输煤程控系统方案
应用案例11输煤程控系统
1.概述
1.1.1输煤程控简述
在我国大型热电厂中所采用的绝大部分燃料是燃煤。由于煤产地与电厂间地理位置或地域不同，就需通过汽车、火车、或轮船把煤运往火电厂煤厂，通过由卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统等组成的输煤程控系统输送到指定的煤仓或煤筒。火电厂输煤控制系统的主要任务就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达到按时保质保量为机组（原煤仓）提供燃煤的目的。整个输煤控制系统是火电厂十分重要的支持系统，它是保证机组稳发满发的重要条件。基于输煤控制系统在整个火电厂中的重要性，且煤场面积大、工作环境恶劣、人工作业通讯难以畅通，利用现代成熟技术PLC和现代总线网络通讯实现其控制功能。
1.1.2系统组成
系统组成如图(1)所示。
本系统程序控制系统采用Modicon的quantum系列可编程控制器(PLC）作控制主机，并采用双主机模块热备方式运行。上位采用两台客户机形式构成监控网络，选用美国Intellution公司Fix3.0软件包作为人机界面（MMI）应用软件，实现工艺参数的实时采集显示（DAS）、系统操作（Control）、报警信息自动记录（Alarm&Datalog）、历史趋势显示（History）、系统联网（Network）等功能。
系统包括一个输煤程控主站及从站、远程I/O站。
本系统人机界面选用的工控软件包FIX3.0是美国著名的工控软件
Intellution的主要产品，其应用遍布世界各地，高居全球工控软件包销售榜前列。监控站的配置为著名美国品牌DELL机、INTEL PⅥ CPU、19"Philips显示器，使系统可靠性、稳定性及处理速度得以保证。其它主要外围设备也选用了优良的品牌设备：网络适配器采用美国3Com公司3c509系列产品。总之，本系统采用上层的软硬件系统来实现整个监控过程的自动化。
操作员站具有管理功能，可以显示系统总貌，分组显示，回路显示，报警显示，系统状态显示，定义生产动态显示，相关参数显示等。同时可进行操作信息、系统状态信息、生产记录和统计信息打印。
1.1.3控制系统功能的实现
1.1.3.1 监视功能
操作人员可以通过CRT能对系统运行状态进行监视，监视画面有：
系统概貌总图
卸煤流程图
上煤流程图
配煤流程图
设备检修一览表
报警画面
1.1.3.2 控制功能
1.1.3.
2.1 运行方式选择
上煤控制：程序控制，联锁手动，解锁手动
配煤控制：程序配煤，手动配煤
设备级控制：手动式运行
1.1.3.
2.2输煤控制
本系统有程序控制、联锁手动、解锁手动三种控制方式。在现场设备状态正常的情况下，程序控制为系统的最佳控制方式，在此方式下，设备的空载运行时间最短，操作员的操作步序最少。联锁手动方式是对要启动的流程中设备按逆煤流方向一对一的启动，按顺煤流方向一对一停车，要求设备启动前须先将三通挡板启动到位，设备的保护动作处理均同自动控制方式。解锁手动是在设备间解除了联锁关系的情况下，一对一启动设备，此方式绝不可带负载运行，因设备已经不存在联跳功能。
考虑到设备带负载停机等因素，流程启动时，只按逆煤流方向逐台启动，联锁手动方式下启动流程也须遵循此原则。
流程按顺煤流方向逐台停机，在故障停机情况下，故障点以上设备除碎煤机延时跳外，均立即联跳，联锁手动方式下，随意停流程中一台设备，也将联跳逆煤流方向以上设备。故障解除后，可将停掉的设备以自动控制或联锁手动方式再次启动。
紧急情况下，可操作上位机的急停按钮或同时按控制台右侧红色的急停按钮，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。
1.1.3.
