火电厂除灰渣自动控制系统研究

摘 要：文章根据某火电厂除灰渣系统工艺流程，设计了主要通过PLC对该系统进行软硬件自动化控制的方案，并对该系统的控制特点进行分析。

关键词：除灰渣工艺；自动化控制组态；PLC

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）11-0081-02

1 工艺系统概述

除渣系统工艺流程主要为：锅炉的炉渣连续落入刮板捞渣机的上槽体内，炉渣经水冷却和粒化后，由刮板捞渣机捞出，通过刮板捞渣机下的三通进入渣沟，再进入渣水泵房，通过渣水泵转运至灰渣泵房，最后由灰渣泵输送至灰场贮存。

除灰系统工艺流程主要为：将灰斗内的飞灰收集、输送至灰库。每台炉电除尘器分4个电场共有32个灰斗，每个灰斗下设一台飞灰输送器将飞灰输送至灰库。电除尘器各电场下的飞灰输送器按程序自动运行。灰浆沿灰渣沟自流至排渣泵房前池，由排渣泵提升至灰渣泵房，最终由灰渣泵输送至灰场。

2 除灰渣控制系统硬件设计

2.1 控制系统概述

控制系统主要由除飞灰系统、水力除渣系统及公用系统组成，控制系统采用两套PLC集中控制，其中#1炉和公用系统共用一套，#2炉单独用一套。操作站布置在除灰渣集中控制室 。

2.2 操作员站硬件设计

除灰渣控制系统共配置两台工程师站兼操作员站，操作员站布置在除灰渣集中控制室，上位机和PLC之间的通讯方式为以太网通讯。控制室内的PLC主站通过分布在现场的各个远程I/O站对其就近的现场设备进行数据采集和控制。

2.3 PLC端硬件设计

#1炉除灰渣控制系统共7面控制柜，本地站4个布置在除灰渣集中控制室，其中一面电源及CPU柜，三面本地IO柜，远程站3个分别为除灰空压机房一面IO柜，除灰水泵房一面IO柜，灰库及气化风机房一面IO柜。#2炉除灰渣控制系统共3面控制柜，其中一面电源及CPU柜，两面本地IO柜，均布置在除灰渣集中控制室。两个系统主机设备配置均为双机热备冗余系统，其中包括处理器（CPU）冗余、通讯模件（此处包含昆腾分布式I/O网络modbus通讯模块NOM、以太网通讯模块NOE）冗余、电源模件冗余。在系统运行时，两块CPU实时交换数据，任何一块CPU故障，系统马上切换到备用CPU，从而保证系统不会因单块CPU损坏而停止工作。所配PLC为施耐德公司出品的Quantum 双机冗余型。

昆腾plc冗余系统下述特点：①lcu应配置为双机热备系统，即双机架、双cpu、双电源、双远程i/o网络、双以太网通讯，保证系统的高度可靠性；②plc系统中，冗余以太网的地址在热备系统中能够自动无扰切换，无论哪台plc切换成主机，主机和备机的ip地址总能够自动切换，使之始终保持不变；③热备系统的数据交换，采用100m光纤，直接连接cpu上的光纤接口，以保证数据交换的效率；④热备切换时间严格控制在1个扫描周期以内，保证不会影响控制过程。

该冗余控制器的性能完全满足本除灰渣控制系统的控制要求。

除灰渣控制系统共配置可带电插拔的32点DI模件（所有DI信号查询电压48VDC，继电器隔离，从以往大量的工程经验来看DI输入通道采用继电器隔离是非常有必要的，尤其是在调试阶段现场情况复杂当有强电接入模件时没有采用继电器隔离的模件是要被烧毁的，即使是在运行阶段也难免会有强电窜入模件，为保护模件，DI输入通道采用继电器隔离），32点DO模件，（所有DO信号继电器隔离），16点AI模件，8点AO模件。

2.4 数据通信设计

人机数据通讯系统是将各控制柜及人机接口和系统外设连接起来，以保证可靠和高效的系统通讯。 “通讯协议”为TCP/IP协议，数据传输率为100 MBps，该数据通路采用了CRC32位错误检验码，附属在传输的信息中一起发送，数据传输方向为节点总线上任何两个节点之间双向传送。传送的每一个数据都包含了该数据的ASCII数据名称。数据格式为32位浮点数（1位数符，1位阶符，6位阶码，24位数据）和8位整数。数据总线对每个站的访问时间是实时的。故障节点自恢复时间小于10 ms。

系统具备和SIS、辅控网的接口能力，通过上位机，使用OPC或ODBC的方式可以方便的接入SIS系统。系统还提供了和GPS时间同步的功能，GPS接收器具有将时间信息按串行数据发出的功能，利用这点配合秒脉冲，就可以实现系统和GPS同步的功能。

2.5 电源设计

控制系统接受两路独立的交流220 V电源， A、B两路电源同时进入电源分配柜。电源分配柜内又将电源分成控制电源、检修电源及照明电源。其中控制电源同时从A、B两路进线电源受电，其中控制电源同时从A、B两路进线电源受电，保证一路进线出现故障时可以自动切换，确保控制部分的不间断供电。除灰渣控制系统所需48 VDC和24 VDC电压有系统本身配置的冗余稳压电源提供。

