燃煤电厂输煤控制系统的设计与优化.pdf

山东大学 硕士学位论文 燃煤电厂输煤控制系统的设计与优化 姓名张建杰 申请学位级别硕士 专业控制理论与控制工程 指导教师刘红波 20091109 山东大学硕士学位论文 摘要 燃料输煤系统是火力发电厂主要的辅助系统，负责对发电机组燃煤的储 存、上煤和配煤功能，具有受控设备多且分散分布范围广、工艺流程复杂、 环境恶劣等特点，不利于自动化技术的推广。随着电力工业的迅速发展，能 源价格的逐渐上升及市场化，“厂网分开、竟价上网’’的实施，降本、增效 便成了电力企业所面临的共同课题，以工业控制计算机 简称工控机 和可 编程控制器 P L C 为核心的电厂生产过程自动化技术得到了大力的推广应 用，并逐渐普及到输煤系统。 聊城发电厂是本地区一家容量为2 6 0 0 M W 的大型火电厂，于九十年代 中期建成发电，燃料输煤控制系统采用传统的集中控制方式，可靠性及自动 化水平低，人员多且劳动强度大，不利于安全生产，难以适应现代电力生产 的竞争环境，因此对系统进行升级改造势在必行。 本文根据目前国内火力发电厂燃料输煤控制系统发展的趋势，结合聊城 电厂燃料输煤系统采用集中控制方式的特点，对燃料输煤控制系统技术改造 设计方案进行充分研究论证，提出了具体的系统升级改造方案。本方案采用 工控机分级控制系统，充分利用计算机、可编程控制器P L C 及以太网等先进 控制技术，实现对输煤系统设备的数据采集、集中操作、实时监控、数据存 储、故障报警、煤量统计、语音呼叫和电视画面切换等功能。该系统具有自 动化水平高、控制和管理功能强大、操作简便、可靠性高等特点，能很好地 适应燃料输煤系统的环境特点。 系统经改造后，自动化控制水平和可靠性都得到了明显提高，设备故障 率大大降低，减轻了检修及运行人员的劳动强度，运行人员减少三分之一， 有效的控制了电厂的人工成本，提高了效益。 关键词输煤控制系统；工控机；监控；P L C ；以太网 l 山东大学硕士学位论文 A B S T R A C T T h ec o a lt r a n s p o r t e ds y s t e miSam a i na u x ili a r ys y s t e mo fp o w e r p l a n t ，w h i c ht a s ki Sd e p o s it i n g ，s e n d i n ga n da l l o c a t i n gt h ef u e lo fc o a l ． T h e r ea r eal o to fc o n t r o ll e da n ds c a t t e r e de q u i p m e n t si nt h es y s t e m ， w h i c hd i s t r i b u t ei ne x t e n s i v er a n g e ，t h ef l o w i n gc r a f to ft h es y s t e m i Sv e r yc o m p l e x ，t h ee n v i r o n m e n ti Sv i c i o u s ，i ．e ．S ot h ea u t o m a t i C t e c h n o l o g yi Sv e r yd i f f i c u l tt ob ee x t e n s i v e l ya p p l i e d ．F o l l o w i n gt h e r a p i dd e v e l o p m e n to ft h ep o w e ri n d u s t r y ，t h eg r a d u a li n c r e a s e m e n t i nc o a lp r i c e sa n dm a r k e t o r i e n t e da n d ’s e p a r a t ep r o d u c ta n ds u p p l y ， a n ds u p p l yd e p e n d i n go nc o m p e t i t i v ep r i c e ”，h o wt oa b a s et h ec o s t p r i c ea n di m p r o v ee c o n o m i C Si St h em u t u a ld i s c u s s e ds u b j e c to fp o w e r c o r p o r a t i o n ．