應(yīng)用案例11輸煤程控系統(tǒng).doc

應(yīng)用案例11輸煤程控系統(tǒng)1. 概述1.1.1輸煤程控簡述在我國大型熱電廠中所采用的絕大部分燃料是燃煤。由于煤產(chǎn)地與電廠間地理位置或地域不同，就需通過汽車、火車、或輪船把煤運往火電廠煤廠，通過由卸煤系統(tǒng)、堆煤系統(tǒng)、上煤系統(tǒng)和配煤系統(tǒng)等組成的輸煤程控系統(tǒng)輸送到指定的煤倉或煤筒。火電廠輸煤控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以達到按時保質(zhì)保量為機組（原煤倉）提供燃煤的目的。整個輸煤控制系統(tǒng)是火電廠十分重要的支持系統(tǒng)，它是保證機組穩(wěn)發(fā)滿發(fā)的重要條件?；谳斆嚎刂葡到y(tǒng)在整個火電廠中的重要性，且煤場面積大、工作環(huán)境惡劣、人工作業(yè)通訊難以暢通，利用現(xiàn)代成熟技術(shù)PLC和現(xiàn)代總線網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)其控制功能。 1.1.2系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成如圖(1)所示。本系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)采用Modicon的quantum系列可編程控制器(PLC）作控制主機，并采用雙主機模塊熱備方式運行。上位采用兩臺客戶機形式構(gòu)成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，選用美國Intellution公司Fix3.0軟件包作為人機界面（MMI）應(yīng)用軟件，實現(xiàn)工藝參數(shù)的實時采集顯示（DAS）、系統(tǒng)操作（Control）、報警信息自動記錄（Alarm&Datalog）、歷史趨勢顯示（History）、系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)（Network）等功能。系統(tǒng)包括一個輸煤程控主站及從站、遠程I/O站。本系統(tǒng)人機界面選用的工控軟件包FIX3.0是美國著名的工控軟件Intellution的主要產(chǎn)品，其應(yīng)用遍布世界各地，高居全球工控軟件包銷售榜前列。監(jiān)控站的配置為著名美國品牌DELL機、INTEL P CPU、19Philips顯示器，使系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性及處理速度得以保證。其它主要外圍設(shè)備也選用了優(yōu)良的品牌設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)適配器采用美國3Com公司3c509系列產(chǎn)品?？傊?，本系統(tǒng)采用上層的軟硬件系統(tǒng)來實現(xiàn)整個監(jiān)控過程的自動化。操作員站具有管理功能，可以顯示系統(tǒng)總貌，分組顯示，回路顯示，報警顯示，系統(tǒng)狀態(tài)顯示，定義生產(chǎn)動態(tài)顯示，相關(guān)參數(shù)顯示等。同時可進行操作信息、系統(tǒng)狀態(tài)信息、生產(chǎn)記錄和統(tǒng)計信息打印。