電廠輔機(jī)及控制系統(tǒng)的安全技術(shù)策略

電廠輔機(jī)及控制系統(tǒng)的安全技術(shù)策略

電廠輔機(jī)系統(tǒng)主要包括輸煤系統(tǒng)、化水系統(tǒng)和除灰渣系統(tǒng)。

目前絕大多數(shù)電廠特別是大中型電廠輔機(jī)系統(tǒng)的控制都采納PLC（可

編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)。

以貴州黔北發(fā)電廠4X300MW輸煤程控系統(tǒng)為例，分析和介紹

PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電廠輔機(jī)系統(tǒng)安全及保證PLC控制系統(tǒng)自身安全的

策略。

1保證操作安全和設(shè)備安全的策略

控制對(duì)象所在系統(tǒng)的工藝流程以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工況是控制系統(tǒng)

進(jìn)行控制操作的依據(jù)和條件。控制操作是否規(guī)范合理不僅直接關(guān)系到

控制任務(wù)能否順利完成，還可能影響到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全。同時(shí)，控制

系統(tǒng)程序中合理的軟件邏輯也可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全起到一定的保

護(hù)作用。所以，從控制角度講，控制對(duì)象的設(shè)備安全既和控制操作有

關(guān)，也和軟件邏輯保護(hù)有關(guān)。

1.1充分的人機(jī)交流

PLC控制系統(tǒng)采納上下位機(jī)兩級(jí)控制結(jié)構(gòu)方式：PLC作為下位

機(jī)采集現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、接受操作員的控制指令并且實(shí)現(xiàn)邏輯控制；工控機(jī)

作為上位機(jī)用于人機(jī)接口。上位機(jī)工控機(jī)和下位機(jī)PLC之間通過(guò)數(shù)據(jù)

通訊接口進(jìn)行通訊。

利用工控機(jī)中安裝的工業(yè)監(jiān)控軟件，可以在上位機(jī)顯示器上直

觀、動(dòng)態(tài)地顯示出系統(tǒng)中所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息、性能參數(shù)和歷史

信息。操作員可以通過(guò)上位機(jī)的人機(jī)接口在充分了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工況的

狀況下，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備發(fā)出控制指令。操作員控制指令在PLC主機(jī)中經(jīng)

過(guò)邏輯運(yùn)算后，最終傳送到PLC的各個(gè)I/O站實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。

操作員和所有控制對(duì)象之間全面充分而且實(shí)時(shí)的信息交流為操作員

發(fā)出安全合理的操作指令提供了充分條件。

1.2程序保護(hù)

操作員在控制室上位機(jī)畫(huà)面上用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的圖符即可對(duì)

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制和操作。這種簡(jiǎn)便快捷的遠(yuǎn)距離集中控制

方式首先充分保證了操作人員的安全。此外，PLC控制系統(tǒng)更為重要

的一個(gè)功能就是通過(guò)PLC程序軟件邏輯實(shí)現(xiàn)工藝流程聯(lián)鎖保護(hù)和故

障報(bào)警聯(lián)動(dòng)保護(hù)等程序保護(hù)，以減少誤操作或者局部故障造成嚴(yán)重事

故的可能。

(1)工藝流程聯(lián)鎖保護(hù)

以輸煤程控系統(tǒng)為例，控制系統(tǒng)具有工藝流程聯(lián)鎖保護(hù)功能，

聯(lián)鎖的投入能夠阻止任何設(shè)備超出工藝流程順序的啟動(dòng)或停止，以防

止在系統(tǒng)設(shè)備啟動(dòng)或停止時(shí)煤在系統(tǒng)中局部區(qū)域堆積起來(lái)，甚至損壞

設(shè)備。

輸煤程控系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，按逆煤流方向，從下游最后一條皮帶機(jī)

及相關(guān)設(shè)備開(kāi)始依次啟動(dòng)，直到上游第一條皮帶機(jī)及相關(guān)設(shè)備啟動(dòng)