T h e a u t o m a t i Cc o n t r o l t e c h n o l o g y o f p r o d u c e p r o c e s s ，w h i c hc o r ei Sc o m p u t e r ，w a sa p p l i e dw i d e l y ，a n dp o p u l a r i z e d t ot h ec o a lt r a n s p o r t s y s t e mg r a d u a ll y ． L i a o c h e n gp o w e rp l a n ti Sag r e a tp o w e rp l a n ti nt h i Sr e g i o n ，w h i c h c a p a b l eiS2X6 0 0 M W ，p o w e rg e n e r a t i o nb u iI t i nt h em id n i n e t ie s s ． I t sc o a lt r a n s p o r tc o n t r o ls y s t e mu s e dt r a d i t i o n a la n dc o n c e n t r a t e d c o n t r o lt e c h n o l o g y ，w h i c hh a sl o wr e li a b i1i t y ，l o wa u t o m a ti Cl e v e l ， a n dm a n yl a b o r i n t e n s i v es t a f f ．I ti Sb a dt op r o d u c es a f e l y ，a n di S v e r yd i f f i c u l tt oa d a p tt ot h ec o m p e t i t i v ee n v i r o n m e n t ．S oi t i Sv e r y n e c e s s a r yt oc a r r yo u tu p g r a d i n go ft h ec o n t r o ls y s t e m ． I nt h i Sp a p e r ，w er e s e a r c ha n dd i S C U S Sl a r g e l yt h ec o n s t r u c t i o n o fc o a lt r a n s p o r tc o n t r o ls y s t e m ，w h i c hb a s e do nt h eL i a o c h e n gp o w e r p l a n t c e n t r a li z e dc o n t r o lf e a t u r e s ，a n dt h ed e v e l o p m e n tt r e n do f d o m e s ticc o a lt r a n s p o r tc o n t r o ls y s t e ma tp r e s e n t ．T h e nw em a k ea s c h e m ea b o u tt h ec o n t r o ls y s t e mu p g r a d e ．A n dw eu s et h em o d e r nc o m p u t e r ， P L Ca n dI n d u s t r yE t h e r n e tt e c h n o l o g yt or e c o n s t r u c tt h iSc o n t r o l s y s t e m ．I tc a ng l e a nd a t a ，c o n c e n t r a t eo p e r a t i o nm o n i t o rr e a l t i m e l I 山东大掌硕士学位论文 c a l l i n g ，s w i t c hT Vg r a p h ，i ．e ．