1.1.3控制系統(tǒng)功能的實現(xiàn)1.1.3.1 監(jiān)視功能 操作人員可以通過CRT能對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視，監(jiān)視畫面有：系統(tǒng)概貌總圖卸煤流程圖上煤流程圖配煤流程圖設(shè)備檢修一覽表報警畫面1.1.3.2 控制功能1.1.3.2.1 運行方式選擇上煤控制：程序控制，聯(lián)鎖手動，解鎖手動配煤控制：程序配煤，手動配煤設(shè)備級控制：手動式運行 1.1.3.2.2輸煤控制 本系統(tǒng)有程序控制、聯(lián)鎖手動、解鎖手動三種控制方式。在現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)正常的情況下，程序控制為系統(tǒng)的最佳控制方式，在此方式下，設(shè)備的空載運行時間最短，操作員的操作步序最少。聯(lián)鎖手動方式是對要啟動的流程中設(shè)備按逆煤流方向一對一的啟動，按順煤流方向一對一停車，要求設(shè)備啟動前須先將三通擋板啟動到位，設(shè)備的保護動作處理均同自動控制方式。解鎖手動是在設(shè)備間解除了聯(lián)鎖關(guān)系的情況下，一對一啟動設(shè)備，此方式絕不可帶負載運行，因設(shè)備已經(jīng)不存在聯(lián)跳功能。 考慮到設(shè)備帶負載停機等因素，流程啟動時，只按逆煤流方向逐臺啟動，聯(lián)鎖手動方式下啟動流程也須遵循此原則。 流程按順煤流方向逐臺停機，在故障停機情況下，故障點以上設(shè)備除碎煤機延時跳外，均立即聯(lián)跳，聯(lián)鎖手動方式下，隨意停流程中一臺設(shè)備，也將聯(lián)跳逆煤流方向以上設(shè)備。故障解除后，可將停掉的設(shè)備以自動控制或聯(lián)鎖手動方式再次啟動。 緊急情況下，可操作上位機的急停按鈕或同時按控制臺右側(cè)紅色的急停按鈕，它將使現(xiàn)場所有運行中的受控設(shè)備（除碎煤機延時停機外）立即停機。 1.1.3.2.3配煤控制 工程中可根據(jù)煤倉煤料位高低信號進行優(yōu)化配煤。本系統(tǒng)有程序配煤、手動配煤兩種運行方式。程序配煤完全根據(jù)現(xiàn)場的煤位信號和下料車車位信號，以及系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場要求所設(shè)的尾倉和檢修車，自動控制下料車運行和停止，完成原煤倉加倉配煤。手動配煤則由操作員根據(jù)現(xiàn)場的煤位和車位信號通過上位機操作下料車運行和停止來完成原煤倉的加倉配煤。 （1）程序配煤 程控配煤是根據(jù)現(xiàn)場煤位信號進行自動配煤，有三種原則，即優(yōu)先配、順序配、余煤配。 若某倉一旦出現(xiàn)低煤位信號，不管原來配倉在哪里進行都將立即中止而轉(zhuǎn)入對低煤位信號的倉配煤，即出現(xiàn)低煤位信號的倉要優(yōu)先配煤。如果是有兩個以上的倉同時出現(xiàn)低煤位信號，則按順煤流方向依次配倉至低煤位信號消失延時一段時間。當(dāng)全部低煤位信號消失時，各倉的配煤將按順煤流方向依次進行，每個倉都配至高煤位信號出現(xiàn)為止。 如都沒有低煤位信號，則順序加倉，直至倉加滿。 如遇到檢修車或檢修倉則自動跳過。 如果下料車控制信號發(fā)出10秒后，該車仍未運行，則發(fā)出該下料車卡死信號，并轉(zhuǎn)入下一下料車繼續(xù)配煤。 將配煤方式開關(guān)打開到手配再按配清按鈕，然后再將配煤方式開關(guān)轉(zhuǎn)到程配位置，程序?qū)⒅匦屡涿骸?當(dāng)順序配煤到尾倉，尾倉出現(xiàn)高煤位時，配煤系統(tǒng)即發(fā)出程配完畢信號。程配完畢信號發(fā)出后，整個流程即要順煤流方向依次停運各個設(shè)備，將皮帶上的煤走空。在流程停運之前這一段時間，配煤將在尾倉繼續(xù)配煤，直到皮帶上的余煤配完可流程停下來。 檢修的設(shè)置都在上位機上進行，下料車（最后一個可用參加程序配煤的下料車）在程配時處于運行狀態(tài)，后面的倉不參與配煤。