后，才開(kāi)始供煤。系統(tǒng)主要設(shè)備啟動(dòng)前，均自動(dòng)打警鈴30s,以提

醒相關(guān)人員注意安全。停運(yùn)時(shí)按順煤流方向，先停供煤設(shè)備，然后從

上游第一條皮帶機(jī)及相關(guān)設(shè)備至下游最后一條皮帶機(jī)及相關(guān)設(shè)備依

次停機(jī)。程序自動(dòng)方式停運(yùn)時(shí)，每臺(tái)設(shè)備之間按規(guī)定的延時(shí)時(shí)間，順

煤流方向依次發(fā)停機(jī)命令，延時(shí)停機(jī)是為了在設(shè)備上的余煤走光后再

停機(jī)。

雙路皮帶輸煤系統(tǒng)設(shè)備通過(guò)三通和皮帶機(jī)伸縮頭裝置組成

運(yùn)行線路，有幾十種之多。對(duì)此，工藝流程聯(lián)鎖保護(hù)程序中還要合計(jì)

系統(tǒng)中不同輸煤設(shè)備組合成的運(yùn)行線路的合理性，并且要避免不同運(yùn)

行線路之間的沖突。

另外，輸煤控制系統(tǒng)程序聯(lián)鎖保護(hù)還包括除塵器和除鐵器與皮

帶機(jī)之間的聯(lián)鎖運(yùn)行；振打器與堵煤裝置信號(hào)之間的聯(lián)鎖運(yùn)行等。

通過(guò)PLC程序?qū)⒖刂葡到y(tǒng)的所有設(shè)備按照運(yùn)行工藝流程互相

關(guān)聯(lián)并固定起來(lái)，可以有效防止因違反工藝流程的誤操作而引起的安

全事故。

(2)故障報(bào)警聯(lián)動(dòng)保護(hù)

操作員通過(guò)人機(jī)接口可以監(jiān)視到所有故障報(bào)警的具體內(nèi)容。當(dāng)

控制系統(tǒng)中出現(xiàn)重要報(bào)警時(shí)，報(bào)警設(shè)備以及相關(guān)設(shè)備的控制操作通過(guò)

控制程序邏輯進(jìn)行限制。比如設(shè)備無(wú)法正常啟動(dòng)/停止報(bào)警（各種原因

造成的操作失敗報(bào)警）提醒操作人員現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者電氣控制回路等可

能存在故障，應(yīng)該及時(shí)檢修并排除故障后再持續(xù)操作。輸煤控制系統(tǒng)

中出現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)拉繩、嚴(yán)重跑偏、撕裂、打滑、堵煤等報(bào)警時(shí)，控制程序

將禁止對(duì)報(bào)警設(shè)備以及相關(guān)設(shè)備的操作，直到報(bào)警解除。

報(bào)警信號(hào)除了用于限制對(duì)報(bào)警設(shè)備以及相關(guān)設(shè)備的控制操作

以外，還用于故障報(bào)警的聯(lián)動(dòng)保護(hù)c在輸煤系統(tǒng)中有重要報(bào)警發(fā)4時(shí),

在控制程序中實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警聯(lián)跳，發(fā)生故障報(bào)警的設(shè)備馬上跳閘或不

同意啟動(dòng)；在系統(tǒng)已投入聯(lián)鎖運(yùn)行的過(guò)程中，發(fā)生故障報(bào)警的設(shè)備的

跳閘停機(jī)可以通過(guò)程序聯(lián)鎖使得故障點(diǎn)及其上游設(shè)備瞬時(shí)停機(jī)，故障

點(diǎn)下游設(shè)備堅(jiān)持原工作狀態(tài)不變。

所以，控制程序中的工藝流程聯(lián)鎖保護(hù)和故障報(bào)警聯(lián)動(dòng)保護(hù)保

證了系統(tǒng)的控制操作按照工藝流程以及設(shè)備實(shí)際工作狀況安全進(jìn)行，

同時(shí)也保證了系統(tǒng)的設(shè)備安全、防止設(shè)備損毀。

1.3就地保護(hù)

