电厂输煤系统的PLC控制

电厂输煤系统的PLC控制吴涛，杜艳，杜明典中国矿业大学信电学院江苏徐州（221008）E-mail：[e-mail]摘要：本课题介绍了可编程序控制器(PLC)在火电厂输煤系统技术改造中的应用，给出了PLC控制的硬件组成和软件控制的设计方法。由组态王6.53软件实行监控和简单控制。新系统解决了传统的继电器接触器控制的诸多问题，提高了输煤系统的抗干扰能力，降低了故障率，使运行安全可靠，实现了经济效益和社会效益的良好循环。关键词:PLC；输煤系统；过程控制；组态王中图分类号：TM571.61；TP291.引言输煤系统是火力发电厂的重要组成部分。输煤系统的任务就是在卸煤和储煤的基础上，及时连续地进行粉煤的制作和传输，并使之进入原煤仓，为锅炉提供所需的原料。完备的输煤系统及其先进可靠的控制方案是现代火力发电厂的重要标志，输煤系统的优劣及其自动化程度直接影响电力生产的数量、质量和稳定性。所以说，一个高效完善的输煤系统，不仅要有优质的传输设备，而且要有较高的自动化水平和管理水平。本文主要介绍了目前的电厂输煤系统。并根据实际实验环境，使用西门子S7-200PLC模拟设计在火电厂输煤系统控制技术，给出了PLC控制的硬件组成和软件控制的设计方法。并使用组态王软件进行系统监控、控制。实现输煤系统的抗干扰能力，降低了故障率，使运行安全可靠。2.电厂输煤系统输煤系统一般是指从卸煤开始到将合格的煤粉送到原煤仓的整个工艺过程，包括卸煤、上煤、煤场、粉煤、配煤等众多环节[1]。如今我国的火电厂用煤大都是靠带式输送,一般输送距离远，带数量多，系统控制、保护及联锁复杂，沿线环境条件恶劣、粉尘、潮湿、振动、噪声、电磁干扰等都比较严重,这就需要使用PLC来改造整个系统。现在就输煤系统的组成及其控制进行简单介绍。2.1输煤系统的组成设备电厂的整个输煤系统是由卸煤设备、输送设备、破碎筛粉设备、给配煤设备、煤场机械、计量设备、辅助设备等多个部分组成。本课题只对系统中的输送部分进行研究。2.1.1带式输送机带式输送机是以挠性输送带作为物料承载物件和牵引构件的连续输送设备。在连续装载的情况下能连续运输，生产率高，运行平稳可靠，输送连续均匀，工作过程中噪音小，结构简单，能量消耗小，运行维护费用低，维修方便，易于实现自动控制及远方操作等优点，因此，在输煤运行中得到于广泛的应用。2.1.2漏煤槽输煤系统带式输送机为双路布置，为使一台带式输送机上的煤，能随意分配到下一级另一台带式输送机上或其他设备上，在其头部卸煤处设有漏煤槽。漏煤槽主要有漏煤口、挡板、接近开关等组成。漏煤槽中的挡板在起切换作用，控制漏煤方向。槽壁与挡板接触处设有接-1-中国科技论文在线近开关，检测其到位信号,当有到位信号时系统可启动。2.1.3传感器传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如烟雾），并将探知的信息传递给其他装置或器官。在电厂输煤系统中，为了实现皮带运输中的各种保护，需要安装多种传感器，如：速度传感器、煤位传感器、跑偏传感器、烟雾传感器、温度传感器、接近开关等等。因实际条件与选用PLC端口限制，本课题只在漏煤槽的挡板处设有接近开关，检测挡板是否到位。2.2输煤系统中的保护功能电厂输煤系统的改造，昀主要的一点就是要提高其安全、可靠性。所以，在现在的输煤线中，采用了很多保护装置，下面就其主要的保护作简单介绍。2.2.1速度保护当超载、皮带张力不足、皮带断裂、皮带打滑或电动机烧毁、机械传动部分损坏等原因出现皮带机低速运行或根本不动时，安装在输送机被动机件上的速度传感器检测到带式输送机速度低于额定速度以下时，按反时限特性经一定延时，速度保护电路起作用，停止电动机运行，实现低速打滑保护。