設(shè)置檢修下料車前，需在就地將此車打在停止位置，在程配不對此車進行控制。 （2）手動配煤 手動配煤通過上位機手動操作每臺下料車的運行狀態(tài)進行配煤，手動配煤時下料車的卡死判斷仍然有效。在檢修下料車時不能手動操作。 1.1.3.2.4輸煤系統(tǒng)設(shè)備的統(tǒng)計管理 設(shè)備運行時間的累積有利于設(shè)備的管理，為安排大修提供可靠依據(jù)，并可反映設(shè)備使用率。在必要的時候可把設(shè)備的累積運行時間清零，此后將重新開始運行時間的累積，于此同時進行每運行班的貯煤量、和加倉量的統(tǒng)計。 1.1.3.3管理功能 歷史數(shù)據(jù)保存 實時數(shù)據(jù)記錄與打印 2火電廠輸煤程控系統(tǒng)的抗干擾措施21 概述 作為一種應(yīng)用于工業(yè)控制的自動裝置，PLC本身具有一定抗干擾能力，比較適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。盡管如此，由于火電廠輸煤系統(tǒng)運行條件惡劣，各類干擾信號較多，使得抗干擾問題成為輸煤程控設(shè)計、調(diào)試及運行中的一大難題。許多電廠輸煤程控系統(tǒng)不能長期穩(wěn)定運行，抗干擾能力差是其最主要的原因。 一般來說，PLC系統(tǒng)故障可分為內(nèi)部故障和外部故障兩大類，內(nèi)部故障指PLC本身的故障，外部故障指系統(tǒng)與實際過程相連的傳感器、檢測開關(guān)、執(zhí)行機構(gòu)等部分的故障。系統(tǒng)中只有5%的故障發(fā)生在PLC內(nèi)部，說明PLC的可靠性遠遠高于外部設(shè)備，提高系統(tǒng)可靠性的重點應(yīng)放在外部設(shè)備方面。因此筆者從硬件和軟件兩方面考慮，對外部設(shè)備綜合運用以下幾種抗干擾措施，在實際運行中收到了良好效果。2.2 抗干擾措施2.2.1 硬件措施1) 信號隔離2) 接地屏蔽3) 電纜選擇與敷設(shè)2.2.2軟件措施 在PLC控制系統(tǒng)中，除采用硬件措施提高系統(tǒng)的抗干擾能力外，筆者還利用其計算速度快的特點，充分發(fā)揮軟件優(yōu)勢，以確保系統(tǒng)既不會因干擾而停止工作，又能滿足工程所要求的精度和速度。數(shù)字濾波和軟件容錯是達到這一目的的兩種經(jīng)濟、有效的方法1）數(shù)字濾波2）軟件容錯3.輸煤程控系統(tǒng)的故障診斷及處理 輸煤系統(tǒng)設(shè)備多，工作環(huán)境惡劣。為保證系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，系統(tǒng)在設(shè)計上合理優(yōu)化，采用了先進的控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場各設(shè)備控制箱采用雙層密封箱體； 選用高可靠性的繼電器、接觸器等組件，通過優(yōu)化設(shè)計，大大減少了接點數(shù)，從而減少了故障點，使設(shè)備的可靠性、安全性和可擴展性都大大提高。系統(tǒng)可對現(xiàn)場故障信號及時捕捉、準(zhǔn)確診斷，并對現(xiàn)場設(shè)備采取保護措施，實現(xiàn)了系統(tǒng)安全可靠的運行。3.1故障捕捉輸煤系統(tǒng)的故障判斷是建立在實時監(jiān)測基礎(chǔ)上的。從性質(zhì)劃分有兩類故障，一類是可由現(xiàn)場檢測開關(guān)狀態(tài)判斷的，如落煤管堵煤、皮帶跑偏等，另一類則需通過軟件系統(tǒng)作相應(yīng)的處理、分析才能夠確定的，如犁煤器、三通擋板不到位故障等。