摘要：本文介绍了输煤系统的工作原理和特点，对本系统使用的软/硬件及其性能特点进行了说明，讲述了远距离通讯的网络构成，以及多个三通挡板的使用令系统更具有灵活性和高效率。
关键词：电动三通挡板；自动；控制；通讯
1.PLC（可编程控制器）概述
1.1为缓解我国电力供应严重不足的现状，许多大容量的火电厂在全国各地纷纷投入建设和使用，因此对煤炭的需求量也就越来越大，对输煤等公用系统的自动化控制要求也就越来越高。
沙角发电C厂3×660MW机组的输煤自动控制系统采用的是ControlLogix5000 系列 PLC 系统
1.2 ControlLogix5000 系列 PLC 系统概况
ControlLogix 系统不同于传统的 PLC,它是以先进的系统构建理念，高性能的硬件，以及功能强大的软件而组成的一个可实现多种性质控制任务的复杂多任务控制平台。ControlLogix系统是 Rockwell最新推出的控制平台，它提供了单一的集成化控制架构，能够实现离散、传动、运动、过程控制任务。系统结构以三层网络为构架，以 ControlLogix控制器为核心，配以功能强大的 RSLogix5000 软件，以及相关的网络组态软件 RSLinxs，它提供了通用的控制工具、软件环境，以及跨平台的通讯支持。
ControlLogix 控制器 ：ControlLogix 创立了一个新的标准，让 PLC 在所要求的简单易用的环境中发挥出更加出色的表现和性能。ControlLogix 控制器在容量可选的存储单元的配合下，可以支持精确的复杂运算处理，除满足顺序控制、过程控制以外，并且可以提供快速的运动控制。其处理器是模块化的，允许根据具体应用，选择各种存储单元规格的不同处理器。多种多样的控制器、通讯模块和I/O模块可以不加限制地组合使用。对于 I/O接口，不需要专门为之安排一个处理模块，系统就好比在生长一样，系统网络允许为额外的底板或者背板分配控制资源。
PLC从功能上可以分为三个部分：输入、处理及输出。另外，为了能方便的使用PLC，PLC还常配有编程器、图形编程器、磁带机、打印机等外部设备，它们可以通过总线或标准接口和PLC相连接。PLC的基本组成，也就是可以工作的系统组成，由中央处理单元（CPU）、编程器、I/O模块与电源构成。在小型或微型PLC中，除电源、编程器外，其余部分都集中于一个单元或模块中，因此使用起来十分方便。PLC与图形编程器、打印机、软盘驱动器、磁带机和个人计算机等相连接，可构成PLC扩展系统。
1.3 PLC的工作原理：
PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。扫描周期的长短由三条决定。（1）CPU执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的PLC扫描速度都是非常快的。由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。
1.3.1执行用户程序
执行用户程序，即CPU从首地址0000开始按次序逐个扫描所有存储器地址，执行全部用户程序。
1.3.2 I/O刷新
执行完用户程序后，所有的运算结果都存放在I/O状态表中，要实现PLC控制，必须将传感器信号存入输入状态表，将要控制的信号从状态表上送到执行元件上，上述动作称为I/O刷新，PLC每执行一个循环，则执行一遍I/O刷新。
1.3.3编程器服务
如果PLC有编程器，就要进行编程器服务，即输入程序、调试、检查程序。
1.3.4故障检测
在编程器服务后，CPU进行对内部硬件检查，并使监控定时器服位。监控定时器是一个预置一定时间的专用定时器，它的作用是确保存储器或内部线路的故障不致引起CPU进行无限次循环。如果在一定时间之内没有扫描完，将封锁硬件，切断输出。当内存检查结束后，CPU回到扫描的开始端，继续从0000地址开始按序扫描逻辑运算，这样的循环操作从CPU通上电开始，一直到CPU断电为止。