T h i Sk i n go fs y s t e mh a sah i g hl e v e l o fa u t o m a t i o n ，c o n t r o la n dm a n a g ep o w e r f u l ，S i m p l eo p e r a t i o n ，h i g h r e li a b i1i t y ，a n dc a nb e w e l l a d a p t e d t o t h ee n v i r o n m e n t a l c h a r a c t e r is tiC So fc o a lc o n t r o ls y s t e m ． H a v i n gb e e nc o m p l e t e du p g r a d e l y ，t h ea u t o m a t i C1 e v e la n d r e l i a b i l i t yo ft h es y s t e mw a sg r e a t l Yi m p r o v e d ，t h ef a u l to fs y s t e m w a sg r e a t l yr e d u c e d ，t h el a b o u ro fm a i n t a i n e ra n do p e r a t o rw a sg r e a t l y l e s s e n e d ，O n e t h i r do fo p e r a t i n gp e r s o n n e lw a sr e d u c e d ，W h i c hh a v e e f f e c t i v e l yc o n t r o l e dt h el a b o rc o s t sa n di m p r o v e de f f i c i e n c yo ft h e p o w e rp l a n t ． K e y w o r d s C o a lT r a n s p o r tS y s t e m ；I n d u s t r i a lC o m p u t e r ； M o n i t o r P L C ； E t h e r n e t 1 1 I 原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标 明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名丕垂跹日期≥翌2 。 兰 [ 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷 件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位的论文。 保密论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 塍名凇日期蔓2 卫 7 山东大学硕士掌位论文 1 ．1 选题的目的与意义 第一章引言 随着我国经济的发展，能源、钢铁、交通等基础设施建设得到了前所未 有的巨大发展，对国民经济发挥着极其重要的作用，然而自动化程度不高越 来越成为制约经济进一步发展的瓶颈，其中电能尤其显得特别突出。在大力 发展电力行业的同时，以工控机技术为核心的电厂生产过程自动控制技术也 得到了空前的发展，并逐步成熟起来，普及到输煤、化水及除灰等电厂的辅 助系统。 聊城发电厂燃料输煤控制系统由于建成较早，采用传统的集中控制方 式，具有设备元件繁多、接线复杂、可靠性及自动化水平低、员工工作量大 等缺点，不利于安全生产，与企业降低生产成本、提高竞争力的要求不相适 应。本文选题的目的与意义是根据目前国内火力发电厂燃料输煤系统的发 展趋势，结合聊城发电厂燃料输煤系统的具体特点，对燃料输煤系统控制技 术进行充分论证，设计优化控制系统升级改造方案，提高输煤系统自动化控 制水平，帮助企业实现科学化管理，改善企业经济效益，提高企业竞争力， 同时为国内火力发电厂燃料输煤控制系统升级改造提供宝贵的借鉴作用。 1 ．2 目前火电厂燃料输煤控制系统情况介绍 火电厂输煤控制系统“。就是按照系统设备间的各种保护、连锁关系，实 现对输煤系统设备的顺序逻辑控制，使其能按一定的顺序安全运行，以完成 整个系统功能。输煤系统是电厂的主要辅助系统，主要负责对发电机组燃煤 的供应，该系统设备多，范围广，按设备功能的不同一般分为储煤系统、上 煤系统、及配煤系统。 1 、储煤系统。为了确保电厂稳定发电，火力发电厂必须储存不少于电 厂满负荷运行1 5 天所需要的燃料，以防不可抗力的意外因素。故电厂一般 都是一次性大量进煤，除了满足当日锅炉所需燃煤外，剩余的燃煤将由皮带 输送机、斗轮堆取料机堆放到露天储煤场里，或运至用于储存干煤的干煤栩、 储煤筒仓罩，作为各用。