2.3配煤控制
工程中可根据煤仓煤料位高低信号进行优化配煤。本系统有程序配煤、手动配煤两种运行方式。程序配煤完全根据现场的煤位信号和下料车车位信号，以及系统根据现场要求所设的尾仓和检修车，自动控制下料车运行和停止，完成原煤仓加仓配煤。手动配煤则由操作员根据现场的煤位和车位信号通过上位机操作下料车运行和停止来完成原煤仓的加仓配煤。
（1）程序配煤
①程控配煤是根据现场煤位信号进行自动配煤，有三种原则，即优先配、顺序配、余煤配。
②若某仓一旦出现低煤位信号，不管原来配仓在哪里进行都将立即中止而转入对低煤位信号的仓配煤，即出现低煤位信号的仓要优先配煤。如果是有两个以上的仓同时出现低煤位信号，则按顺煤流方向依次配仓至低煤位信号消失延时一段时间。当全部低煤位信号消失时，各仓的配煤将按顺煤流方向依次进行，每个仓都配至高煤位信号出现为止。
③如都没有低煤位信号，则顺序加仓，直至仓加满。
④如遇到检修车或检修仓则自动跳过。
⑤如果下料车控制信号发出10秒后，该车仍未运行，则发出该下料车卡死信号，并转入下一下料车继续配煤。
⑥将配煤方式开关打开到"手配"再按"配清"按钮，然后再将配煤方式开关转到"程配"位置，程序将重新配煤。
⑦当顺序配煤到尾仓，尾仓出现高煤位时，配煤系统即发出"程配完毕"信号。程配完毕信号发出后，整个流程即要顺煤流方向依次停运各个设备，将皮带上的煤走空。在流程停运之前这一段时间，配煤将在尾仓继续配煤，直到皮带上的余煤配完可流程停下来。
⑧检修的设置都在上位机上进行，下料车（最后一个可用参加程序配煤的下料车）在程配时处于运行状态，后面的仓不参与配煤。设置检修下料车前，需在就地将此车打在停止位置，在程配不对此车进行控制。
（2）．手动配煤
手动配煤通过上位机手动操作每台下料车的运行状态进行配煤，手动配煤时下料车的卡死判断仍然有效。在检修下料车时不能手动操作。
1.1.3.
2.4输煤系统设备的统计管理
设备运行时间的累积有利于设备的管理，为安排大修提供可靠依据，并可反映设备使用率。在必要的时候可把设备的累积运行时间清零，此后将重新开始运行时间的累积，于此同时进行每
运行班的贮煤量、和加仓量的统计。
1.1.3.3管理功能
历史数据保存
实时数据记录与打印
2火电厂输煤程控系统的抗干扰措施
2．1 概述
作为一种应用于工业控制的自动装置，PLC本身具有一定抗干扰能力，比较适应工业现场环境。尽管如此，由于火电厂输煤系统运行条件恶劣，各类干扰信号较多，使得抗干扰问题成为输煤程控设计、调试及运行中的一大难题。许多电厂输煤程控系统不能长期稳定运行，抗干扰能力差是其最主要的原因。
一般来说，PLC系统故障可分为内部故障和外部故障两大类，内部故障指PLC本身的故障，外部故障指系统与实际过程相连的传感器、检测开关、执行机构等部分的故障。
系统中只有5%的故障发生在PLC内部，说明PLC的可靠性远远高于外部设备，提高系统可靠性的重点应放在外部设备方面。因此笔者从硬件和软件两方面考虑，对外部设备综合运用以下几种抗干扰措施，在实际运行中收到了良好效果。
2.2 抗干扰措施
2.2.1 硬件措施
1) 信号隔离
2) 接地屏蔽
3) 电缆选择与敷设
2..2.2软件措施
在PLC控制系统中，除采用硬件措施提高系统的抗干扰能力外，笔者还利用其计算速度快的特点，充分发挥软件优势，以确保系统既不会因干扰而停止工作，又能满足工程所要求的精度和速度。数字滤波和软件容错是达到这一目的的两种经济、有效的方法
1）数字滤波
2）软件容错