對這兩類故障，軟件系統(tǒng)都能及時捕捉并進行報警。1) 直接開關(guān)狀態(tài)故障的判斷直接由現(xiàn)場檢測開關(guān)得到的故障信號有多種，包括電動三通管堵煤、皮帶輕度及重度跑偏、皮帶打滑、輥軸篩堵煤、煤倉及筒倉高或低煤位、現(xiàn)場拉繩開關(guān)閉合等。這些信號狀態(tài)產(chǎn)生后必須作相應(yīng)的延時處理才可斷定是否真的故障信號，以免誤報。如皮帶打滑故障的判斷，因皮帶在啟動時速度是逐漸增大的，所以須在皮帶運行狀態(tài)存在30s后再判斷處理。2) 非開關(guān)狀態(tài)信號故障的判斷此類故障是由PLC控制邏輯判斷或上位機監(jiān)控軟件分析獲得的。包括： 主要電機電流越限或異常、煤倉或筒倉的高或低煤位(依據(jù)連續(xù)料位計信號產(chǎn)生的)、電動三通管的切換不到位、電動犁煤器的抬落不到位、除鐵器不到位、皮帶重度打滑等。這種故障的捕捉在PLC梯形邏輯中實現(xiàn)，這樣即使在上位監(jiān)控機不工作時PLC也可捕捉到所有故障。一旦有嚴重故障發(fā)生， PLC立即采取停止流程、停止相關(guān)設(shè)備等相應(yīng)措施，防止故障進一步擴大，保護設(shè)備的安全運行。. 電機電流異常輸煤沿線設(shè)備很多，對主要設(shè)備要裝設(shè)電流傳感器和電流變送器監(jiān)視馬達電流是否工作在正常狀態(tài)，避免電機長時間工作在電流過大或過小狀態(tài)，以致燒毀電機。電流變送器輸出的信號為420mA的模擬量，傳輸至PLC模入模塊。. 電機電流越限若皮帶由金屬鈍器劃破即皮帶有撕裂故障發(fā)生時，則電機電流會出現(xiàn)突然超大狀況，此時必須立即停機。所以常以電機電流越限來判斷是否皮帶有撕裂發(fā)生。. 皮帶打滑皮帶打滑故障是依據(jù)皮帶測速儀的模擬信號而產(chǎn)生的。皮帶的速度有設(shè)計的正常運行值，若實測的速度信號值低于正常運行值的80%，皮帶則出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，嚴重打滑應(yīng)立即停機，以免皮帶嚴重磨損造成損失。.不到位電動三通管、犁煤器和除鐵器的不到位故障的診斷過程是相似的，是根據(jù)控制系統(tǒng)(上位機或PLC)發(fā)生切換命令的時間、上/下(左/右)限位開關(guān)斷開時間和相對應(yīng)的限位開關(guān)閉合情況來分析、判斷。一旦有不到位故障發(fā)生，則向相反方向切換設(shè)備，以免該設(shè)備卡住而影響流程的啟?；驘龤щ姍C。3.2故障報警輸煤系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的故障類型很多，但處理方法不同，有的故障只需報警，以提醒值班人員注意，如皮帶輕跑偏、皮帶電機電流越限、煤倉或筒倉高煤位等； 對嚴重故障，如皮帶重跑偏、重打滑、撕裂、電動三通管堵煤等，則必須立即停止故障設(shè)備，并通過聯(lián)鎖停止其前級所有設(shè)備。故障報警采用聲(喇叭、警鈴、蜂鳴器)、光(模擬屏發(fā)光、光栓、 CRT光標(biāo))等手段實現(xiàn)。即利用多媒體技術(shù)合成語音通過揚聲器播放發(fā)生的故障類型，并在CRT上的報警窗口顯示故障發(fā)生時間、故障類型及判斷的故障原因，故障信息上光帶閃爍，同時模擬屏上相應(yīng)設(shè)備的燈光也閃爍，工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)的畫面自動切換至故障設(shè)備。3.3故障顯示和儲存雖然上位機監(jiān)控軟件包提供了參數(shù)越限等故障報警功能，但其報警記錄的儲存和查詢很不方便，要實現(xiàn)靈活的語音報警也很困難，為此開發(fā)了一外部應(yīng)用程序并嵌入監(jiān)控軟件包。