中控GCS-1系统在输煤程控系统中的应用

发布时间：2011-07-20 作者：www.cechina.cn

　　1 前言
　　为缓解我国电力供应严重不足的现状，许多火电厂在全国各地纷纷投入建设和使用，因此对煤炭的需求量也就越来越大，对输煤等公用系统的自动化控制要求也就越来越高。
　　湖南某发电厂60MW机组的公用部分控制系统（包括输煤、化水等）采用浙江中控技术股份有限公司生产的GCS-1系列PLC系统，上位机软件采用浙江中控技术股份有限公司生产的SPPVIEW。
　　输煤系统的主要功能是把通过火车或汽车等交通工具运送到卸煤沟的煤炭，通过一系列运送设备运达原煤仓的过程。
　　2 控制设备
　　本套输煤系统的控制对象有：皮带机8条，除铁器4台，布料器2台，一级碎煤机4台，二级碎煤机2台，振动器8台，犁式卸料器14台，电动三通挡板4台，筛煤机2台，入炉煤取样器2台，叶轮给煤机2台，电子皮带秤2台，循环链码升降系统2台。
　　本套输煤系统采用了4个电动三通挡板，使系统组合灵活多样。当有设备出现故障需要检修时，可以通过调整三通挡板的通路绕过故障设备继续上煤，使整个系统不至于因某一个或几个设备的故障造成瘫痪。
　　3 设备的控制方式
　　输煤程控系统有三种操作方式：自动、手动、试验。自动方式为主要常规运行方式，手动方式是通过上位机的功能键盘或鼠标来起动的，试验方式则是通过就地无联锁的按钮来实现的[1] 。
　　自动方式下，运行人员只需选择输煤线上的主要设备（如胶带机、给煤机等），而辅助设备（如皮带称、电磁分离器、除尘器等）则能通过逻辑系统来自动选择。所有设备都显示可以起动后，可以按逆煤流方向起动整个系统。
　　正常停运时，通过程序逻辑判断或运行人员的操作，按顺序清扫皮带后，按顺煤流方向停止运行，而当系统中的任何一台设备故障停机或保护联锁系统或紧急停止装置动作时，沿煤流方向本设备以前的所有设备同时停机，以后的所有设备按顺煤流方向停机，以防止设备损坏和危及人身安全。碎煤机、煤筛、除铁器为延时停机[2] 。
　　程控手动方式时系统联锁与自动方式完全相同，该联锁也由PLC实现，当联锁条件满足要求时，运行人员可通过键盘来起动或停止某一设备。程控系统中的所有联锁条件均可局部解除。
　　4 输煤程控系统方案的设计与实施
　　1）硬件系统（参见下图）

　　图1 硬件系统
　　Fig.1 Hardware system

　　a）上位机系统
　　本系统配置两台上位机，都可作为操作员站，其中一台兼作工程师站，且两台工控机可互为备用。上位机使用屏蔽双绞线同以太网交换机相连，通过以太网模块同PLC主机进行通讯。所有的数据显示和操作都可以在上位机上完成，并且还有报警，历史趋势功能，给操作人员提供最完备的使用环境。
　　b）控制系统
　　本系统使用了1台型号是SPLC-2/R-1K的CPU，支持1024点开关量I/O，包含16MB RAM闪存，2个串口，1个10M以太网口，操作模式拨码和状态指示灯。CPU模块预先安装了SoftPLC控制软件，I/O驱动，通讯驱动，嵌入式的FTP server，嵌入式的实时Java虚拟机（JVM）。
　　主机通过ELNK以太网模块同PC机进行数据交换，其下面带1个本地扩展机架和2个远程机架，2个远程机架各带一个扩展机架。
　　2）软件配置
　　a）上位机监控软件
　　本系统的上位监控软件选用的是浙江中控技术股份有限公司的SPPView作为开发平台。SPPView的基本功能是数据通讯、数据管理、数据交互。具体的说，数据通讯就是：从现场获取数据并将它们加工成可利用形式的基本功能、向把需要控制的信号通过计算机直接发送到现场的执行机构，这样就建立了控制软件所需的双向连接。数据管理就是根据用户的需要，对数据进行更深层次的加工，如量程变换、报警、统计、分析等。数据交互就是根据不同用户的需求，把数据以不同的形式提交给用户以实现交互，如现场操作工需要监控，管理人员需要数据报表、工艺工程师要对数据进行分析等，SPPView为不同的用户提供了多种交互手段。
　　b）PLC控制软件
　　PLC控制软件采用浙江中控技术股份有限公司的TOPDOC NexGen编程软件，TOPDOC NexGen是一套功能强大的阶梯图程序语言开发软件包， TOPDOC NexGen的功能特色有:  OFFLINE程序编辑开发，ONLINE程序编辑修改，程序注释(包含: 各个地址(Address)注释、阶梯横列(Rung)注释及区块(Section)注释) ，完整的程序(Program)及档案数据表(Datatable)打印功能(可选择打印机打印或打印至档案)[3]。
　　5 系统控制
　　自动启动时，按照逆煤流方向顺序启动设备；自动停机时，按照顺煤流方向延时停止设备；当某一设备出现事故跳闸时，由故障设备开始进行逆煤流跳闸（除铁器、电子皮带秤、取样器不参与跳闸）。具体设备的位置和流程顺序参看"系统总貌"图：