3. 输煤程控系统的故障诊断及处理
输煤系统设备多，工作环境恶劣。为保证系统运行的安全性和可靠性，系统在设计上合理优化，采用了先进的控制系统及网络结构，现场各设备控制箱采用双层密封箱体；选用高可靠性的继电器、接触器等组件，通过优化设计，大大减少了接点数，从而减少了故障点，使设备的可靠性、安全性和可扩展性都大大提高。系统可对现场故障信号及时捕捉、准确诊断，并对现场设备采取保护措施，实现了系统安全可靠的运行。
3.1 故障捕捉
输煤系统的故障判断是建立在实时监测基础上的。从性质划分有两类故障，一类是可由现场检测开关状态判断的，如落煤管堵煤、皮带跑偏等，另一类则需通过软件系统作相应的处理、分析才能够确定的，如犁煤器、三通挡板不到位故障等。对这两类故障，软件系统都能及时捕捉并进行报警。
1) 直接开关状态故障的判断
直接由现场检测开关得到的故障信号有多种，包括电动三通管堵煤、皮带轻度及重度跑偏、皮带打滑、辊轴筛堵煤、煤仓及筒仓高或低煤位、现场拉绳开关闭合等。这些信号状态产生后必须作相应的延时处理才可断定是否真的故障信号，以免误报。如皮带打滑故障的判断，因皮带在启动时速度是逐渐增大的，所以须在皮带运行状态存在30s后再判断处理。
2) 非开关状态信号故障的判断
此类故障是由PLC控制逻辑判断或上位机监控软件分析获得的。包括：主要电机电流越限或异常、煤仓或筒仓的高或低煤位(依据连续料位计信号产生的)、电动三通管的切换不到位、电动犁煤器的抬落不到位、除铁器不到位、皮带重度打滑等。这种故障的捕捉在PLC梯形逻辑中实现，这样即使在上位监控机不工作时PLC也可捕捉到所有故障。
一旦有严重故障发生， PLC立即采取停止流程、停止相关设备等相应措施，防止故障进一步扩大，保护设备的安全运行。
.电机电流异常
输煤沿线设备很多，对主要设备要装设电流传感器和电流变送器监视马达电流是否工作在正常状态，避免电机长时间工作在电流过大或过小状态，以致烧毁电机。电流变送器输出的信号为4～20mA的模拟量，传输至PLC模入模块。
.电机电流越限
若皮带由金属钝器划破即皮带有撕裂故障发生时，则电机电流会出现突然超大状况，此时必须立即停机。所以常以电机电流越限来判断是否皮带有撕裂发生。
.皮带打滑
皮带打滑故障是依据皮带测速仪的模拟信号而产生的。皮带的速度有设计的正常运行值，若实测的速度信号值低于正常运行值的80%，皮带则出现打滑现象，严重打滑应立即停机，以免皮带严重磨损造成损失。
.不到位
电动三通管、犁煤器和除铁器的不到位故障的诊断过程是相似的，是根据控制系统(上位机或PLC)发生切换命令的时间、上/下(左/右)限位开关断开时间和相对应的限位开关闭合情况来分析、判断。一旦有不到位故障发生，则向相反方向切换设备，以免该设备卡住而影响流程的启停或烧毁电机。
3.2 故障报警
输煤系统运行过程中产生的故障类型很多，但处理方法不同，有的故障只需报警，以提醒值班人员注意，如皮带轻跑偏、皮带电机电流越限、煤仓或筒仓高煤位等；对严重故障，如皮带重跑偏、重打滑、撕裂、电动三通管堵煤等，则必须立即停止故障设备，并通过联锁停止其前级所有设备。故障报警采用声(喇叭、警铃、蜂鸣器)、光(模拟屏发光、光栓、 CRT光标)等手段实现。即利用多媒体技术合成语音通过扬声器播放发生的故障类型，并在CRT上的报警窗口显示故障发生时间、故障类型及判断的故障原因，故障信息上光带闪烁，同时模拟屏上相应设备的灯光也闪烁，工业电视监视系统的画面自动切换至故障设备。
3.3 故障显示和储存
