(山东电力工程咨询院有限公司 山东济南 250013)
摘要：随着我国经济的快速发展，电力行业越来越普遍 ，电力行业中输煤电气控制系统是重要的部分。输煤控制系统是火力发电厂辅机部分的重要组成，电厂输煤设备多、检测点多、逻辑控制顺序复杂、现场环境恶劣、设备分散，这对现场工作人员来讲，工作强度大，噪音、粉尘对健康十分不利，现场运行中经常出现皮带跑偏、落煤管堵塞等情况。本文设计了基于PLC和iFIX的输煤控制系统，能够满足火电厂的用煤需求，也提高了电厂燃煤输送的整体效率。
关键词：火力发电厂；输煤电气控制系统；研究应用
引言
随着社会经济的发展，人们对电力的需要越来越大，传统的输煤系统已经无法满足现代发电厂的需要，因此人们逐渐加深对火电厂输煤电气控制系统的研究与设计，通过利用电气控制系统实现对输煤方式的控制，降低了火电厂的输煤成本，改善了员工工作的环境，从而促进了火电厂的可持续发展。
1火力发电厂输煤系统概述
电厂输煤系统由卸煤、上煤和配煤部分组成，卸煤部分是相对独立的部分。电厂中的输煤一般由皮带输送机、叶轮给煤机、碎煤机、除尘器、原煤仓等部分组成。输煤系统的检测保护点有皮带的打滑跑偏、料流、堵煤信号、皮带撕裂等，测量运行设备的电流、电压、温度、过负荷等，测量仓煤位、煤量等，设备反馈信号，如设备故障、过电流、高温报警等。输煤设备的保护、控制、反馈信号保证了输煤系统的安全可靠运行。一个4×600MW的电厂输煤系统，I／O点数大约5000个左右。输煤控制系统在集控室装有PLC的本地I／O站，通过同轴电缆等设备与现场的远程I／O子站之间进行连接，这些子站与远程的I／O设备连接通过PLC控制器控制。在集控室安装上位机，对输煤设备远程操作和监控设备运行情况。电厂的煤场一般有火车运来，在卸煤场经翻车机将煤卸入煤仓，再经给煤机装到输送皮带，将煤送至储煤场，当锅炉煤仓需要上煤时，再有储煤场经过一系列皮带和各种上煤处理设备按要求分别送至锅炉煤仓，完成电厂的卸煤、上煤、配煤任务。如图1所示为火电厂输煤系统运行工艺图。
2输煤控制方案设计
电厂的输煤控制系统按分散式设计，设计上位机的监控管理层、以PLC为核心的控制层、现场层，这样设计有利于构建现场的设备层，实现集中管理和便于组态，提高设备的自动化水平和运行的安全可靠性。输煤控制系统实现在集控室中的远程操作和集中监控。输煤控制系统完成电厂的卸煤、上煤和配煤任务，为火力发电机组提供可靠的能源供应。输煤系统设计了自动、手动控制和就地手动控制三种运行控制方式，在不同的运行状况下可实现控制方式的随意切换。条件上煤就是煤位优先加仓原则，在上煤皮带启动后，遵循的是优先给最低煤位的煤仓上煤原则。当现场煤仓出现多个低煤位时，要依顺序向出现地煤位的煤仓配置一定数量的煤，直至低煤位报警信号全部消除，再依次向出现低煤位的煤仓顺序配煤，把低煤位信号全部消除。时间上煤方式也是优先对低煤位仓进行上煤，当低煤位仓煤位信号解除后，煤斗从第一个煤仓开始，以相同的时间间隔给煤仓配煤，直到所有煤仓的煤位达到设定的最高值。若在设定的配煤时间内达到高煤位，就会停止改煤仓的配煤，继续下一个煤仓的配煤。手动上煤是在上位机上通过对犁煤器的控制来一个一个给煤仓上煤的方式。最后当上完所有煤仓后发出停机信号，上煤皮带可能留有的余煤就会均匀的分配给各个煤仓，直至上煤皮带的所有电机停止。
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3输煤电气控制系统设计
3.1输煤控制系统硬件设计
根据输煤系统的控制要求结合现场的实际情况和检测控制的I／O点数，煤场环境较为恶劣，湿度、粉尘颗粒物较多，输煤控制系统的安全可靠至关重要，出于上述条件的考虑，为确保输煤控制系统的安全、稳定、可靠，控制系统选用施耐德公司的140系列CPU67160型号的PLC，专用于冗余热备的功能管理。为保障控制系统的安全、可靠、稳定性，PLC的CPU采用热备冗余设计，配置两套相同的PLC主机，当主CPU出现故障时，会自动切换到备用CPU上，此时备用的就成为了主CPU，此模块上提供了100Mb／s的光纤接口，主备CPU之间通过光纤连接，完成数据的互相备份，并通过LCD显示屏诊断热备功能。与CPU模块在同一背板上的还有CPS（电源）模块，CRP（远程I／O通信）模块，RIO头用于在CPU与安装在单独背板上的RIO子站模块之间进行双向通信。远程I／O架构，采用基于S908RIO通信协议的远程网络技术，这种通信速率不随站点数和通信距离的增加而衰减；还有两个NOE（网络通信）模块，用于与上位机之间的通信连接。设计时在每个机柜内留有15％的备用余量，防备以后增加测量控制点之用，PLC控制器的处理能力也要留有一定的余量。输煤控制系统的操作是很频繁的，因此为提高系统的稳定性，在上位机与PLC之间增加两台服务器，上位机通过服务器与PLC之间来连接通信的。上位机和服务器的监控软件采用的GE公司的iFIX，连接到冗余的工业以太网，实现对设备的实时监控。工业以太网抗干扰能力强，采用标准导轨，方便组成各种拓扑网路结构，能够满足大容量、快速的信息数据传输。
3.2输煤控制系统监控设计
输煤控制系统的监控设计完成上位机的监控组态画面，服务器和上位机的组态画面采用iFIX5．1组态设计，完成现场数据采集的显示和工艺流程的操作控制和实时监控功能。上位机和服务器运用增强型的故障切换（冗余切换）。定义两个SCADA节点作为一个逻辑节点使用，在软件运行时，一个SCADA节点成为活动节点，另一个将成为备用节点。活动节点会不断地将基于内存的过程数据库（PDB）拷贝到备用节点，实现两个数据库之间的数据同步。两台服务器之间的距离很近，采用了交叉电缆。运用这些技术构建更加直观的画面，为运行人员提供方便，保证数据的完整性。根据现场输煤系统的流程工艺和实际情况，配置I／O驱动程序，数据库、任务、文件路径等，在iFIX中建立与I／O地址对应的数据库，完成监控画面组态。监控画面包括登录界面、输煤主画面、上煤画面、配煤画面、数据查询、历史趋势图、报表生成、报警等画面。画面显示的数据是动态数据，为便于更加直观简便地查看历史趋势，建立一个公共的二级历史趋势图和标签替换的脚本，当点击数据时就会弹出此数据的历史曲线二级画面图，使运行人员更加方便直接查询历史趋势，为设备的诊断提供可靠数据。输煤控制系统的上位机反应要迅速，煤量报表用Excel来生成，在主画面中设置按钮打开“煤量报表模板”，在模板中用VBA语言编写脚本来获取在SQL数据库中的煤量数据。
结束语
火电厂装机容量越来越大，对输煤控制系统的自动化程度、安全可靠性要求也越来越高。通过系统的实际运行，系统运行稳定可靠，状况良好，并且维护方便，得到了用户的认可。
参考文献:
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论文作者:戴月涛,牛远方,朱春萍,丁天池
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/20
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