集散控制和现场总线技术在发电厂输煤系统中的应用发表时间：2018-01-10T10:11:25.683Z 来源：《电力设备》2017年第27期作者：赵吉成[导读] 摘要：微型机具有价格便宜、体积小、可靠性高等优点，使计算机控制由集中式的控制结构，转变成分散控制结构，也就是用多台计算机协调完成多个控制回路的控制任务，它们被“分散”安装到接近于测量和控制点的地方，这一类控制装置都具有数字通信能力，它们通过高速数据通道（现场总线）和主控制室的计算机相连接，形成分散控制、集中操作和分级管理的布局。
（中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司宁夏灵武 750409）摘要：微型机具有价格便宜、体积小、可靠性高等优点，使计算机控制由集中式的控制结构，转变成分散控制结构，也就是用多台计算机协调完成多个控制回路的控制任务，它们被“分散”安装到接近于测量和控制点的地方，这一类控制装置都具有数字通信能力，它们通过高速数据通道（现场总线）和主控制室的计算机相连接，形成分散控制、集中操作和分级管理的布局。
采用现场总线技术，可以减少现场控制电缆的敷设，节约建设投资成本，提高发电厂输煤系统运行的可靠稳定运行；本文着重介绍了集散控制和现场总线技术在发电厂输煤系统中的应用的初步可行性讨论分析。
关键词：集散控制；现场总线；A/D及D/A转换器；可靠运行1 输煤系统概述随着微型计算机和现场总线技术的发展，微型机具有价格便宜、体积小、可靠性高等优点，使计算机控制由集中式的控制结构，转变成分散控制结构，也就是用多台计算机协调完成多个控制回路的控制任务，它们被“分散”安装到接近于测量和控制点的地方，这一类控制装置都具有数字通信能力，它们通过高速数据通道和主控制室的计算机相连接，形成分散控制、集中操作和分级管理的布局。
输煤系统采用PLC程序控制，网络及总线控制结构,A/D及D/A信号转换，现场总线方式，配套相关系统RS-485通讯接口，并在机组辅机网上实现对输煤系统设备的监控。
输煤系统的控制方式采用程序控制，CRT显示。
翻车机系统、斗轮堆取料机采用程序控制，并与输煤程控有信号和通讯联系。
参加程序控制的设备还可以在就地进行起、停操作。
在系统中的一些重要部位还设置了工业电视摄像头，用于监测设备运行状态。
2 输煤系统的工艺流程汽车卸煤沟（火车卸煤沟、斗轮机、）—＃1转运站—＃2转运站（除铁器）—＃3转运站（除铁器）—＃4转运站—碎煤机室—煤仓间（犁煤器）—给煤机—磨煤机3 输煤系统控制3.1 控制系统概述输煤程控系统是实现输煤过程自动化的计算机控制系统，对燃煤输送装置的所有设备实现状态采集、显示和控制、由现场控制设备、现场A/D及D/A信号转换器、现场I/O开关量转换器、现场总线、可编程序控制器（PLC）、工业控制计算机组成，具有皮带自动上煤、煤仓自动配煤、计算机监控管理、CRT画面参数提示、声光报警、打印报表等功能。
输煤系统采用程序控制并设工业电视监视系统，程控系统采用双机冷备方式。
输煤程控系统在总体设计及控制主机容量方面考虑两台机组燃煤要求，并留有一定的余量。
输煤程控包括上煤程控、配煤程控、卸煤程控、系统监测管理、事故报警、事故自诊断、煤量统计、报表打印等，保证长期连续运行。
输煤集中控制室设在输煤综合楼内，控制室设有控制台和电源柜、程控柜、上位机、打印机、工业电视等设备。
输煤系统控制的主要设备包括皮带输送机、储煤筒仓、原煤斗、碎煤机、给煤机、切换挡板、犁煤器、缓冲辊筒、振打器、除铁器等。
为确保安全运行，系统对被控设备设置各种检测和保护功能。