　　图2  系统总貌
　　Fig.2  Coal Transportation System

　　1)卸煤控制
　　卸煤控制主要控制叶轮给煤机的7个控制指令：变频启动、变频停止、除尘启动、除尘停止、前进启动、后退启动和行走停止。其操作窗口如下：

　　图3  卸煤控制操作窗口
　　Fig.3  Operational Windows for coal offload

　　自动工作状态下，给煤机变频启动和停止取决于在它后面的皮带的动作，而给煤机的前进、后退、行走停止和除尘，则需要操作人员根据现场的实际情况进行手动操作。
　　2)运煤控制
　　运煤控制是整个输煤控制系统的核心，主要控制胶带机实现逆煤流启动、顺煤流停机和联锁跳闸三种自动化功能，图示如下：

　　图4  运煤流程
　　Fig.4  Flow Chart

　　上位机对整个过程的控制通过选择路径、选择每步状态和选择指令这三部分来实现运煤控制功能,如图所示：

　　图5  运煤控制操作窗口
　　Fig.5 Operational Windows for coal transportation

　　选择路径用于控制分流设备电动三通挡板，实现煤流方向的切换，例如：选择1号甲皮带和2号乙皮带，此时1号甲三通就自动开启通乙侧。
　　选择每步状态时点击每步的"步入"或"跳过"文字可切换该步是否参与逆煤流启动或顺煤流停机步序控制，需要参与步序控制的每一步的手自动状态必须切到自动。
　　点击指令 "逆煤流启动"，弹出 ，选择启动，按确认，系统就按逆煤流方向和选择的路径开始自动启动设备，启动皮带前会自动响警铃30秒通知皮带周围的人员尽快远离，以免发生事故。
　　点击指令 "顺煤流停机"，弹出，选择停机，按确认，系统就按顺煤流方向和选择的路径开始自动停止设备。
　　点击指令 "紧急停机"，弹出，按确认，系统就把选中路径上的设备立刻停机。
　　点击指令 "跳闸联锁"，弹出，选择联锁，按确认，这样系统就处于跳闸联锁投入状态，联动中的任一台设备故障停机时，按逆煤流方向和选中的路径联锁停机。
　　3)配煤控制
　　配煤控制分为自动配煤、手动配煤和就地配煤三种方式。
　　自动配煤方式：把运煤控制的第10步切换到步入状态，并把犁式卸煤器状态切到自动，当逆煤流启动指令发出后，4号皮带即先运行。当叶轮给煤机出现运行信号后，首先按照煤仓的顺序进行检测，从第一仓开始进行顺序配煤，将所有煤仓配至高煤位。此时如果出现了超低煤位、低煤位报警仓，则立即转到该煤仓进行低煤位优先配媒。在配至超低、低煤位信号消失，再延迟一段时间后，自动返回到刚才顺序配煤的煤仓进行顺序配煤。当所有仓都处于高煤位时，配煤就完成了。
　　手动配煤是由操作人员根据现场的煤位和犁式卸煤器的信号，在上位机上手动操作犁式卸煤器的抬梨和降梨等功能，完成原煤仓的配煤工作。
　　就地配煤是在现场由操作人员根据实际情况，操作犁式卸煤器的运行/停止，抬梨和降梨等功能，完成原煤仓的配煤工作。
　　4)单体设备控制
　　单体设备按控制信号类型分为泵和电动门两种类型，分别建立泵模块和电动门模块，然后设备调用相应模块进行指令的输出。
　　泵模块的逻辑图如下：

　　图6  泵逻辑图
　　Fig.6 logic diagram for pump

　　电动门模块的逻辑图如下：

　　图7  电动门逻辑图
　　Fig.7 logic diagram for valve

　　采用上述控制模块的设备情况如下表：

　　表1 模块应用表
　　Table.1 the application of modular

　　6 结束语
　　浙江中控技术股份有限公司的GCS-1这套系统根据实际的运行情况证明：整个系统安全可靠，稳定性高，控制灵活性强。随着计算机和PLC技术的提高，输煤系统的自动化水平也在不断提高，目前已经做到了把相对分散的各个设备统一集中到一起控制的目标，几乎涵盖了全部的设备。相信随着我国电力工业的发展和计算机、PLC硬件及软件水平的不断提高，程序控制作为输煤系统的主要控制方式，在火力发电厂将得到更加广泛的应用。