可编程控制器在输煤控制系统中的应用.pdf

经 验 交 流 T ec hn i c a I CO m mun i c a t i o n s 自动化技术 与应用2 0 1 0年第 2 9卷第 1 2期 可编程控制器在输煤控制系统 中的应用 崔曜 新海发电有限公司， 江苏 连云港 2 2 2 0 2 3 摘要 本 艾较 乐统的 介 厂 肯新海 发电仃限公 司输煤 控 系统 。 涉 及硬件选型 与布 置， J 二 流程发水 ， 联锁保护控制逻辑 制作， F C功能块 态 ， J 法 ， l Ⅻ功能制 作。 万f J L f ff T -J 建 r{ ， 终端设 备人量使用 了 P r o f i b u s 总线耦台 。为川 系统的 汁使 f } { 提供 J 。 关键词 编 控 制器 1 】 1 ． C ； 输煤 托 ； 儿 ； F C功能块 ； 总线耦 俞器 c } J l冬 1 炎 T I 5 7 1 ． 6 l 艾献f ，． 1 j } { 芝尊编 l 0 0 3 7 2 4 1 2 0 1 0 l 2 O 1 l 3 0 4 Th e Ap p l i c a t i o n o f Pr o g r a mma b l e L o g ic Co n t r o l l e r i n t h e Co n t r o l S y s t e m o f Co a l Tr a n s p o r t a t i o n CUI Ya o Xi n h a i P o we r Ge n e r a t i o n C o ． ， L t d ． ， L i a n y u g a n g 2 2 2 0 2 3 C h i n a Ab s t r a c t Th e a r t i c l e g i v e s a s y s t ma t i c i n t r o d u c t i o n t O t h e c o a l c o n v e y i n g r o u t e c o n t r o l s y s t e m o f J i a n g s u Xi n h a i P o we r Ge n e r a t i o n Co． ． I t i n v o l v e s t h e h a r dwa r e s e l e c t i o n a n d a r r a n g e m e n t ， t e c h n i q u e p r o c e d u r e ， l o g i c a l ma k i n g o f i n t e r l o c k p r o t e c t i o n s y s t e ms ， c o n f i g u r a t i o n o f F C f u n c t i o n b l o c k ， f a b r i c a t i o n of v i s u a l f u n c t i o n ． Pr o f i b u s b u s c o u p l e r i s wi d e l y u s e d i n t h e t e r mi n a l d e v i c e s i n t h e p o r c e s s o f t h e e x pa n s i o n o f t h e 1 0 0 0 M W u n i t ． I t s e t s a q u o t a b l e e x p e r i e n c e f o r t h e d e s i g n o f s i mi l ar s ys t e m s ． Ke y wo r d s P r o g r a I1 1 ma b 1 e L o g i c C n t r 0 l 1 e r P L C c o n t r o l s y s t e m o f c o a l t r a n s p o r t a t i o n r e d u n d a n c y ； F C f u c t i o n b l o c k ； b u s c oupl e r 1 引言 在我国火力发 电厂 中， 输煤程控系统是发 电流程 的重要组成部分， 目前， 由可编程控制器 P L C 构成的输 煤控制系统 已经全面取 代了传统的强 电集 中控 制装 置。