现在电厂所采用的自动化输煤控制系统，成功地实行了自动上煤、自动配煤、多分站网络配置、燃煤分炉计量、输煤皮带的跑偏、拉绳、速度、打滑、撕裂等保护、上位机监控和闭路电视监视相匹配。
在输煤综合楼设置全厂输煤集中监控室，考虑到电厂的输煤程控控制对象比较分散，在1＃转运站、碎煤机室、煤仓层等处设置远程I/O站。
由于输煤系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，集中控制系统与远程I/O站间的通讯采用光缆。
3.2 控制系统功能3.2.1输煤功能输煤系统具有程序控制，软手动控制和就地手动控制三种控制方式，三种方式可以由运行人员根据生产的需要和设备的状态进行切换。
①程序控制方式：程序控制方式是输煤系统的主要运行方式。
可分为自动启动与定时启动。
自动启动是根据现场出现低煤位信号后，经过A/D和D/A转换，通过现场总线发送至PLC,系统按预先设置好的运行方式自动启动系统工作；定时启动是根据每个班上煤的要求，在CRT操作站上启动系统工作。
②软手动控制方式：分为联锁手动和解锁手动联锁手动：在输煤控制室操作台上对现场设备按照选择的流程按逆煤流方向一对一的启动运行，按顺煤流方向一对一停机。
解锁手动：运行人员可随意启停设备（这只可在对设备进行试验时采用）。
③就地手动控制方式：在现场就地操作时的启动运行方式，仅作为调试或检修手段。
紧急情况下，可操作急停按钮，它将使现场所有运行中的受控设备（除碎煤机延时停机外）立即停机。
3.2.2配煤功能配煤系统设三种控制操作方式：程序控制操作；软手动控制操作；就地手动控制操作。
操作方式的选择由设在控制室的CRT操作画面切换开关完成。
①程序配煤方式：根据现场的需要分为条件配煤、时间配煤、自动跳仓和余煤配。
数据采集--A/D和D/A转换—总线传输—PLC控制—现场I/O开关量转换器—指令发送条件配煤方式：当有煤仓出现低煤位信号时，正常进行的配煤煤斗停止配煤并记忆。
先补低煤位仓直至低煤位消失，再按记忆煤斗的正常顺序把煤仓逐个加到高煤位。
当多个仓同时出现低煤位时，对这些仓按从前向后的顺序进行轮换的配煤，直至低煤位消失。
时间配煤方式（也即顺序配煤）：从第一个原煤仓开始进行配煤，煤斗以相同时间的依次配煤，直到所有煤斗发出高煤位信号为止。
顺序配煤时如有煤仓出现低煤位信号，则停止顺序配煤，优先给低煤位配煤。
犁煤器、尾仓和检修仓设定：根据现场需要，在CRT画面上可设定需检修的仓和犁煤器。
当遇到故障犁煤器或检修煤仓时，可自动跳过。
当设置煤仓为检修仓时，该仓犁煤器自动抬起，防止落煤，指定煤仓为尾仓时，尾仓后的煤仓不再配煤。
余煤配煤：当停机信号发出后，皮带上余煤均匀配给每个仓，直至煤仓皮带停止运行。
②软手动配煤方式：在CRT上对犁煤器一对一的进行抬落操作实施软手动配煤。
3.2.3配套仪表设备皮带沿线保护装置：跑偏开关、速度开关、纵向撕裂、拉绳及料流检测器等。
原煤仓料位：选用超声料位计或雷达物位计及射频导纳系列料位开关产品。
3.2.4输煤工业电视系统监控区采用彩色摄像机，在低于1LUX照度的情况下，能够获得清晰图像，无失真画面。
摄像机工作温度为－10℃～＋50℃。
通过防护罩的保护能够在雨雪、风及多粉尘的环境下工作正常。
云台小巧、灵活，水平转角≥320度，垂直转角±45度。
控制室可对云台进行全方位控制，并对变焦镜头光圈大小、变倍、调焦进行操作。
中心值班人员可通过控制中心进行监督和检查。
配置数字硬盘录像主机，多路视频输入，视频矩阵切换控制。
可选择采集多副图像，同时对图像进行监控，操作员可通过多媒体进行图像监视。