2.2.2堆煤保护如某台输送机发生事故不能运转或煤阻塞，或因煤仓已满而停车等原因使机头下堆煤，安装在相应位置的煤位传感器与煤接触，堆煤保护电路立即动作，使后一台输送机立即停车。2.2.3跑偏保护跑偏传感器用支架安装在皮带常易出现跑偏的地段，当出现皮带跑偏时，皮带推动跑偏传感器的导杆偏离中心线，经过设定时间的延时，保护装置自动切断皮带输送机电源，实现跑偏保护。2.2.4温度保护通过选择的开关型温度传感器，对带式输送机的滚筒及轴承或环境温度进行监控。当监视点温度高于整定值时，温度保护电路动作自动切断带式输送机电源，实现超温保护。超温保护整定误差值小于5℃。在温度保护的同时，温度保护继电器控制超温自动洒水装置动作，实现超温自动洒水。2.2.5烟雾保护悬挂在皮带机巷道内的烟雾传感器，对带式输送机的皮带因摩擦等原因引起的火灾及周围环境气体状况进行监控，在冒烟和着火情况下，烟雾保护电路动作，立即停机，实现烟雾保护。2.2.6拉绳保护皮带输送机的两侧安装拉线开关，用于设备的紧急停机，以保护人员或设备的安全。当输送带设备发生紧急事故时，在现场沿线任意处拉动钢丝绳，钢丝绳牵引其设备会切断控制线路。复归时，需以手动压下复位拉柄，复归到正常状态[1]。-2-组成数据传输网络，达到不同的规模控制。完成一个系统内多条皮带全过程的监控、监测，连同地面指挥管理中心站，构成一个完善的监控系统。2.3.2现场设备现场设备主要由现场I/O数据采集柜组成，主要是采集现场设备的运行状况，通过屏蔽电缆与现场设备连接，在通过电缆与集控PLC柜连接实现远方集中管理就地分散控制。2.3.3网络系统系统为实时监控网络结构，具备完善的生产监控管理功能，对皮带运输主要环节及相关的辅助环节的生产过程进行实时数据采集、传输、处理、显示、记录打印，运输皮带系统进行远程集中监控，同时配合工业电视系统进行安全图像监视，以确保人员及设备的安全。2.3.4监控系统系统由运输皮带电机、给煤机、碎煤机、滚轴筛等基本设备组成，利用控制设备、通讯模块、速度、跑偏、煤位等保护，达到皮带机集中控制与监测系统的要求。2.3.5设备维护现场I/O柜内模块采用可拆卸端子排，出现故障时，集控室发出声光报警，可在几分钟之内即可更换完毕。运行系统扩展方便，增加新设备或上后期工程，并可随时根据运行方式修改程序。3PLC部分设计3.1PLC的选型根据电厂输煤系统的工作环境、工作量等，它所需要的PLC应该是功能非常强劲的，可用于恶劣环境条件下的大、中型PLC,如西门子S7-300、S7-400等,本课题将采用西门子S7-200PLC进行研究。3.2西门子S7-200简介西门子S7-200PLC具有可靠性高、体积小、扩展方便，使用灵活的特点。可用梯形图、语句表（即指令表）和功能块图3种语言来编程。内置有高速计数器、高速输出、PID控制器、RS-485通信/编程接口、PPI通信协议、MPI通信协议和自由方式通信功能，I/O端子排可以很容易的拆卸。昀大可扩展到248点数字量I/O或35路模拟量I/O，昀多有26KB程序和数据存储空间[2]。经考虑本课题选用CPU224模块，利用本机上数字量输入输出点数就可以满足要求。3.3电厂输煤系统PLC设计方案本课题采用PLC控制实现对原有的继电器输煤控制系统的技术改造，此次设计只包括系统中的皮带运输线。以下就对此次设计的方案进行阐述。(1)深入了解电厂输煤控制系统的工艺流程和控制要求。对过去和现在的电厂输煤系统进行调研。-3-中国科技论文在线(2)考虑到采用的西门子S7-200PLC、实验设备、I/O的数量，本课题只设计六条皮带输送机、二个漏煤槽组成的PLC控制的输煤系统。控制要求如下：(a)输煤系统由甲路（甲1、甲2、甲3），乙路（乙1、乙2、乙3）两路共六条皮带输送机组成。一路运行，一路备用。