笔者有幸参加了新海发电有 限公司 2 2 2 0 MW 机 组、2 3 3 0 MW 机组和正在实施的 2 l 0 0 0 MW 超超临 界机组输煤系统改接等到工程 的设计 、安装及调试工 作。这些工程包含 了四个煤场、中储仓 圆筒仓 、三 十余条皮带及相应的皮带机、斗轮堆取料机、碎煤机 和概率筛控制 ， 除木器和除铁器、三位置伸缩装置 ， 翻 车机 ， 叶轮给煤机 ， 犁煤器 ， 电动三通， 除尘器等众多设 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 0 9 备 。线路 长， 设备多 ， 环境恶劣、干扰严重 ， 是工程的 主要特点和难点。 2控 制系统的组成 新 海发 电有 限公司 输煤控 制系统是全 厂辅助设 备控制 网络 的一部分 ， 使 用了该 网统一的西 门子 s 7 系列可编程控制器和 i FI X监控软件。输煤控制系统 采用的 S 7 4 0 0 H系列是最新支持热冗佘的 P L C l 1 1 ， 由 两台 S 7 4 0 0 H主机组成双 C P U热备 P LC系统， 稳定 性 好 。通 过 冗余 的 P r o f i b u s网络 与 4个 E T2 0 0 M 从 站通讯 。每个从站包括 2个 I M 1 5 3 2接 口模块和若 干个 I ／O模块 ， I ／ O模块选用 S 7 3 0 0系列产品， 分布 式 I ／O采用有源总线模块设计 ， 在运行过程 中能更换 自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第1 2 期 经 验 交 流 T e ch n i c al Co m mUi3 i c a t ion s I ／O 模块 。上 位机 采 用研 华 工控 机 ， 共 设 两 台 ， 配 以 美 国GE公司 i F I X人机接 口软件 ， 西门子 S I MATI C S TE P 7 编程软件 v5 ． 3 。 输煤系统各设备的信号可以就近接入 I ／ 0子站 ， 以 节省控制电缆。新海发电有限公司 I ／ 0从站分布于 2 转运站 、6 转运站 、2 2 0 MW 煤仓 间、3 3 0 MW 煤仓 间， 主站设在输煤集控室。前后跨度约两公里， 各站之间全 部使用光缆连接。上位机与 P L C未采用 P r o f i b u s 而是 OP C方式通过以太网连接 ， 节约了采购专用网卡的费 用。系统的上位机网卡设置如图 1所示。 图 1 网络配置图 3 控制系统功能及实现 3 ． 1 控 制工艺 火电厂输煤程控系统的任务是卸煤 、储煤、上煤和 配煤， 为机组提供发电用的燃料 ， 它是机组稳发满发的 重要基础。卸煤、储煤主要通过翻车机， 叶轮给煤机斗 和轮堆 取料机 实现 ； 上煤 和配煤 则通 过煤场 、圆筒仓 、 皮带机 、斗轮堆取料机完成。 1 输煤控制系统的运行方式分为 自动控制和远 方手动。 自动程控方式为主要的运行方式 操作员能 选择一个完整和合适的路径 ， 以便将煤从煤场运至煤 仓 。只有当选择合适的和完整的路径 ， 且所有信号表 明允许启动， 显示预启成功后 ， 才允许操作员使用 “ 自 动启动” 。 2 配煤控制系统的运行方式分为 自动配煤 、 远方手动配煤 。自动配煤是最主要运行方式 ， 操作员 在 CRT 上调 出 “ 程 控 配煤 ”画 面 ， 通 过 鼠标 选择 尾 仓 和检 修仓 ， 每 仓对 应 四 台犁 ， 一 侧两 台 ， 物理 尾仓 对 应两台犁 ， 一侧一台 ， 逻辑 尾仓对应实际犁数 。 自动 配煤按 如下顺序 先顺序给低煤 位仓配一定数量 煤 ， 消除煤仓低煤位状态 ， 所有低煤位信号消失后 ， 再进 行顺序配煤。首先启动每个仓的单 双 数犁配仓 ， 按 顺煤流方 向依次给每个仓配满 ， 再转入双 单 数犁 ， 循环往复 ， 操作员可视机组运行需要和仓满情况结束 流程 。在顺序配煤过程 中， 如果出现低煤位仓 ， 则停 止原煤仓顺序配煤程序 ， 优先为低煤位仓配煤 ， 如果 有两个仓 同时 出现低煤 位则按煤 流方 向依 次配仓 。 待底煤位信号消失后 ， 延时 3 0 S再转入顺序配煤程 序 ， 尾仓尾犁一直落下 。