虽然上位机监控软件包提供了参数越限等故障报警功能，但其报警记录的储存和查询很不方便，要实现灵活的语音报警也很困难，为此开发了一外部应用程序并嵌入监控软件包。监控软件与外围应用程序间数据的传送是通过发送消息来实现的。应用程序接收到数字串后按约定的协议把那串数字翻译过来，然后进行语音报警、故障记录储存和显示等。
4控制方案
4.1．硬件部分方案
1）系统构成
控制系统采用PLC和上位机两级控制结构方式，并结合部分车间的远程I/O及PLC子站的功能，通过PLC进行程序控制、远方控制及就地操作，由上位机对整个工艺系统进行集中监视、管理和自动顺序控制。
控制系统(包括主机、通讯、电源等)采用冗余配置。（可详见网络图）
程控网络图
4.2．软件控制方案系统软件
◆梯形图编程软件 Concept 软件，XL
◆上位机组态软件 IFIX 3.0 开发+运行无限点
4.2.1程控系统的运行方式
4.2.1.1自动方式（CRT操作）
正常情况下，所有设备的运行、停运等由PLC按预定的程序自动完成，PLC自动识别各设备所处状态，即通过上位机发出指令，由PLC按预定的程序完成自动程序的运行操作。
在投入自动运行前须人工干预，通过点操或步操方式使各设备满足自动运行条件。
4.2.1.2步操方式（CRT操作）
操作人员通过上位机的键盘或鼠标对各设备进行单步操作。即选择哪个程序的哪一步,就执行该步。但各步之间的条件须由人工判断。
4.2.1.3点操方式（CRT软手操）
操作人员通过上位机的键盘或鼠标对电磁阀，泵，风机进一对一的控制操作，使其处于开或关的状态。
2.1.4 皮带机、碎煤机等就地手动操作
在设备就地柜上设有启停操作旋钮。当就地柜上的远方/就地旋钮处于就地位置时，操作人员可在就地控制设备启停进行硬手操。
4.2.2控制系统的性能
控制系统具有完善友好的人机界面，采用国际流行的上位机监控作为主要的人机接口，
取代传统的操作盘和模拟盘控制方式，整个系统的运行操作和监视全部在上位机实现，通过CRT画面、键盘和鼠标对过程进行监控。
上位机上不仅能显示风机、泵、阀门等系统设备的运行状态、过程参数、报警等，还可以进行各运行方式的选择和切换，进行自动程控操作，同时还具有模拟量参数显示、棒状图显示、声光报警、打印制表等功能。
4.2.2.1上位机功能如下：
◆程序开发
◆系统状态诊断
◆控制系统组态
◆数据库的管理和维护
◆上位机画面的编辑和修改
◆监视系统内每一个模拟量的数值和数字量的状态
◆显示并确认报警信息
◆显示操作指导和帮助
◆建立趋势画面并获取趋势信息
◆自动定时生成报表，并自动或手动打印报表
◆远程控制现场设备的开、关、启、停等
◆远程手动和远程自动方式的切换
◆对模拟量的设定值和偏置在上位机可开放式设定
4.2.2.3显示功能：
◆多窗口的图：能够覆盖工艺系统的实际情况，画面简洁大方
◆报警画面：显示当前或历史报警信息
◆趋势图：对重要的数据进行图形化显示
◆指导画面：指导操作
◆控制画面：对设备进行控制
◆故障诊断画面
◆动态画面
◆参数修改画面：对工艺参数（步序时间/条件）进行修改
4.2.2.4其他功能
◆实现故障报警，输出设备故障信号为干接点，用于切换工业电视监视画面。
◆历史数据管理：对所有采集数据任意设定存取间隙和存取方式。
◆打印报表：按用户定义的报表格式进行定时、报警和随机打印。
◆事件记录：事件和内部时钟按时间顺序区分和管理，并及时显示和打印。
◆监控TAG及调试：采用结构化TAG定义。既能通过TAG定义随时修改每个测点的