由于PLC对一个梯级的求解结果，可立即用于后面的逻辑运算，它消除了复杂逻辑的内部竞争问题，用户不必考虑继电器动作的时间延迟，也不必考虑继电器触点的使用数量。
2.Controllogix软件平台及PLC基本通讯的实现
2.1 RSLogix5000 软件平台
RSLogix5000软件是符合 IEC61131-3标准的软件包，是一个包含编程、网络组态、诊断、在线监控等功能的集成系统开发平台。系统的主要功能是为控制工程师和系统编程人员提供一个可以把他们的程序概念转变成一系列的程序图和定义用于快速地创建可执行程序。RSLogix5000软件系统除具有一般的编程系统应具有的共同功能，如用户界面（UGI）全面支持Windows/图标/鼠标技术，支持多视窗，在线帮助，系统连编，系统文件，文档资料等最基本功能外，还具有其他的智能特征。
2.2两个机架通过同轴电缆连接Controlnet模块连接。
在联机前要启动Rsl inx软件，对于电脑与PLC联机方式有：
2.2.1使用RS232电缆，将CPU与电脑的COM联接，按下面步骤操作。
2.2.2打开RSLinx，点击
或 
2.2.3在工具条上点击
2.2.4选择RS-232 DF1 devices
2.2.5点击Add New，OK确认。
2.2.6直接点击Auto-Conf igure，如果出’Auto conf igure successful!’，表示通讯连接成功。
3、PLC系统控制
3.1.生产流程图
输煤系统的主要功能是把煤船的煤通过抓斗卸船机、连续卸船机卸下来。由各级输煤皮带把煤输送到煤场和锅炉原煤斗止的整个工艺流程。包括：卸煤设备、输煤设备、煤场设备、筛、碎设备及其辅助设备。因电厂对煤炭的需求量非常大，为了避免一条上煤通路成为瓶颈，耽误正常生产，因此采用了两条上煤通路，一路运行，一路备用，也可以两条通路同时运行，分别向两个不同的目的地运煤。
1）上部为通用操作按钮和通用显示画面，包括控制方式转换开关、常用操作按钮、报警显示、光字牌、时钟等；
2）中部显示所要监控的画面如输煤系统的整个动态流程图、流程选择、电流趋势、报警查询、设备参数画面等等；
3）下部为主操作菜单。菜单项包括总流程图、流程选择、报警查询、电流趋势、参数设置、煤仓配煤、用户管理等。通过选择这些菜单项，屏幕中部将切换到相应的画面。
3.2控制设备
本套输煤系统的控制对象有：皮带机20条。斗轮堆取料机2台，滚轴筛2台，环式碎煤机2台，电动三通挡板18台，入厂煤自动采样系统两台，入炉煤取样器1套，叶轮给煤机2台，带式电磁除铁器6台，皮带采样装置2台。程控系统所有的输入、输出信号均通过继电器隔离，以提高系统的抗干扰能力并保护PLC模块以避免大电流信号的进入而损毁。显示所有设备的运行状态，在流程图画面中设备用图形符号来表示，蓝色表示正常停机状态、绿色表示流程选中状态、红色表示正常运行状态、黄色表示故障状态。在皮带的头部的设备名称上选择后，将弹出该设备的“控制和状态”窗口，有设备的启动、停机按钮、设备的输入信号状态等，系统处于“点对点”、“联锁”方式时，才可对设备进行手动启停。
选择该菜单项时，弹出“流程选择”窗口，选择“直供流程”或“堆煤流程”或“取煤流程”。
3.2.1 直供流程操作步骤
① 选择运行方式为“程控”，即自动操作方式。
② 按下“清零”和“报警复位”按钮，使程序处于初始状态。
③ 在“流程选择”画面选择“直供流程”区域，按顺煤流方向，选择所要启动的设备，上位机上所选设备变为绿色。
④选线完毕，若所选路径正确，画面顶部光字牌则弹出“流程有效”。
⑤ 按下“预启”按钮，观察上位监控画面，所选流程内挡板会自动到位，十秒后画面顶部光字牌则弹出“允许启动”。
⑥按下“程启”按钮，按逆煤流方向，逐个启动所选的皮带和设备，直到所选设备全部启动完毕。