監(jiān)控軟件與外圍應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)的傳送是通過發(fā)送消息來實現(xiàn)的。應(yīng)用程序接收到數(shù)字串后按約定的協(xié)議把那串?dāng)?shù)字翻譯過來，然后進行語音報警、故障記錄儲存和顯示等。4控制方案 4.1硬件部分方案 1）系統(tǒng)構(gòu)成 控制系統(tǒng)采用PLC和上位機兩級控制結(jié)構(gòu)方式，并結(jié)合部分車間的遠程I/O及PLC子站的功能，通過PLC進行程序控制、遠方控制及就地操作，由上位機對整個工藝系統(tǒng)進行集中監(jiān)視、管理和自動順序控制?？刂葡到y(tǒng)(包括主機、通訊、電源等)采用冗余配置。（可詳見網(wǎng)絡(luò)圖）4.2軟件控制方案系統(tǒng)軟件u 梯形圖編程軟件 Concept 軟件，XLu 上位機組態(tài)軟件 IFIX 3.0 開發(fā)+運行無限點4.2.1程控系統(tǒng)的運行方式4.2.1.1自動方式（CRT操作）正常情況下，所有設(shè)備的運行、停運等由PLC按預(yù)定的程序自動完成，PLC自動識別各設(shè)備所處狀態(tài)，即通過上位機發(fā)出指令，由PLC按預(yù)定的程序完成自動程序的運行操作。在投入自動運行前須人工干預(yù)，通過點操或步操方式使各設(shè)備滿足自動運行條件。4.2.1.2步操方式（CRT操作）操作人員通過上位機的鍵盤或鼠標(biāo)對各設(shè)備進行單步操作。即選擇哪個程序的哪一步,就執(zhí)行該步。但各步之間的條件須由人工判斷。4.2.1.3點操方式（CRT軟手操）操作人員通過上位機的鍵盤或鼠標(biāo)對電磁閥，泵，風(fēng)機進一對一的控制操作，使其處于開或關(guān)的狀態(tài)。2.1.4 皮帶機、碎煤機等就地手動操作在設(shè)備就地柜上設(shè)有啟停操作旋鈕。當(dāng)就地柜上的遠方/就地旋鈕處于就地位置時，操作人員可在就地控制設(shè)備啟停進行硬手操。4.2.2控制系統(tǒng)的性能控制系統(tǒng)具有完善友好的人機界面，采用國際流行的上位機監(jiān)控作為主要的人機接口，取代傳統(tǒng)的操作盤和模擬盤控制方式，整個系統(tǒng)的運行操作和監(jiān)視全部在上位機實現(xiàn)，通過CRT畫面、鍵盤和鼠標(biāo)對過程進行監(jiān)控。上位機上不僅能顯示風(fēng)機、泵、閥門等系統(tǒng)設(shè)備的運行狀態(tài)、過程參數(shù)、報警等，還可以進行各運行方式的選擇和切換，進行自動程控操作，同時還具有模擬量參數(shù)顯示、棒狀圖顯示、聲光報警、打印制表等功能。4.2.2.1上位機功能如下：u 程序開發(fā)u 系統(tǒng)狀態(tài)診斷u 控制系統(tǒng)組態(tài)u 數(shù)據(jù)庫的管理和維護u 上位機畫面的編輯和修改u 監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)每一個模擬量的數(shù)值和數(shù)字量的狀態(tài)u 顯示并確認報警信息u 顯示操作指導(dǎo)和幫助u 建立趨勢畫面并獲取趨勢信息u 自動定時生成報表，并自動或手動打印報表u 遠程控制現(xiàn)場設(shè)備的開、關(guān)、啟、停等u 遠程手動和遠程自動方式的切換u 對模擬量的設(shè)定值和偏置在上位機可開放式設(shè)定4.2.2.3顯示功能：u 多窗口的圖：能夠覆蓋工藝系統(tǒng)的實際情況，畫面簡潔大方u 報警畫面：顯示當(dāng)前或歷史報警信息u 趨勢圖：對重要的數(shù)據(jù)進行圖形化顯示u 指導(dǎo)畫面：指導(dǎo)操作u 控制畫面：對設(shè)備進行控制u 故障診斷畫面u 動態(tài)畫面u 參數(shù)修改畫面：對工藝參數(shù)（步序時間/條件）進行修改4.2.2.4其他功能u 實現(xiàn)故障報警，輸出設(shè)備故障信號為干接點，用于切換工業(yè)電視監(jiān)視畫面。