储煤系统由斗轮堆取料机 门式和臂式 、皮带输 l 山东大学硕士学位论文 送机、筒仓及与其配合使用的叶轮给煤机等。这些大、中型设备的运行通常 也是由其本身的控制系统进行控制，或通过无线通信技术实现与整个输煤控 制系统数据交换，与其配套的皮带输送机等设备也纳入输煤程序控制系统。 2 、上煤控制。将燃煤从储煤场通过皮带运输机等设备，经输煤转运站 输送到锅炉上方原煤仓的过程叫做上煤。同时在上煤过程还应完成对燃煤的 筛分、破碎、取样、除铁件及杂物等工作，上煤系统主要包含上煤皮带输送 机、概率筛、破碎机、入炉煤采样机、除铁器、除木器、除尘器、三通挡板、 振打器及电子皮带秤等设备。上煤控制实现的是逆序启动，顺序停止控制。 主要通过选择上煤流程顺序，在相应的连锁条件下，自动确定皮带输送机的 运行方向及挡板的位置，实现皮带运输机的自动启动、停止和保护 主要保 护有皮带跑偏、皮带打滑、皮带拉绳、皮带超载、皮带撕裂等 ，具有逆煤 流启动、顺煤流停止的特点。 3 、配煤系统。配煤系统设备数量较多，且操作频繁，工艺复杂等特点， 是输煤控制系统重点部分。作用是将燃煤按要求分配至位于锅炉磨煤机上方 的原煤仓里，供锅炉燃烧。主要设备有犁煤器、卸料小车、配煤皮带输送机、 除尘器、煤位计等。其中犁煤器的作用是将燃煤从输煤皮带上卸至原煤仓里。 煤位计用于检测煤位信号，煤仓是否需要加煤，一般由煤仓的煤位来决定。 当某一煤仓出现低煤位信号时，则要及时加煤；当加煤至煤仓出现高煤位时， 则应停止给该煤仓加煤 或进行一定延时后停止加煤 ，轮换到下一煤仓加 煤；若加煤过程中某一煤仓突然出现紧急低煤位，则应优先给这个煤仓加煤。 煤仓加煤一般由安装在皮带输送机上的卸煤小车或犁煤器来实现，配煤控制 就是控制卸煤小车的前进、后退自动定位，或控制犁煤器的抬起、落下。 1 ．3 火电厂输煤系统特点 相对电厂其它生产车间来讲，火力发电厂燃料输煤系统具有设备多、分 布范围广、工艺流程复杂、环境恶劣及故障点多等特点。 1 、设备种类多 系统包含斗轮堆取料机、皮带输送机、犁煤器等设备超过2 0 余种。 2 、设备数量多 整个系统设备数鼍超过1 0 0 台。 2 山东大学硕士学位论文 3 、分布范围广 ． 输煤系统具有储煤、上煤及配煤功能，同时要将煤从地面提升至三、四 十米高的原煤仓上方，设备布局分散，分布范围广，作业战线长达三、四公 里。 4 、流程复杂多变 电厂输煤系统设计为双路运行，通过切换位于各转运站落煤管的三通挡 板，便可选择不同的皮带输送机，组合成几十种甚至上百种输送流程，将燃 煤送至原煤仓。因煤质的差异，有时需要两路煤源同时取煤，对煤进行混合， 以使燃煤的质量满足锅炉燃烧的要求。 5 、环境恶劣 输煤系统煤粉飞扬，空气中粉尘浓度高，设备积尘严重；为清洁地面和 设备，要用水进行清洗，造成湿度较大；大部分设备都是转动设备，燃煤在 输送过程中对设备进行冲击，破碎机还要对大块煤进行锤击，噪音很大；部 分输煤系统设备为露天设备，经受日晒雨淋，对设备也带来十分大的不利影 响。 6 、故障点多 燃料输煤系统设备的保护装置很多，皮带输送机设有拉绳保护、跑偏保 护、打滑保护、过载保护、防撕裂保护等，碎煤机设有轴承超温保护、超振 保护，犁煤器及三通挡板设有卡死、不到位保护等，加上其设备多、战线长， 所以故障点多，故障率相对较高。相对电厂主机来讲，输煤系统起点较低， 较为落后，设备元件的质量也较低，尤其是九十年代后期以前建成的电厂， 这一点更为突出，容易出现故障。同时，设备的频繁起停也易引起故障。 1 ．4 火电厂输煤控制系统的发展及现状 火电厂燃料输煤控制系统经历了从简单的就地手动控制方式到集中程 序控制方式、再到目前的计算机控制方式这一发展过程。 1 ．4 ．1 火电厂输煤控制系统的发展 1 、就地手动控制。通过设备就地操作控制按钮，实现对设备的启、停 控制操作。这种方式落后，需要大量的人力，只是在八十年代初期以前被电 3 山东大学硕士学位论文 ． 厂采用，现在完全采用这种方式的电厂现已基本没有，但这种控制功能还保 留，仅用于检修设备试机或紧急情况下使用。 2 、集中控制。传统的控制方式一般采取强电集中控制方式，即通过中 间继电器和开关按钮组成简单逻辑电路对输煤工艺设备进行联锁或就地控 制。在八十年代中后期新上火力发电厂燃料输煤系统中大多采用这种方式。 跟就地手动方式相比，它具有一定的优点人员有所减少、劳动强度降低、 安全性能有所提高。但该方式具有功能少、适应能力差、可靠性低及维护强 度大等问题，给生产带来很多的不利。 r n l r 0 1 3 、集中程序控制。