尾仓加满 ， 程 配完毕信号发 出停止取煤 ， 待煤流走空按煤 流方 向依次停运设备 。 检修仓设定可通过上位机进行设定 ， 加仓时检修仓不 允 许 配 煤 。 3 ． 2 控制与保护逻辑功能[3 ] 圈 斓 燮 i 至 霆 嚣 羹 邈 翻 嘲鲢 国 鳓- 瓣随薤 獭匿 { 蕊溅0 馥 舡 甄 雾露 嚣 嚣 獭 蕊嘲 捌獭嚼 鞲 霹臻垂穗 l鬈 疆 ≤ 鞋餐{ 嚣 黪 零豢 攀⋯ 一 ～⋯ ； 鬟。 鹄 謦篓螂鐾 鞘⋯ 鞲⋯ ⋯ 麓 霉 ■ ● -- ■l _ - l I u 阳 童蕾意靖埠 蠢 嗣 t l 垂锄 。 ， l t _ 叠 c ． ． r 釜 } 叠 - l 辩■ t c m 。 0 ． 挎0 嗣 J _t 。 赞 船。 ● r霸 啪 s -口 W 叠 hl 。 _￡ _ t ● I j l J ， 、 I 叠 n , t l it r c tt 一 ‘ I ” 矗h l 皇 h F- i 皇 i f l， b1 ． t i l IT ． 5 ， 唧， ■ 肛 匮 I 囊 S t * t t z b i t t l 囊 T l f - l 盘 hr 4 l , l i e _ - - n B 主繁斑露 囊 HH 巷叠 l cu d l 叠 霸 u 柏b； 蛊 曩c { ● Ik X t i , 山 t{ “ ． ’ 和 ■ 麓■uk 峙 l ， 1 1 g ≮ 卜 ] 叫卜 卜 { 卜 ] 罐 耋嗣瞄 搿 { 1 - j { 量 篷 图2 联锁单体块 启动时按逆煤流方 向， 从最后一条皮带 及相关设 备 开始依次启动， 直到第一条皮带 及相关设备 启动 后才开始输煤 ， 每条皮带启动前响铃 1 5秒 ， 其他设备 如 除铁 器 、 除木器 、 除尘器按 设备 与 现场 具体要 求联 经 验 交 流 T ec h njc aI Comm u nica t ion S 自动化技术 与应用2 0 1 0年第 2 9卷第 1 2期 动 、联锁 。 停 运 时按顺 煤流 方 向 ， 先停 供煤 设备 ， 然 后从 第一 台设备到最后一台设备依次停止 ， 每台设备之间按预定 的延时时间发停机命令 ， 即要求前面设备的余煤清除后 再停止其运行 ， 其 中碎煤机， 滚轴筛 ， 除木器 ， 除铁器均 须 另延时停 机 。 故障时， 故障点及其上游设备瞬时停机 ， 故障点下 游设备保持原工作状态不变。待故障解除后 ， 可以故障 点向上游重新启动设备 ， 也可以在故障末接解除时从故 障点向下游开始延时停设备 ， 联锁能阻止任何设备超出 顺序启动。 自动流程选择通过相应皮带与三通位置来决定相 应的流程。系统启动时的联锁关系的主要是 电动三通 的位置 ， 即三通位 置通哪一 路 ， 哪一 路 即应联 锁 ， 所 以系 统启动前 ， 三通位置必须正确。 新海 发 电有 限 公 司输 煤 系 统 联 锁 单 体块 如 图 2所 示 。 3 ． 3 逻辑组态方式简介[ 2 ] 1 O B1 块使各功能块使能。 霜i 潮嬲翻 豳豳 鍪 尊 l i l 断 戤 黼瞬 睡 疆 ⋯． ⋯⋯一一 壤 嗣 } 囊辅 蕈 耄l群 簿 鞘 嘲 鹱 麓 籁 器 糕锑 _ 蠲 誓 麓 两 圈鼢 ll目 i 酱 ⋯ ⋯麓 j } 绺 ； 嚣 } 苎 ⋯ 黧攀 蕾 蘑 ■■ h t _ k 静蟹 J i t1 ． ‘ ．O ● 叠c ． ． ， _ ≥ 。 - I ∞ 曝 叠 l c _，_ r‘ 竹 矗I c _ -l l 妇叠 I 肆 t m 1 ，● l ． 0 ∞ M S ∞r - “ s o 。 穆皇 J “ 盘翻 薹 _ t r毒 1 ，I l ． ， 疆一 晰T 岍 一 ’ T O ， ’ 翻 nt “i n r 揶 S - 1 ，雷 0 。， 0 暴 l 叠 l n - 埘 静叠I F _奸 ， “ 羽竹 母i 蠢s K 重 l ， I “I t 耄 簿嗣 - s t - “ t 1 ■ 且 ． 埘 啪 毋奎 I i - 。t W 一 蜘 鑫叠I I -●h． 1 ‘ ■ n l l - 坤l ． mo o r 整■ k l * - T t J ■ m b l , d m 囊 m 舢 - | ■ 2 ． ， ∞O ■ t n i t i 瞄 爵 ■ - 椎 ’ O n - L 皇 qP r 一 T 奠 ． O ， ， 一 口 ， 。 