并非所有的聯(lián)鎖和保護(hù)都通過(guò)PLC控制系統(tǒng)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)，

如皮帶機(jī)的拉繩保護(hù)、除塵器的延時(shí)停機(jī)等就是通過(guò)就地電氣聯(lián)鎖或

就地小型PLC控制器實(shí)現(xiàn)的。控制功能的適當(dāng)分散更有利于整個(gè)系統(tǒng)

的控制效率、更有利于局部系統(tǒng)的設(shè)備安全。

1.4熟練掌握各種操作

一般電廠輔機(jī)PLC控制系統(tǒng)操作方式有程序自動(dòng)（全自動(dòng)）、遠(yuǎn)

方手動(dòng)（軟手操）和就地手動(dòng)（硬手操）控制等3種操作方式，操作人員

都必須充分理解和熟練掌握。工藝流程聯(lián)鎖保護(hù)和故障報(bào)警聯(lián)動(dòng)保護(hù)

無(wú)論是在程序自動(dòng)還是在遠(yuǎn)方手動(dòng)控制時(shí)均起作用，所以在進(jìn)行這2

種操作時(shí)對(duì)操作員的要求比較低。就地手動(dòng)操作時(shí)設(shè)備只有拉繩保護(hù)

等簡(jiǎn)單的就地電氣保護(hù)，設(shè)備之間沒(méi)有聯(lián)鎖保護(hù)和報(bào)警聯(lián)動(dòng)保護(hù)，但

這種操作方式在特別狀況下是必須進(jìn)行的，所以運(yùn)行人員必須熟練地

掌握。

1.5遵守操作規(guī)程

任何自動(dòng)化系統(tǒng)的控制都是通過(guò)人的參加來(lái)實(shí)現(xiàn)的，再嚴(yán)密的

硬件或軟件的自動(dòng)保護(hù)都是局部的、相對(duì)的。要保證生產(chǎn)安全有序地

進(jìn)行，首先必須從制度上、管理上杜絕違規(guī)違章操作，嚴(yán)格遵守安全

生產(chǎn)的各項(xiàng)制度。

1.6數(shù)據(jù)記錄及安全分析

系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件具有較為完善的報(bào)警功能及操作運(yùn)行數(shù)據(jù)

顯示和記錄功能。如屏幕下方始終有用于顯示當(dāng)前最新報(bào)警和運(yùn)行信

息的信息條；更多的報(bào)警和運(yùn)行信息在”報(bào)警及運(yùn)行記錄”畫(huà)面中有集

中顯示。另外在預(yù)設(shè)時(shí)段內(nèi)的電機(jī)電流、煤倉(cāng)煤位、皮帶速度、煤流

量等模擬量可在趨勢(shì)圖中動(dòng)態(tài)顯示，從中可以查看相應(yīng)數(shù)據(jù)隨時(shí)間變

化的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)曲線和任意隨時(shí)的數(shù)值。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄保存，為事故追憶及查找引起事故的第一個(gè)故

障點(diǎn)（事故首發(fā)）提供了可能，從而為事故處理提供有力支持、為徹底

消除安全隱患提供了條件。

系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示和記錄是監(jiān)控操作、分

析系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況、檢查操作過(guò)程的重要依據(jù)，也是提升運(yùn)行管理水平

和效率的重要依據(jù)。所以全面準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)顯示和記錄也是實(shí)現(xiàn)電廠輔

機(jī)系統(tǒng)長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行的重要保證C

2保證PLC控制系統(tǒng)自身安全的策略

2.1隔離和冗余

操作員的控制指令是通過(guò)PLC控制裝置傳送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)

控制操作任務(wù)的，所以PLC控制系統(tǒng)首先必須能保證自身的安全和可

靠。既要保證控制系統(tǒng)與被控系統(tǒng)對(duì)象之間實(shí)時(shí)可靠的信息傳遞交

換，又要采用必要的隔離措施以防止現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境對(duì)控制系統(tǒng)的干