可编程序控制器 P L C 儿刮的出现，为工业自动化 的发展提供了革命性的动力，促进了工业生产过程自动化水平的不断提高。 八十年代中期，国内开始将P L C 应用到输煤控制系统上。但是，由于当时技 术条件所限，输煤程控系统采用的控制方式是P L C 模拟屏 控制台，所有输 煤系统设备的启停控制及上煤流程的选择仍然通过集中控制室里的控制台 上的操作按钮来实现，这便是集中程序控制方式。由于这种方式使输煤控制 系统的自动化水平仍然很低，没有在国内火电厂得到广泛的应用。 r ●] r c l 4 、计算机控制。九十年代后，随着计算机技术⋯。、信息技术及网络 rcl 技术旧。的迅猛发展，输煤控制系统的控制水平也得到了飞速发展。很多火电 厂为了进一步提高企业工业生产过程自动化水平及工业生产管理水平，纷纷 开发了适合本厂的输煤控制系统。采用P L C 、计算机等自动化水平高的控制 r 呷1r 0 1 方式⋯旧。便得到了大力推广，P L C 和上位机的两级计算机控制结构方式逐渐 被各火力发电厂广泛采纳。 1 ．4 ．2 火电厂输煤控制系统的现状 随着大容量、高参数火力发电机组的迅速发展，为满足大规模火力发电 企业的要求，大型火电厂燃料输送系统一。也发生了质的变化，从过去抓斗机 推煤机 胶带输送机控制模式发展为大型翻卸设备、堆取料设备和胶带机系 统有机结合、密切协作的燃料输送系统。由于大型火电厂在一定时间内用煤 量和煤质差别相差很大，同时为满足配煤和煤的粗处理的要求，燃料输送系 统必须具有多种多样、十分灵活的运行方式，才能满足机组稳发满发的要求。 当前，我国新建大犁电厂输煤控制系统采用工控计算机w P L C 的控制方式， 4 山东大学硕士学位论文 此种控制方式就是操作人员通过计算机键盘选择和启动输煤系统，将指令传 送到P L C 系统，P L C 系统按照梯形图程序启动有关设备完成输煤系统的功能， 并将相关信息传送给计算机。主要功能包括以下几个方面 1 、顺序控制功能 顺序控制功能是用工业控制机通过软功能键对运煤系统实现顺序控制、 单机联锁启停及在调试过程中无联锁的单机起停控制，同时也对原煤仓的自 动顺序配煤及单个配煤设备的启停进行控制 抬、落 。输煤系统保留就地控 制方式，即设备在就地控制箱进行操作，该方式只在程控系统故障和调试操 作时使用。 2 、监视报警功能、语音功能 监视报警功能主要包括输煤系统的数据采集和处理⋯3 、各种运行方式 下的设备运行工况，并能通过C R T 和功能键盘为运行、检修人员提供各种信 息和报警。 3 、生产管理功能 打印制表是对正常生产运行定期打印记录，其中包括交接班记录、日报、 月报、年报打印。运行人员的操作记录打印，对运行人员在控制室内进行的 所有操作项目及每次操作时间作记录，以便于事故分析。累计的设备运行小 时数将自动提醒检修维护设备，实现状态检修。 4 、煤量统计 通过上位机与皮带秤实现通讯，既统计出本班的上煤量，又可以统计总 的上煤量。 5 、实现程序联锁 输煤系统‘1 2 3 启动时按逆煤流方向，先从该流程最后设备 皮带及相关设 备 开始依次启动。直到第一条皮带及相关设备启动后，才开始供煤。停运 时按顺煤流方向，先停供煤设备，然后从第一台至最后一台设备依次停止， 每台设备之间按预定的延时时间发停机命令，即要求前面设备的余煤清除后 再停止其运行，其中碎煤机、缓冲滚筒均需另外延时停机。故障时，故障点 及其上游设备瞬时停机，故障点下游设备保持原工作状态不变，待故障解除 后，可从故障点上游重新启动设备，也可在故障未解除时，从故障点下游开 始延时停止设备。联锁应阻止任何设备超出顺序启动 试验除外 ，并且通过 5 山东大学硕士学位论文 速度开关来确认皮带机运转状况。当皮带机的速度达到一定值时，启动下一 级设备。速度开关装设在皮带机回程皮带上。程控系统应根据输煤系统不同 的运行方式分组对应启动皮带及输煤设备。 6 、自动加仓上煤功能 根据锅炉对不同煤种的加仓要求，加仓前由输煤控制室的值班人员在 C R T 上调出加仓画面，同时通过键盘输入给定加仓指令，实现自动加仓配煤。 加仓开始，先顺序给超低煤位仓配煤并报警，配一定数量的煤，消除煤仓超 低煤位状态，依次给出现低煤位的仓顺序配煤，消除煤仓的所有低煤位信号。 所有低煤位信号消失后，再进行顺序配煤，当仓满后转到下一个煤仓进行顺 序配煤，直到所有煤仓满。顺序配煤过程中，如果再次出现超低煤位、低煤 位仓，则停止煤仓顺序加仓程序，优先为超低煤位、低煤位仓配煤，配一定 数量后，再转入顺序加仓程序。