3 除灰渣控制系统软件设计

3.1 监控系统概述

控制系统的结构采用PLC和就地上位机一起接入辅控网集中监控网的方式进行分级控制。气力除灰系统和水力除渣系统设置2套冗余配置的PLC，一套冗余的PLC控制#5机除灰渣系统及公用系统，另一套冗余的PLC控制#6机组除灰渣系统，整个系统共设2套操作员站/工程师站，2套PLC和上位机系统组成一个除灰渣局域网。通过除灰渣控制系统对整个除灰渣系统进行监控。辅助系统运行人员通过辅助系统上位机监控网络（设在机组控制室内）对现场设备反馈的运行状态信号以及控制系统发出控制命令都可以在在辅控网和就地上位机屏幕上动态、直观地显示出来。上位机监控网络和PLC之间通过以太网接口进行通讯。PLC和分布在现场的各I/O站通过昆腾系列PLC自带的通讯协议（modbus plus通讯协议）进行通讯。实现对现场设备进行数据采集和控制。就地也设有上位机，但是仅供后备操作及系统现场维护用。

3.2 人机机监视系统设计

在全场工程规划中将整个水、灰系统集成为辅助系统集中监控网，在集中控制室内集中控制台统一设置操作员站。整套除灰渣控制系统仅为辅助系统集中监控网的一部分，其运行操作和过程监控全部在除灰渣控制系统上位机上或辅助系统集中监控网操作员站上实现。

除灰渣控制系统监控画面采用IFX3.5上位机软件。

iFIX是GE Fanuc过程处理及监控产品中的一个核心组件。它可以为准确开放安全的数据采集及管理企业级的生产过程提供一整套的解决方案。

iFIX是为过程管理度身定造的解决方案，其本身具有高度的集成和扩展性。

由于运用了直观的图形工具，iFIX的用户可以快速、高效地为生产过程创建高性能的过程窗口。

iFIX可以方便地满足各种应用类型和应用规模的需要。iFIX灵活的系统结构意味着iFIX不但可以满足当前系统应用的需要，还可以在将来需要的时候随时方便地扩展系统规模。

iFIX server直接连接到物理I/O点，并维护过程数据库。在iFIX上位机系统中，每台计算机都被赋予自己独有的节点名，并且每个数据项都有自己的内部名称即标识SCADA。iFIX网络中的数据交换都通过读取这些标识SCADA，用户可以选择不同用户可以选择不同标识SCADA容量的软件版本，因此其可以面对复杂的多节点、多现场的数据采集，在本项目中。

正因为如此，除灰渣控制系统上位机上不仅能显示各电机、风机、泵、阀门等设备的过程参数、运行状态、以及故障报警指示等功能。在本系统所接入的辅助系统集中监控网的操作员站上也可以进行相同操作。

所有画面显示、制表打印、上位机软件编程等均通过除灰渣控制系统上位机站完成。

在除灰渣控制系统上位机和辅助系统集中监控网操作员站上能方便地进行各种成套操作方式的选择和切换，并进行全自动操作，同时还具有工作PID画面显示、模拟量参数显示、声光报警、棒状图显示、报表统计以及制表打印等功能。

除灰渣控制系统上位机的画面还可以上传至辅助系统集中监控网操作员站，从辅控网操作员站对除灰渣系统控制逻辑进行编程、下载、上传、在线监视、监控系统组态以及日常维护管理等。

3.3 下位机控制系统设计

①自动控制方式。操作员启动该操作方式以后，PLC按事先编制好的启动顺序、启动时间间隔、联锁条件等条件，自动发出指令使现场所有被控设备启停、切换等，并自动停运，在这种方式下，操作员在画面上人工点击停止设备仍然有效，另外，某个突发性的（控制系统内部或以外的）异常情况将会导致系统按照一定方式（同时或按一定顺序）停运。还有一种方式使全系统急停，发生特别紧急情况时，操作员通过一个急停按钮停止现场所有设备。在此方式下，控制系统对其自身及被控设备等的任一异常状况都有相应的声光报警信息。

②手动操作方式。运行人员在上位机LCD上一对一操作某个设备。在此方式下，控制系统同样具备完善的设备自保护（有的设备起停前需要检测一些必要条件是否允许，如条件不满足则手动启停无效，但“急停”除外）、报警功能。

③手动就地操作方式。该方式专供检修人员安装调试和检修维护时在就地操作箱或操作柜上试验单个设备的运转，此时操作员站可以检测到该设备在画面上被标注成了“手动操作”，此时自动连锁启动和远程操作员启动均不能实现直到“手动操作”状态消失，此时在就地端有调速要求的设备也能实现就地调速。

④设备保护。本控制系统中部分阀门，泵都有严格的保护条件。例如：清水池补水门会根据清水池水位自动开闭阀门，泵会根据水位的高低自动起停水泵。

4 结 语

本套控制系统安全稳定，可靠运行，使电厂除灰渣工作的效率大大提高，生产环境也有所改善，同时也减轻了相关职工的劳动强度，总体来说有效实现了分散系统的自动控制，具有很好地应用前景。

参考文献：

[1] 王慧锋，何衍庆.现场总线控制系统原理及应用[M].北京：化学工业出版社，2006.

[2] 沈军，杭卫华，梁晓丛.现场总线技术在火力发电厂的应用[J].电力信息化，2008，（6）.

[3] Katsuhiko Ogata（美）.卢伯英（译）现代控制工程[M].北京：电子工业出版社，2000.