擾；關(guān)于需要長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，還要對(duì)控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵和重要

部分或部件采納熱備冗余方式。所以，隔離和冗余是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)自

身安全可靠運(yùn)行的基本方法。

(1)安全隔離

PLC系統(tǒng)所有數(shù)字量I/O信號(hào)通道與現(xiàn)場(chǎng)之間均采用繼電器隔

離措施，以排除現(xiàn)場(chǎng)惡劣工況的影響。如果沒(méi)有采用繼電器隔離措施,

感應(yīng)電以及現(xiàn)場(chǎng)高等級(jí)電壓的誤接，可能會(huì)干擾正常的信號(hào)采集甚至

直接燒毀I/O模塊。

系統(tǒng)中分布在不同位置的I/O站分別負(fù)責(zé)不同區(qū)域設(shè)備的數(shù)

據(jù)采集和控制，各別T/0站或者各別設(shè)備的故障不會(huì)影響其余站點(diǎn)和

設(shè)備的正常控制和運(yùn)行，從而將局部故障造成的不良后果降到最小。

控制系統(tǒng)的電源也采用了隔離措施。本控制系統(tǒng)配有一套在線

UPS電源，上位機(jī)、PLC主機(jī)、各I/O站的電源集中由UPS電源供電。

當(dāng)外部供電電源消失肘，UPS電源的蓄電池裝置能維持30min的供

電，操作員此時(shí)可進(jìn)行應(yīng)急操作，比如可以將所有設(shè)備按照流程順序

切換到跳閘位置。另外，UPS電源裝置還具備濾波整流和穩(wěn)壓功能，

可以減少或避免控制系統(tǒng)設(shè)備受到外部供電電源質(zhì)量的影響?？刂葡?/p>

統(tǒng)中每套設(shè)備的電源供電均通過(guò)相應(yīng)容量的空氣開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，從而可以

減少或避免系統(tǒng)不同設(shè)備電源之間的互相影響。

(2)熱備冗余

本輸煤控制系統(tǒng)采納兩級(jí)控制方式，系統(tǒng)上、下位機(jī)均采納雙

機(jī)雙纜熱備冗余。下位機(jī)PLC主機(jī)站內(nèi)配備西門(mén)子S7-400H系列雙

CPU熱備冗余系統(tǒng)，2臺(tái)CPU中的控制程序在工作中堅(jiān)持同步運(yùn)行，

當(dāng)一臺(tái)CPU出現(xiàn)故障時(shí)，備用CPU能自動(dòng)投入，保證整個(gè)PLC程控系

統(tǒng)的正常運(yùn)行。2臺(tái)上位機(jī)同樣互為熱備，可以隨意選擇一臺(tái)進(jìn)行控

制操作。

在本系統(tǒng)中，設(shè)置了5個(gè)I/O站。在煤控室設(shè)置了3個(gè)I/O站,

在煤倉(cāng)層設(shè)置了2個(gè)I/O站。PLC主機(jī)與各I/O站的通訊網(wǎng)絡(luò)為

PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，采納雙通道、雙纜熱備冗余配置。

本控制系統(tǒng)接受外部?jī)陕藩?dú)立的220VAe電源，當(dāng)一路電源失

去時(shí)，另一路電源能通過(guò)無(wú)擾切換裝置瞬間自動(dòng)投入，不會(huì)影響控制

系統(tǒng)的運(yùn)行。即使外部?jī)陕冯娫赐瑫r(shí)消失，UPS電源的蓄電池裝置也

能維持30min供電，起到短時(shí)備用的作用。

2.2正確安裝、使用、維護(hù)

控制系統(tǒng)的安裝要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，比如要保證可靠接地、

設(shè)備及電纜等要正確固定、控制電纜要與動(dòng)力電纜分開(kāi)敷設(shè)等。使