输煤系统运行时，系统由甲路或乙路皮带单独工作；也可由甲、乙两路胶带交叉工作。由于实际情况与I/O口数量，皮带中的各种保护装置不能都在课题中实现。只设有拉绳开关与漏煤槽挡板的接近开关。(b)输煤系统有手动、自动二种工作方式。可进行自由切换。手动时，各胶带均可单独启动、停机。自动时根据设定的流动线路，连锁启、停机。(c)输煤系统启动，必须由皮带顺序3－2－1逆向启动。(d)输煤系统停机，必须由皮带顺序1－2－3顺向停转。(e)漏煤槽挡板位置采用接近开关检测。当检测到到位信号时，开关闭合，系统才可运行。接近开关收到的到位信号采用开关量表示。(3)根据控制要求制定I/O分配表和接线图，设计梯形图和编写程序。(4)实际接线、调试用户程序，实现PLC对输煤系统的自动控制。(5)应用组态王软件设计输煤过程动画，实现动画与PLC控制同步。3.4I/O接线图所选用的CPU224在本机上数字量有14入/10出根据控制过程得I/O分配表，设计I/O接线图，如图1所示。图1I/O接线图3.5硬件部分设计根据实际PLC模块，I/O分配表和I/O接线图，连接PLC各模块，并通过PC机联机，实现程序控制要求。如图2-图5所示。-4-整体连线图本课题中,皮带电机在实际接线中使用显示灯来代替，如图4所示。而接近开关则采用开关来模拟其到位信号，如图5所示。3.6设计实现与调试3.6.1自动控制把自动/手动切换开关打到自动。选择挡板到位位置，采用控制开关模拟到位信号。因实验限制，不考虑如何使挡板到位。每级挡板都到位后，打开总开关，系统皮带会按所设定的流程启动。如没有到位信号，即到位开关没打开，系统将不启动。启动方式为逆煤流启动，每级皮带间有相应延迟时间，本课题为演示时所需，只设定时间为2秒，实际延迟时间应考虑皮带长度与皮带传输速度等综合因素而设定。系统运行中，不运行的皮带可使用单独的开关控制其启停，便于系统维修等操作。系统运行时，皮带突然停止，挡板到位开关异常或关闭，系统都会自动停机，同时报警灯亮。系统设有拉绳开关，系统异常或紧急时应立刻拉动此开关，使系统停机同时报警。实际系统中，还有很多保护装置,本课题只设制这些保护。关闭总开关，系统会以顺煤流方式停止，同样有相应延迟时间。手动控制把自动/手动切换开关打到手动挡，打开总开关。可使用各皮带开关，根据实际要求分别控制各皮带的启停。4组态王部分设计4.1组态王概述组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现昀优化管理。它基于MicrosoftWindowsXP/NT/2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。组态王软件结构由工程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成[3]。本课题使用PLC设计控制程序，组态王软件设计输煤过程动画，实现动画与PLC控制同步。4.2定义外部设备和数据变量组态王把那些需要与之交换数据的硬件设备或软件程序都作为外部设备使用。外部硬件设备通常包括PLC、仪表、模块、变频器、板卡等；外部软件程序通常指包括DDE、OPC等服务程序。按照计算机和外部设备的通讯连接方式，则分为：串行通信（232/422/485）、以太网、专用通信卡（如CP5611）等。在计算机和外部设备硬件连接好后，为了实现组态王和外部设备的实时数据通讯，必须在组态王的开发环境中对外部设备和相关变量加以定义。4.2.1定义外部设备一切都是以实时数据库为核心，所以说数据库是联系上位机和下位机的桥梁。数据库中变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。根据此课题，设计相应的数据词典。如图6所示。-6-所