当全部煤仓出现满煤位信号后，程序自动停 机并把皮带上余煤均匀分配给各煤仓。在配煤过程中能自动跳过满仓、高煤 位仓、超高煤位仓及检修仓。配煤的尾仓设定、检修仓设定可通过上位机进 r 10 1 行设定，加仓时尾仓及其后方煤仓均不允许配煤。自动配煤““考虑有单路 配煤和两路配煤两种方式，在双路配煤时，先配甲路，配完后先停煤源卜2 分钟，待皮带上余煤走空，自动切换三通挡板，再给乙路配煤。煤仓配煤也 可在煤仓层就地由人工通过就地控制箱上的操作设备进行控制。 目前输煤系统实现了程序控制和工业电视系统监视，这些对提高输煤系 统的可靠性、自动化程度，减少岗位人员和他们的劳动强度，加强输煤过程 的运行管理和节能管理，实现状态检修具有非常重要的意义。通过工业电视 系统同输煤程控系统的通讯，可以完成输煤设备故障电视画面自动切换到故 障设备所在镜头，便于及时查找故障原因。 1 ．5 可编程控制器 P L C 技术 可编程控制器 P L C ‘1 4 3 是微机分级控制系统底层的核心部分，下面介 绍P L C 的产生、特点及在电厂输煤系统中的应用情况，重点介绍聊城电厂进 行工控机输煤控制改造后使用的M O D I C O NQ u a n t u m 系列P L C 及硬件组态、通 信连接和软件开发。 6 山东大学硕士学位论文 1 ．5 ．1 可编程控制器 P L C 发展状况 二十世纪六十年代末，随着市场的转变，工业生产开始由大批量少品种 的生产转变为小批量多品种的生产方式。而当时这类大规模的生产线的控制 电路多是由继电器盘构成的，这种控制装置体积大、耗电多、可靠性低，尤 其是改变生产程序很困难。为了改变这种状况，1 9 6 8 年美国通用汽车公司对 外招标，要求用新的控制装置取代继电器盘以改善生产。于是一种全新的装 置⋯一可编程逻辑控制器 P L C 应运而生。与以前的控制系统相比，它有 如下几个显著特点 1 、用计算机代替继电器控制盘； 2 、用程序代替硬件接线； 3 、I ／0 电平可以与外部装置相连 4 、结构易于扩展。 虽然P L C 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，超大规模的集成电 路技术的迅速发展和通信技术的不断进步，P L C 技术迅速发展，功能也大大 增强。在软件方面除了保持原有的逻辑运算，还增加了算术运算、数据处理 和传输、通信、自诊断等功能；在硬件方面，除了保持原有的开关量以外， 增加了模拟量、远程I ／O 和各种特殊功能模块，例如高速计数器模块、P I D 控制模块、定位控制子模块和通信模块等等，并扩大了存储器的容量。随着 rc1 P L C 的应用引范围不断扩大，P L C 经过几十年的不断发展、更新换代，已向 微型化、网络化、P C 化和开放性方向发展，已成为包括数控机床、机器人在 内的现代工业自动化三大支柱之一，与D C S 和工业P C 形成三足鼎立之势。 P L C 元件生产厂家较多，全世界约有2 0 0 多家，生产3 0 0 多个品种，主 要有德国S I E M E N S 、美国M O D I C O N 、A - B 、日本三菱、O M R O N 、G E 等诸多品牌， 在性能价格上各有千秋。 我国自二十世纪八十年代初，在冶金、电力、化工、煤炭等工业领域中 相继引进国外的P L C ，并从经营国外P L C 整机逐步转入到引进散件组装、国 产化研制和产品国产化发展阶段。到目前为止，国内P L C 形成产品化生产的 企业约3 0 多家，年产量超过1 0 0 0 台的将近lO 家。主要生产单位有上海香 岛电机制造有限公司、机械部北京机械工业自动化所、江苏嘉华实业有限公 7 山东大学硕士学位论文 司、苏州电子计算机厂、苏州机床电器厂、上海船船运输科学研究所、杭州 新箭电子有限公司等。国内产品市场占有率不超过1 0 ％。P L C 在我国至今未 形成产业，在D C S 、F C S 、I P C 、数控、P L C 五大工控领域，P L C 是国产比重最 小的一种，原来的一些生产单位，现也多以国外代理或推广应用P L C 为主。 1 ．5 ．2 可编程控制器 P L C 的技术特点及发展趋势 1 、可编程控制器 P L C 的特点 1 可靠性高，抗干扰能力强。 高可靠性是电气控制设备的关键性能，P L C 由于采用现代大规模集成电 路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具 r c 1 有很高的可靠性。