⑦ 在启动过程中应观察上位监控画面的运行信号和电流表，确认上一段皮带已启动，然后再启动下一段皮带和设备。
⑧ 皮带运行中发生故障停机，待故障排除后，按下“故障复位”按钮，解除故障设备闪光。可重新从发生故障的设备处自动启动(重复⑤⑥步骤)，直到全部设备启动完毕。
⑨ 正常停机时，按下“程停”按钮则弹出“煤源选择”，选择C1A/B后按钮变绿，按下“确定”按钮，设备按顺煤流方向延时停机，直到全部设备停止。
3.2.2 堆煤流程操作步骤
① 选择运行方式为“程控”，即自动操作方式。
② 按下“清零”和“报警复位”按钮，使程序处于初始状态。
③ 在“流程选择”画面选择“堆煤流程”区域，按顺煤流方向，选择所要启动的设备，上位机上所选设备变为绿色。
④选线完毕，若所选路径正确，画面顶部光字牌则弹出“流程有效”。
⑤ 按下“预启”按钮，观察上位监控画面，所选流程内挡板会自动到位，十秒后画面顶部光字牌则弹出“允许启动”。
⑥按下“程启”按钮，按逆煤流方向，逐个启动所选的皮带和设备，直到所选设备全部启动完毕。
⑦ 在启动过程中应观察上位监控画面的运行信号和电流表，确认上一段皮带和设备已启动。
⑧ 皮带运行中发生故障停机，待故障排除后，按下“故障复位”按钮。可重新从发生故障的设备处开始自动启动(重复⑤⑥步骤)，直到全部设备启动完毕。
⑨ 正常停机时，按下“程停”按钮则弹出“煤源选择”，选择C1A/B后按钮变绿，按下“确定”按钮，设备按顺煤流方向延时停机，直到全部设备停止。
3.2.3 取料流程操作步骤
① 选择运行方式为“程控”，即自动操作方式。
② 按下“清零”和“报警复位”按钮，使程序处于初始状态。
③ 在“流程选择”画面选择“取煤流程”区域，按顺煤流方向，选择所要启动的设备，上位机上所选设备变为绿色。
④选线完毕，若所选路径正确，画面顶部光字牌则弹出“流程有效”。
⑤ 按下“预启”按钮，观察上位监控画面，所选流程内挡板会自动到位，十秒后画面顶部光字牌则弹出“允许启动”。
⑥按下“程启”按钮，按逆煤流方向，逐个启动所选的皮带和设备，直到所选设备全部启动完毕。
⑦ 在启动过程中应观察上位监控画面的运行信号和电流表，确认上一段皮带已启动，然后再启动下一段皮带和设备。
⑧ 皮带运行中发生故障停机，待故障排除后，按下“故障复位”按钮，解除故障设备闪光。可重新从发生故障的设备处开始自动启动(重复⑤⑥步骤)，直到全部设备启动完毕。
⑨ 正常停机时，按下“程停”按钮则弹出“煤源选择”，选择要停止的煤源后按钮变绿，按下“确定”按钮，设备按顺煤流方向延时停机，直到全部设备停止。
⑩ 说明:a. 选中的设备由深蓝色变为绿色，当设备运行时，则变为红色，当运行中某设备发生故障，则该设备变为黄色。b.“点对点”方式下使没有选中的设备在“程控”或“联锁”方式时也能进行启动和停机操作，所操作设备与其它设备间没有任何联锁关系，该方式不能作为正常上煤方式，只能在设备检修或调试时使用。c. 在任何时刻下，按下控制台侧下方的“急停“按钮，或是屏幕上方的红色“急停”按钮，程序将立即中止，所有运行设备强制紧急停机。
注意：设备已经处于运行状态时，将不能选中或取消选中。设备设为检修时则不能选中。
3.3.流程控制
自动启动时，按照逆煤流方向顺序启动设备；自动停机时，按照顺煤流方向延时停止设备；当某一设备出现事故跳闸时，由故障设备开始进行逆煤流跳闸（除铁器、电子皮带秤、取样器不参与跳闸）。并且本系统允许有多个流程在运行中，但不允许同时操作两个及以上流程启动或停机。当有两条流程在运行时，如果其中一条流程的某一设备出现故障造成此流程设备联跳时，不能影响另一条正在正常工作的流程。具体设备的位置和流程顺序参看生产流程图. 在系统投入自动启动前，需要进行流程选择。如果两个流程同时选择了一个设备，则会发出报警。
3.3.1皮带机的控制