系统具备远程监控功能及报警联网接口，可利用普通电话线或计算机网络进行远距离图像和报警信号的传输。
可通过全厂MIS网进行图像切换、云台控制等操作，达到对值班人员或岗位进行监督和随时了解情况。
系统整体布局合理、操作使用简单、维护保养方便。
监控图像和远程视频信号传送稳定、清晰，动态性能良好。
3.3输煤程控系统的组成输煤程控系统采用PLC来实现，PLC主站选用德国西门子S7-400系列PLC。
编程软件为Step7V5.5_CN。
机柜间I/O从站采用S7-300模块，通过PROFINE网络与主站进行通讯。
现场I/O采用德国倍福BK3150端子模块，通过PROFIBUS-DP与主站进行通讯。
胶带机跑偏装置采用DUPLINE总线与主站进行通讯。
上位机监控软件为IFIX5.0。
输煤程控室设工控上位机进行监控和操作，同时负责为全厂辅网系统提供数据服务功能。
程控室不另设操作控制台及显示模拟屏,只在上位机监控台上设紧急停机按钮。
监控台除布置输煤程控的操作员站外，还包括输煤工业电视监控设备、打印机、输煤播叫等附件的布置。
本系统设上位监控机二台，此两台上位机互为热备用，一方面实现输煤程控系统要求的各种监控、系统管理及安全管理功能。
另一方面配置独立的数据库，作为网关计算机负责与全厂信息系统的接口数据响应和服务工作，充当服务器的角色。
正常情况下其中一台做全系统的监测、控制、事故追忆、数据记录备份、操作记录查询、报警记录查询、数据曲线显示、与辅网数据通讯等功能。
另一台负责事故报表、运行报表及其管理及打印，当任一台发生故障时，另一台能自动无扰切换，完全承担所有功能。
维护工程师可以通过密码登录，将任意一台上位机登录成工程师站。
该上位机考虑配有为辅网提供数据服务所需的软、硬件，至少包括：网络接口设备、实时数据库驱动接口软件、防火墙软件等。
与全厂信息系统的接口在保证数据正确传输的同时，还必须保证煤区域监控网络的安全性，并阻止来自全厂信息系统的任何操作及有意或无意的破坏和病毒侵害。
上位机采用HP（惠普）工业级计算机实现，最低配置为Pentium IV 1.6G，512M内存，CPU及内存冗余热备， 80G硬盘（带磁盘阵列），40倍速可读写光驱。
服务器数据库容量保证整个煤区域实时数据在线保存3个月以上，并可实现自动数据备份。
输煤系统配置两台至少100M速率的以太网交换机，每台至少有电口14个，光端口2个，布置于输煤程控台内。
其中电口考虑与上位机和PLC的以太网相连，光端口考虑与全厂辅网相连。
通过煤区域监控网络对网络监控系统和各车间控制系统进行统一时钟校准，以使整个系统工作在统一的时钟下，煤网控制系统留有1个接受GPS对时的接口，接口形式满足电厂GPS系统要求。
本系统在各控制对象的就地控制柜（机旁箱）上设程控和就地操作切换开关。
系统的正常运行以上位机的显示、键盘、鼠标操作为主，各对象就地手动启停按钮操作只做为试验及事故状态下使用。
对于输煤系统个别重要参量的监控，可通过输煤程控系统与电厂辅网、SIS系统接口实现上传和下达。
3.4 输煤程控项目3.4.1程控启动操作员可分段启动系统设备，用鼠标器选择自动运行方式，然后预选要启动的皮带输送机后再点选“确认”按钮，这时系统就会按逆煤流方向将现场设备按预选的线路逐个启动，在每个设备启动之前系统都发出7秒钟的声音警告，启动后的设备在CRT画面上有详细的指示。
3.4.2程控停机点选“程控停机”按钮，此时PLC发出按顺煤流方向从煤源开始停机的指令，直至犁式卸料器全部抬起为止。
3.4.3事故停机当皮带出现打滑、跑偏、撕裂或现场其它设备发出急停信号时，PLC按预先编制的程序立即发出事故停机指令。