P L C 刚平均无故障时间高达2 0 万小时。一些使用冗余C P U 的P L C 的平均无故障工作时间则更长。从P L C 的机外电路来说，使用P L C 构 成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减 少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，P L C 带有硬件故障自 我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可 以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除P L C 以外的电路及设备也获 得故障自诊断保护，这样使整个系统具有极高的可靠性。 2 配套齐全，功能完善，适用性强。 P L C 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，可以 用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代P L C 大多具有 完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。P L C 的基本功能包括开关 量输入／输出、模拟量输入／输出、内部中间继电器、延时继电器、锁存继电 器、主控继电器、计时器、计数器、移位寄存器、比较器、四则运算功能、 数据类型转换功能、跳转和强制I ／o 功能等。P L C 扩展功能有通信联网功能、 成组数据传送功能、矩阵运算功能、P I D 闭环回路控制功能、排序查表功能、 中断控制功能及特殊功能函数运算等功能。此外，P L C 还具有强大的自诊断、 报警指示、监控等功能。近年来P L C 的功能单元大量涌现，使P L C 渗透到了 位置控制、温度控制、C N C 等各种工业控制中。加上P L C 通信能力的增强及 人机界面技术的发展，使用P L C 组成各种控制系统变得非常容易。 3 易学易用，深受工程技术人员欢迎。 R 山东大学硕士学位论文 曼皇鼍m m mmm m - - I l ，曼鼍 P L C 作为通用工业控制计算机，是面向工厂企业的工控设备。它接口容 易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式 和继电器电路图相当接近，只用P L C 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便 地实现继电器电路的功能，为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言 的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造。 P L C 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控 制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是 使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能，这很适合多品种、小批量 的生产场合。 5 体积小，重量轻，能耗低，应用灵活。 以超小型P L C 为例，新近出产的品种底部尺寸小l O O m m ，重量小于1 5 0 9 ， 功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控 制设备。标准化的积木式硬件结构，以及模块化的软件设计，使得P L C 不仅 可以适应大小不同、功能繁复的控制要求，而且可以适应各种工艺流程变更 较多的场合。P L C 的安装和现场接线简便，可以按积木方式扩充和删减其系 统规模。 r 1 々1 2 、P L C 的发展趋势⋯。 1 产品规模向大、小两个方向发展。大i ／o 点数达1 4 3 3 6 点、3 2 位为微处理器、多C P U 并行工作、大容量存储器、扫描速度高速化。小由 整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。 2 P L C 和其他工控机联合。P L C 和其他控制系统之间的界限越来越模 糊，在应用方面也出现了类似的情况。最流行的产品已向P C 技术融合，P L C 日益加速渗入到D C S 中，P L C 走进C N C 的领域。