无论是手动还是自动启动皮带机前，都要先响警铃20秒，通知在皮带周围的人员尽快远离，以免发生事故。皮带机是输煤系统的主要运输设备，因此对它的保护和要求也就相应的多了一些。在皮带机两侧设事故拉线开关，巡检人员发现皮带及其附近设备有异常情况时，可直接拉事故拉线，使皮带停止。
皮带重跑偏、纵向撕裂、打滑、管道堵煤等信号都直接进入了PLC，一旦其中某一个事故出现时，都要使皮带机立即停止。但是为了避免由于这些事故的假信号影响正常上煤，还设置了一些屏蔽这些信号的键，当操作人员能够确认某个信号为误动作时，就可以使用屏蔽键令这个信号不起作用，等信号处理好后，要马上恢复此信号的功能，以免造成更大的损失。参看“一号A皮带控制状态”图，本设备的所有控制和状态都可以在这一幅图中显示出来。本系统对每个设备都设置了一个“检修”键，当现场设备需要检修时,在上位机中设定此设备为“检修”状态，则PLC控制程序禁止此设备运。
3.3.2电动三通挡板的控制
为了使上煤系统更加灵活，设置了16个电动三通挡板，并且要求其参与系统联锁，且能就地、程控操作。在自动工作状态下，当按下预启动键时，三通挡板根据选定的在其前后两条皮带的位置，自动完成通A路或通B路的动作（例如现在选中的是4#A皮带和9#B皮带，按下预启动键后，4A#三通挡板就自动打在了通B路的位置上），为下一步的程启做好准备。
3.3.3斗轮机的控制
两个斗轮机分别在两个煤厂，负责煤场煤炭的堆取工作。在机组使用煤炭量较少时，利用斗轮机的堆料功能，配合9#B、9#D皮带运转，把煤炭存储在煤场中；当锅炉使用大量煤炭时，利用斗轮机的取料功能，配合9#B、9#D皮带反转，把存储在煤场中的煤炭运往原煤仓。
3.3.4滚轴筛的控制
滚轴筛位于6#皮带和7#皮带之间，其作用是把煤炭进行筛分，筛下物直接落到7#皮带运往原煤仓，筛上物通过碎煤机进行破碎后返回7#皮带。当滚轴筛出现故障时，煤炭直接从6#皮带落在7#皮带上运往原煤仓，可保证原料的供应不会因为滚轴筛的故障而停止。
3.3.5原煤仓配煤
在自动配煤方式下，当输煤系统发出“程启”操作后，配煤小车 （A、B）即先运行。当配煤皮带出现运行信号后，首先按照煤仓的顺序进行检测，从第一仓开始进行顺序配煤，将所有煤仓配至高煤位。此时如果某些仓不使用，则需要把这些仓置于停用状态，这样在轮到这个仓配煤的时候，就会把它跳过去，继续为下一个仓配煤。当所有仓都处于高煤位时，配煤就完成了。
3.3.6手动配煤
是由操作人员根据现场的煤位，在上位机上手动操作小车的运行/停止，卸料/直通，定点/连续等功能，完成原煤仓的配煤工作。选择卸料小车操作方式为“手动”。按下“清零”和“配清”按钮，使程序处于初始状态。根据上位机煤位显示情况，操作卸料小车“手动控制”画面，人工对卸料小车进行手动操作。
4．结束语
这套系统目前运行多年，根据实际的运行情况证明：整个系统安全可靠，稳定性高，控制灵活性强。随着计算机和PLC技术的提高，输煤系统的自动化水平也在不断提高，目前已经做到了把相对分散的各个设备统一集中到一起控制的情况，几乎涵盖了全部的设备，这其中大部分设备可以自动顺序启/停，个别设备只能够上位机手动操作，表明了目前自动化水平的提高。相信随着我国电力工业的发展和计算机、PLC硬件及软件水平的不断提高，程序控制作为输煤系统的主要控制方式，在火力发电厂将得到更加广泛的应用
参考文献：
1. 沙角C电厂企业标准Q/SCPS-104.014-2009《输煤系统设备运行规程》
2．《可编程序控制器的应用技术与实例》
编写：袁任光 华南理工大学出版社 2001
3. 《电器与PLC控制技术》编写：张万忠 刘明芹 2003
4. 西安航天自动化股份有限公司. ControlLogix5000 系列 PLC 系统. 2009.1
论文作者:朱明森
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/11
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