u 歷史數(shù)據(jù)管理：對所有采集數(shù)據(jù)任意設(shè)定存取間隙和存取方式。u 打印報表：按用戶定義的報表格式進行定時、報警和隨機打印。u 事件記錄：事件和內(nèi)部時鐘按時間順序區(qū)分和管理，并及時顯示和打印。u 監(jiān)控TAG及調(diào)試：采用結(jié)構(gòu)化TAG定義。既能通過TAG定義隨時修改每個測點的有效狀態(tài)、報警管理、歷史數(shù)據(jù)、死區(qū)與PLC通訊參數(shù)等，同時能修改實時數(shù)據(jù)庫的TAG值來執(zhí)行調(diào)試操作。u 數(shù)據(jù)庫接口與數(shù)據(jù)通訊：具備開放性的實時數(shù)據(jù)庫能接受任何任務(wù)的訪問并與其交換數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具備復(fù)制和分發(fā)功能，將信息分送給其它的通用數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序，支持SQL、ODBC或OLE DB的應(yīng)用程序。所有數(shù)據(jù)能用符號代表，如：VAVLE、MOTOR等，需要時能對變量的每次改變進行監(jiān)視和處理。在工程師站上生成的任何顯示畫面和趨勢圖等，均能通過網(wǎng)絡(luò)加載到操作員站。各程控系統(tǒng)PLC控制程序的組態(tài)和修改可在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的工程師站上進行，并通過網(wǎng)絡(luò)下載到程序控制系統(tǒng)的PLC中。通過網(wǎng)絡(luò)，工程師站能調(diào)出系統(tǒng)內(nèi)任一PLC站的系統(tǒng)組態(tài)信息和有關(guān)數(shù)據(jù)，還可以使工程師將組態(tài)的數(shù)據(jù)從工程師站下載到各PLC站和操作員站。此外，當(dāng)重新組態(tài)的數(shù)據(jù)被確認后，系統(tǒng)能自動地刷新其內(nèi)存。5 功能特點u 采用集散型結(jié)構(gòu)，可提高系統(tǒng)的可靠性，分散系統(tǒng)風(fēng)險；u 上位機由兩臺工控機組成，可同時工作，互為冗余；u 上位機對整個工藝系統(tǒng)進行集中監(jiān)視、管理和自動控制；當(dāng)參數(shù)越限或控制對象故障狀態(tài)變化時，RT畫面上以不同顏色顯示，并實現(xiàn)語音報警；u 通過PLC對整個系統(tǒng)實現(xiàn)遠程自動控制，并具有聯(lián)鎖保護功能；第二部分 工業(yè)電視系統(tǒng)1. 近十年來在輸煤自動化工程中大部分采用了美國AD公司的閉路電視系統(tǒng)，使用效果很好。電廠輸煤系統(tǒng)一般監(jiān)控范圍廣、線路長、環(huán)境條件惡劣、電磁干擾嚴重、監(jiān)控對象繁多，既有室外設(shè)備也有室內(nèi)設(shè)備，包括：卸船機、翻車機、葉輪給煤機、斗輪機、碎煤機、各段皮帶犁煤器、除鐵器以及煤碼頭和露天煤場等。從煤源處到煤倉間，整個輸煤戰(zhàn)線長達15公里以上。室內(nèi)外溫差很大，在煤倉間溫度最高能達到50 C左右。輸煤系統(tǒng)在整個發(fā)電廠內(nèi)是環(huán)境條