號(hào)，當(dāng)擋板及犁煤器全部到位后，經(jīng)20 s后發(fā)出允許啟動(dòng)信號(hào)，所選皮帶按逆煤流方向啟動(dòng)各臺(tái)設(shè)備，每條皮帶起動(dòng)前警鈴發(fā)出20 s鐘告警，皮帶啟動(dòng)后現(xiàn)場警鈴告警解除;程序停機(jī)時(shí)按順煤流逐一按預(yù)定的延時(shí)停機(jī)。在運(yùn)行中，當(dāng)任一設(shè)備發(fā)生重大事故、拉線動(dòng)作和持續(xù)2 s的重跑偏、打滑等，立即聯(lián)跳逆煤流方向的設(shè)備，但碎煤機(jī)除自身事故外延時(shí)聯(lián)跳。當(dāng)緊急停機(jī)時(shí)，運(yùn)行設(shè)備立即全線停機(jī)，僅碎煤機(jī)延時(shí)停機(jī)，延時(shí)達(dá)30 min。

(2)手動(dòng)方式

手動(dòng)方式分為聯(lián)鎖手動(dòng)和解鎖手動(dòng)。聯(lián)鎖手動(dòng)是運(yùn)行人員在上位機(jī)上通過PLC完成。運(yùn)行人員根據(jù)運(yùn)行要求在上位機(jī)上調(diào)出相應(yīng)畫面進(jìn)行，對已選擇好流程的設(shè)備按聯(lián)鎖方式逆煤流一對一啟動(dòng)設(shè)備，按順煤流方向一對一停機(jī)。解鎖手動(dòng)也在上位機(jī)進(jìn)行操作，此時(shí)無任何聯(lián)鎖關(guān)系，可啟停任何設(shè)備。

(3)就地方式

就地方式是在就地控制箱或開關(guān)柜上進(jìn)行操作，此時(shí)控制室對設(shè)備不起控制作用。上煤系統(tǒng)在現(xiàn)場設(shè)有僅供設(shè)備檢修、調(diào)試的起停按鈕及事故緊急停機(jī)拉線開關(guān)。

自動(dòng)上煤控制流程如圖2所示。

圖2 自動(dòng)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(dòng)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(jù)鍋爐的加倉要求，由操作員通過鍵盤和鼠標(biāo)輸入相關(guān)指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加倉配煤。應(yīng)遵循的原則有：

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

(2)時(shí)間循環(huán)加倉：待所有煤倉低低煤位信號(hào)消失后，在按順序?qū)Ω髅簜}以一定時(shí)間循環(huán)加倉。各煤倉的加倉時(shí)間可在上位機(jī)上任意設(shè)定，也可設(shè)置為各煤倉加到高煤位后再轉(zhuǎn)向下一煤倉。

(3)自動(dòng)跨越功能：在配煤過程中能自動(dòng)跳過高煤位、超高煤位的煤倉及檢修倉。

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

(5)勻煤功能：當(dāng)全部煤倉出現(xiàn)滿煤位信號(hào)后，上煤程序自動(dòng)停機(jī)并把皮帶上余煤配至尾倉或均勻配至各倉。

(6)超高煤位報(bào)警：配煤過程中，任一煤倉出現(xiàn)超高煤位，立即報(bào)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(bào)警，配一定數(shù)量的煤，消除煤倉低低煤位狀態(tài)。

(2)依次給出現(xiàn)低煤位的倉順序配煤，消除煤倉的所有低煤位信號(hào)。

(3)所有低煤位信號(hào)消失后，再進(jìn)行順序配煤，當(dāng)倉滿后轉(zhuǎn)到下一個(gè)煤倉進(jìn)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(xiàn)低低煤位、低煤位倉，則停止煤倉順序加倉程序，優(yōu)先為低低煤位、低煤位倉配煤，配一定數(shù)量后，再轉(zhuǎn)入順序加倉程序。

(5)當(dāng)全部煤倉出現(xiàn)滿煤位信號(hào)后，程序自動(dòng)停機(jī)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(dòng)跳過高煤位倉。

(7)配煤的尾倉設(shè)定可通過上位機(jī)進(jìn)行設(shè)定，加倉時(shí)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(shè)備進(jìn)行控制。

根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)自動(dòng)配煤流程如圖3所示。

4 輸煤控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)控制系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)，輸煤控制系統(tǒng)的PLC選用歐姆龍CJ1M系列產(chǎn)品，具體配置見表1。

表1 輸煤控制系統(tǒng)PLC硬件配置表

5 結(jié)束語

目前，國內(nèi)火電廠輸煤控制系統(tǒng)以PLC為主，它有以下特點(diǎn)：能夠承受惡劣的工業(yè)環(huán)境，具有很強(qiáng)的抗干擾性；結(jié)構(gòu)模塊化，系統(tǒng)配置簡單；可與工業(yè)現(xiàn)場信號(hào)直接輸入輸出連接，針對不同的現(xiàn)場信號(hào)有相應(yīng)的I/O模塊；編程簡單且具有在線編程功能；可靠性強(qiáng)。基于以上優(yōu)點(diǎn)，輸煤控制系統(tǒng)采用PLC程控能夠方便地實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式的選擇，使整個(gè)系統(tǒng)功能更為合理，更加完備，運(yùn)行更可靠、更靈活，可維護(hù)性、自檢能力、安全保障能力及通信能力等也都得到了進(jìn)一步的提高，有利于解決過去輸煤系統(tǒng)投運(yùn)后易出現(xiàn)的現(xiàn)場問題，從而大大提高了輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

[1] 張東實(shí)，李 亮．火電廠輸煤自動(dòng)化得發(fā)展與探討[J]．電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2009，31(6)：53-54.

[2] 徐建濤，李海濱．電廠輸煤程控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[J].華北電力技術(shù)，2001，20(2)：35-40.

[3] 趙志明．PLC控制系統(tǒng)在火電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2007，12(15)：21-37.

[4] 鄭瑜平．可編程控制器[M]．北京：北京航天航空大學(xué)出版社，1991：9-12.

[5] 孔祥兵, 殷玉恒，劉躍軍，等．電氣控制與PLC技術(shù)應(yīng)用[M]．北京：中國電力出版社，2008：141-146.

[6] 魏 斌．PLC及工控機(jī)在烏石化熱電廠輸煤系統(tǒng)中應(yīng)用[J]．石油工業(yè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2003，11(1)：65-74.

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(xué)本科，研究方向?yàn)榭刂葡到y(tǒng)及自動(dòng)化。

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.01.011

TM166

B

1009-3230(2015)01-0045-05