有效状态、报警管理、历史数据、死区与PLC通讯参数等，同时能修改实
时数据库的TAG值来执行调试操作。
◆数据库接口与数据通讯：具备开放性的实时数据库能接受任何任务的访问
并与其交换数据。系统具备复制和分发功能，将信息分送给其它的通用数
据库应用程序，支持SQL、ODBC或OLE DB的应用程序。所有数据能用符
号代表，如：VAVLE、MOTOR等，需要时能对变量的每次改变进行监视和处
理。
在工程师站上生成的任何显示画面和趋势图等，均能通过网络加载到操作员站。各程控系统PLC控制程序的组态和修改可在网络控制系统的工程师站上进行，
并通过网络下载到程序控制系统的PLC中。通过网络，工程师站能调出系统内任一PLC站的系统组态信息和有关数据，还可以使工程师将组态的数据从工程师站下载到各PLC站和操作员站。此外，当重新组态的数据被确认后，系统能自动地刷新其内存。
5 功能特点
◆采用集散型结构，可提高系统的可靠性，分散系统风险；
◆上位机由两台工控机组成，可同时工作，互为冗余；
◆上位机对整个工艺系统进行集中监视、管理和自动控制；当参数越限或控制对象
故障状态变化时，RT画面上以不同颜色显示，并实现语音报警；
◆通过PLC对整个系统实现远程自动控制，并具有联锁保护功能；
第二部分工业电视系统
1. 近十年来在输煤自动化工程中大部分采用了美国AD公司的闭路电视系统，使用效果很好。
电厂输煤系统一般监控范围广、线路长、环境条件恶劣、电磁干扰严重、监控对象繁多，既有室外设备也有室内设备，包括：卸船机、翻车机、叶轮给煤机、斗轮机、碎煤机、各段皮带犁煤器、除铁器以及煤码头和露天煤场等。从煤源处到煤仓间，整个输煤战线长达15公里以上。室内外温差很大，在煤仓间温度最高能达到50° C左右。输煤系统在整个发电厂内是环境条件最恶劣、粉尘污染最严重的地方，因此，对监控设备要求较高。监控系统投运的好坏，关系到程控设备的正常运行、操作人员的正确操作、对各个现场运作情况的了解，对减轻整个输煤系统人员的劳动强度以及减员增效起着很重要的作用，对整个输煤系统的正常运行至关重要。
我公司在输煤监控系统中大部份采用AD2150小型矩阵切换器，它可以控制32路摄像输入和5路输出，在一些较大的输煤系统中采用AD1650中型矩阵切换控制器，它可以控制最多达128路输入和24路输出。NTK（洛泰克）公司新近推出的AD168矩阵切换系统（168路输入和24路输出），在各种控制功能和性能方面都有了更大的提高，且配置灵活，对各种输煤系统有很强的适应力。经过长期实践考核，AD监控产品的以下特点保证其在恶劣输煤环境中运营良好，并可针对不同规模的输煤系统进行多种配置。
2.设备种类繁多，功能齐全
AD产品各种配套设备比较齐全。如：AD的各种室内室外云台，可以用于不同场合，它采用独特的侧承载方式，可以全方位角监控而不出现死角；AD168系列中的视频丢失检测功能可以配合输煤系统中对各个监测点设备进行保护，这在输煤流程又长又分散、监控设备容易被盗的现场很适用。其它的如多画面分割器、图像处理器、报警处理器、控制码调制解调器、红外照明设备以及多用途的监控软件，在输煤系统中都可广泛采用。
3.适应恶劣工业环境
输煤现场环境恶劣，我公司曾用过其它CCTV产品，设备在现场受到严重的电磁以及粉尘干扰而无法使用，采用AD监控设备后，在20多家电厂使用效果都很好。视频电缆长度按理论超过300米以上应加一视频放大器，但AD闭路电视监控系统的传输线路在几个电厂有几路在1公里左右，未加任何放大器，图像质量非常好。