P L C 自身控制也分散化，在 实时性要求不太高的场合，出现了P L C 用软件实现P L C 功能的应用，相对P C 为基础的控制优势在小型P L C 上。 3 不断加强通讯功能。网络化和强化通信能力是P L C 重要发展的方 向，网络以太化己经很成功，并结合到现场总线技术的发展。 4 新器件和模块不断推出。高档的P L C 除了采用高性能的C P U 来提 高处理速度外，还有带处理器的E P R O M 或R A M 的智能I ／O 模块、高速计数模 9 山东大学硕士学位论文 块、远程I ／O 模块等专用化模块。 5 编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化。有各 种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语 言，也有高档的P L C 指令系统。 6 发展容错技术，采用热备或并行工作、多数表决的工作方式。 7 追求软硬件的标准化。 8 E I C 电气传动、仪表、计算机 一体化，实现电气传动控制、仪表 控制和计算机控制一体化，这是工业自动化使用较多而又急需的控制系统， 也是P L C 最重要的发展趋势。 1 ．5 ．3P L C 在国内电厂输煤系统中的应用状况 2 0 世纪8 0 年代初，我国开始引进P L C 技术，山东石横电厂在国内电厂 输煤系统中首次成功应用了P L C 。随着P L C 在该厂的成功应用，P L C 在火电 r 101 厂燃料输煤控制系统钊得到了大力推广。P L C 是火力发电厂燃料输煤控制系 统的主控设备，对整个系统的工作性能起到关键作用。由于输煤系统环境较 为恶劣，对控制系统的硬件性能提出了更高的要求。根据国内多数电厂输煤 系统成功使用的经验情况来看，目前在燃料输煤工控机控制系统中基本采用 国外品牌P L C ，其中使用最为广泛的有德国S I E M E N S 及美国b i O D I C O N 两种品 牌，技术成熟，可靠性强，性价比较高。为了保证本系统有较强的控制功能 和很高的可靠性，聊城电厂选用M O D I C O NQ u a n t u m 系列作为本方案的P L C 控 制器。 1 ．6 聊城电厂燃料输煤控制系统现状分析 1 ．6 ．1 聊城电厂燃料输煤系统概述 聊城电厂共有两台容量为6 0 0 M W 的燃煤机组，总装机容量达到1 2 0 0 M W ， 年发电量超过8 0 亿千瓦时，是鲁话地区主要的电力生产企业。其燃料输煤 系统由以下4 个部分组成1 5 个输煤转运站；2 1 个碎煤机室；3 4 个贮煤 场；4 12 个原煤仓间。整个输煤系统共包含 2 0 条皮带机 2 9 2 ，煤场3 ，5 号带 ，2 台叶轮给煤机，8 台螺旋给煤机，2 1 0 山东大学硕士学位论文 曼IIII,． I , l a a I Il am m I I I 皇蔓皇曼量量曼曼曼皇曼寰量蔓 台翻车机，2 台斗轮堆取料机，2 台碎煤机，2 台B R S - 1 4 1 0 滚轴筛，1 2 座原煤 仓，2 座混煤仓，4 4 台犁式卸煤器 原煤仓 ，1 0 台犁式卸煤器 混煤仓 ，4 台带式除铁器，4 台盘式除铁器，6 台电动伸缩头，2 台电动三通，2 台电子皮带 秤，2 台刮水器，2 台清水泵，2 台原煤取样装置，1 套实物校验装置，6 台振动 器。年上煤量超过3 0 0 万吨。其电气控制系统现采用传统的继电器集中控制 方式，通过位于集中控制室的继电器柜及操作台，完成对皮带机等现场设备 的启停控制。 1 ．6 ．2 聊城电厂燃料输煤控制系统的特点及构成 聊城电厂输煤控制系统的主要特点是采用大量的中间继电器和开关按 钮，组成各种简单逻辑，将设备的启、停信号发送到就地控制箱，同时将现 场设备的运行状态、故障报警等信号采集到集中控制室，对输煤工艺设备进 行联锁或就地控制，这种方式为集中控制方式，设计较为落后。系统主要由 以下几部分构成 l 、集中控制继电器屏。安装在燃料输煤集控室，采用4 8 V 直流母线供 电，实现对现场设备启动、停止信号的控制及连锁逻辑控制，是集中控制系 统的核心部分。 2 、控制操作台。布置在燃料输煤集控室，主要是用于实现对现场电气 设备的启动、停止操作、状态设置，以及设备运行状态的显示、声光报警等 功能，同时通过布设在上面的电压表、电流表等电气测量仪表，实现对设备 运行状态的监控。 3 、就地电气控制箱。分布在各设备驱动机构旁，属于集中控制系统的 现场执行控制元件