O P ’ 一 峙 ； O ， ● I X O t - 狰 ● 4 mt一 壁隧 1 ，●0 。 ． H - ～ ⋯薛 曩 氍 两 誓■ ■E■毗i 罐 蠢j 翻■ 图 3 皮带机设备块 2 以皮带机为例说明 FC2 01中各类型相 同的皮带机 如图 3 分别调用 FC 1 0 4功能块， 且在各管脚输入该皮带指令、反馈和中 间量。F C1 0 4 n 图4 功能块为单体操作块， 分启动 、停 止、故障三块。 图4 皮带单体调用块 点名对应P D S - - 手动起 Q H一手自动切换 Z P D S 一 自动启 Z P D T一 自动停 L S 拉绳 Q P～轻跑偏 Z P 一 重跑偏 J X一检修位DS一低速YK一远控 S TJ 一启保护条件 TTJ 一停保护条件 J T一急 停S OUT一启动输出线圈 T0 UT一停止输出线圈 G Z一故障 其中S TJ 一启保护条件 TTJ 一停保护条件来自 于图 2中的F C 2 0 0块。 程序如此编制 比较清晰、简洁。 操作提示 选 中FC功能块或点名， 右键 “ Ca l l e d B l o c k ”功 能 中的 “ Op e n ”功能可 以打开下一级 应用。 3 ． 4 新技术应用 菲尼克斯I n L in e 系 J P r o f i b u s 总线耦合器 自 动 化 技术 与 应用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第1 2 期 经 验 交 流 T e c hn i c a I Co mm un i c a t i on s 百万机组相关改造采用 P ROF I BUS现场总线全通 信控制方式， 现场分支网采用单网方式直接连接至各 智能设备 电动机控制器 和 I ／0总线耦合器 。该总线 设备已内置P r o f i b u s 协议 ， 能将其端子 I ／ O信息直接与 P LC通讯 ， 相当于一个子站。S TE P7 编程软件的硬件 配置 中 O p t i o n s 一栏 ， 需完成该 GS D文件的补 丁安 装 ， 在组态界面的右边会出现菲尼克斯电气的 I NL I NE总 线产品列表。 豳黛_ _■ 重■ 曩醺翻嘲疆 瀚 嫩懋鞋麓彝 匿曩 瞪礴爨 黼勰翳癌鲴 强I 冒 匿 蕊基 糊 熬翅霞 圈强_ 豳 圈豳 i 臻 n ， ⋯-n l i 口 a赫￡ 嘲墨- 2 ⋯一一 。 一 ＼ 日目目■p 隔 ＼ 卜 F }_ 嗣 l l l ， 图 5 智能设备配置步骤图 然后按照 1 、2的顺序 见图5 ， 先在 “ I L P B B K D P ／ VI DI P O N ”的图标上按住鼠标左键， 拖拉其至左 边的 “ DP ma s t e r s y s t e m”总线上 ， 然后再双击想添加 的模块 图标 ， 完成 组态 。 4 画面监视功能 图 6 控制画面 输煤控制画面分为 输煤控制主画面、配煤画面、 流程选择画面， 输煤控制画面又细分为上煤和蓄储煤即 河南、河北两部份 配图6 。系统内除铁器 、除尘器等 辅助设备的状态只在分画面显示。系统为操作员提供 了实时、历史的数据查询。 画面监视软件选用 G E公司的 i F I X产品 3 ． 5版， 其 中变色规律相同的设备 状态反馈类型一致 使用了 “ u s e r ”中变色方案进行自定义。各种雷同设备如犁煤 器等使用了标签组替换功能。开启历史库， 主要针对电 流及碎煤机频率等模拟量以 4小时为一个文件进行存 储。开关量包括正常动作和报警及事件该软件 已自动 存储， 编辑了VB脚本， 方便查阅， 有利于皮带撕裂等异 常 的分析 。 5 运行后解 决的问题和注意事项 i PLC输入输出信号应采用继 电器隔离， 此举 非常必要 。至今 已烧坏多个隔离继 电器但未损坏 一 块 卡 件 。 2 除木器和除铁器、三位置伸缩装置 自身连锁保 护做在各 自就地西门子 2 0 0 和西门子L OGO中。 3 翻车机本地系统工作需输煤集控给允许信号 ； 卸煤沟与圆筒仓的叶轮给煤机操作计算机机箱有硬端 子板 ， 所需 的闭锁信号 本 皮带 已运行 由输煤程控 P L C提供 。 4 通过交换机与厂级监控系统辅网连接， 再通过 辅网连至厂级监控 s i s 系统。 5 斗轮机堆取煤所用的 1 6 带与三位置反馈加入 互相闭锁功能 可手工解锁 。 6 输煤由于所属设备繁多， 经常改造在所难免， 所 以要充分掌握辅助设备 的工艺控制要求。出现过运行 时修改程序后在线下装错版本致系统停运的事情 ， 所 以 要注意区分逻辑版本 ， 并做好软件的备份工作。 7 输煤现场环境恶劣， 粉尘大， 分别出现过 电源模 块、通讯模块损坏故障影响系统运行 ， 注意做好备品备 件工作 。 8 如发生子站及后面子站电源失电的的问题 ， 可 通过 P L C状态灯和光电通讯适配器上的通道状态灯先 行判断。在环境较好的最末端子站 MC C柜取电并倒送 其余子站， 等待机会再恢复。 下转第 1 2 3页 经 验 交 流 T ec hn i c aI Co m m u 13 i c at i on s 自动化 技术与应用 2 0 1 0年第 2 9卷第 1 2期 单元 ， 并且模拟整流单元只能通过调节电位器 、用万用 表时时测量的方法来控制输出电压 ， 可操作性极差 。而 数字整流单元可 以通过键盘轻松调节触发角 ， 并通过数 码管来读取当前 电压值 ， 便于操作。 图 8 数字整流单元触发角最小时波形 由于 引入了单片机作为数字化控制的主控部件 ， 使得系统能够实现直流侧 电压 的 自动调节功能。将经 过 V／F转换的频率值读取到单片机 ， 并通过相应的转 换公式计算 出对应 的电压值 ， 与期望的电压值进行差 值计算后 ， 通过经验公式调节触发角度 ， 以期使得输出 电压为期望电压值 ， 从而达到直流 电压 自动调节 的功 能。这 里用到的经验 公式由于涉及到保密级 别的 内 容 ， 不能尽 述 。 5 结束语 运用单片机与模拟电路、电力电子技术、 自动控制 技术相结合 ， 实现了数字化整流的目的， 并做到故障报 警、预充电时间可调、触发角可调等功能。此外模拟整 流 单元 无法 进行 通讯 ， 数字 整流 单元可 以通过编程 与变 频器等其他装置进行 U S S通讯 。目前该产品已经调试 完成 ， 现场试验成功。 该系统只做到了电流开环调节 ， 由于系统能够较精 准的测量出直流侧的电压 、电流值 ， 可以通过电流值反 馈， 把系统做成做成电流闭环 ， 并通过引入 P I D调节的方 法 来精 准 定位 触 发角 的位 置 。 参考文献 [ 1 ] 王兆安， 黄俊． 电力电子技术f M】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 4． [ 2 ]徐维祥 ， 刘旭敏 ． 单片微 型机原理及应用【 M] ． 大连 大连 理工大学 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 】童诗白， 华成英 ． 模拟电子技术基础 第三版 [ M] ． 北京 高等教育出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 4 ] 谭浩强． C 程序设计 第二版 【 M】 ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 2 ． 作者 简介 夏本 臣 1 9 5 7 一 ，男， 工程师， 主要从事水文水资 源 研 究 及 管 理 。 上接第 l 1 6页 6 结束语 子 科 技 大 学 出 版 社． 2 0 0 4 ， 2 ． 输煤控制系统以P L C为数据采集和信号处理中心， [ 3 ]王华， 韩永志． 可编程序控制器在运煤自动化中的应用 将整个工艺过程和辅助设备纳入控制并且采用软硬件 [ M] 北京 中国电力出版社 2 0 0 3 ， 7 冗余方式的设计， 大大提高了输煤系统的可靠性和 自动 化水平， 解决了环境恶劣干扰严重 ， 设备众多系统复杂 等问题。因而在 1 O 0 0 MW 超超临界机组扩建工程的辅 网控 制系统 中也设计使 用西 门子 S 7系列 P LC， 并大量 采用P R OF I BU S现场总线技术 ， 不但节约购买P LC卡件 与电缆费用 ， 也大大减轻了安装工程量。 参考文献 ⋯ 1 S I E ME NS S T E P 7 V5 ． 3编程使用手册【 z 】 ． 【 2 ]汪志锋 ． 可编程序控制器原理与应用【 M】 ． 西安 西安电 作者简介 崔曜 1 9 7 5 一 ， 男， 工程师， 高级技师， 长期从事热 控 自动 化 工 作 。