图1  输煤程控系统结构图

本文在分析电厂输煤程控系统工艺流程、控制需求的基础上，给出了基于和利时公司HOLLiAS LK PLC的输煤程控系统解决方案。

目前火电厂采用的燃料大多为燃煤。一方面，由于煤产地与电厂间地理位置的不同，需要借助汽车、火车或轮船等途径把燃煤先运送到电厂内的储煤站；另一方面，在电厂内，需要通过输煤皮带将燃煤输送到指定的煤仓或煤筒中，供燃煤锅炉使用。电厂输煤程控系统就是完成将煤输送到煤仓或煤筒的任务，一般包括卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统几个部分。

电厂输煤程控系统具有组成设备多且位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等特点，一般采用以可编程控制器（PLC）为主要控制设备的监控系统来实现对整个工艺过程的控制。

输媒程控系统设计

输煤程控采用双主机（热备）配置的HOLLiAS LK PLC完成上煤及配煤控制等功能，PLC置于输煤程控室。在粗碎机室、1#转运站、2#转运站、细碎机室、煤仓层、输煤综合楼设6组远程I/O站，各信号就近引接至附近的I/O站，各I/O站及PLC之间采用冗余PROFIBUS-DP现场总线通信。该网络能满足输煤程控的实时要求。在输煤程控室设上位监控系统，通过两台上位监控计算机进行输煤系统的集中监测及控制，不再设常规模拟屏及仪表盘。

1.系统结构

整个系统可以分为三层（见图1），包括生产管理层（输煤程控室）、现场控制层（PLC控制站）及就地控制层。现场各种数据通过PLC系统进行采集，并通过主干通信网络——环形工业以太网传送到中心控制室监控计算机集中监控和管理。同样，中心控制室监控计算机的控制命令也通过上述通道传送到PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。

根据输煤系统联锁性强、地理较分散的特点，系统设有一个主站和若干个远程I/O分站，现场设备信号直接接入附近的远程I/O分站，并通过冗余PROFIBUS-DP总线网络实现与系统主站的通信，由系统主站完成对所有系统内设备的监控和管理。

考虑到在安全性、可靠性方面的要求，系统主站采用HOLLiAS LK PLC具有冗余功能的CPU模块LK210，支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余、总线冗余，以保证整个系统的不间断运行。

2.控制方式

输煤程控系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制三种控制模式。三种模式的级别由高到低依次为就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制。

正常情况下，所有设备的运行、停止等由PLC按预定的程序自动完成，PLC自动识别各设备所处状态。上位机发出指令后，由PLC按预定的程序自动完成对设备的运行操作。

远程手动控制又可分为联锁手动控制和解锁手动控制两种形式，多用于设备调试和检修阶段。

就地手动是指在就地设备控制箱上操作设备，具有最高的控制优先级。

输煤工艺控制方案

不同的电厂由于其机组的大小，厂外来煤方式、煤场到原煤仓距离的远近和输煤设备等方面的不同，在输煤系统工艺形式上也存在着较大差异。但按照工艺段和功能一般都包括卸煤流程、堆煤流程、上煤流程和配煤流程几个部分（见图2）。

图2  输煤系统工艺流程示意图

1.输煤系统设备

按照在整个输煤系统中的地位和作用，输煤系统设备分为主设备、预启动设备、辅助设备和保护开关设备几类。

主设备，输煤工艺线上的关键设备，直接纳入整个系统的联锁中，设备故障会引起系统联锁停机。主要包括：给煤机、输煤皮带机、振动筛、碎煤机、缓冲滚筒及除铁器等。

预启动设备，一般先于主设备启动前动作，用于进行流程选择。主要包括：电动三通挡板、皮带头部伸缩装置、犁煤器及警铃等。

辅助设备，一般不纳入到流程联锁中，可以单独启停设备，故障不会造成联锁停机。主要包括：除尘器、皮带秤、实物校验系统及采样装置等。

保护开关设备，各种皮带保护开关，用于流程监控、设备联锁、报警等功能。主要包括：拉绳开关、跑偏开关、堵煤开关、速度检测器、撕裂检测器、料流检测器、煤仓料位开关及料位传感器等。

2.控制策略

输煤系统控制就是通过对输煤设备的监控，完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务。系统的控制要求遵循如下原则：

（1）上煤原则

流程预启：进行流程选择，并启动相应流程上的预启动设备，做好启动准备；

流程启动：接收到流程启动允许信号后，系统主设备按逆煤流方向延时顺序启动；

流程停止：停止指令下达后，系统主设备按顺煤流方向延时顺序停止；

故障联锁停机：当所选流程上的系统主设备发生故障时，立即联锁跳停设备故障点上游（逆煤流方向）的主设备；

重故障信号：急停、拉绳、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信号将直接导致系统联锁跳停。

（2）配煤原则

顺序配煤：先设定一个尾仓，从第一个原煤仓开始进行配煤，煤斗以相同的时间（或依据煤仓料位）依次配煤，直到尾仓和尾仓前所有煤斗发出高煤位信号为止。顺序配煤时如有煤仓出现低煤位信号，则停止顺序配煤，优先给低煤位配煤；

优先配煤：当有煤仓出现低煤位信号时，正常进行配煤的煤斗停止配煤并记忆。先补低煤位仓直至低煤位消失，再按记忆煤斗的正常顺序把煤仓逐个加到高煤位。当多个仓同时出现低煤位时，对这些仓按从前向后的顺序进行轮换的配煤，直至低煤位消失；

余煤配煤：当停机信号发出后，皮带上余煤均匀配给每个仓，直至原煤仓皮带机停止运行。

图3  上煤顺序启停控制流程图

3.流程控制

流程控制的主要步骤包括流程选择、流程预启；上煤顺序启停控制（见图3）；配煤流程控制（见图4）和事故处理。其中，系统事故处理是系统稳定、安全运行的重要措施，主要包括以下三方面事故处理措施：

（1）在系统运行过程中，当某一设备发生故障停机时，联锁跳停故障设备点上游（逆煤流方向）的所有设备，并给出报警信息。当设备故障恢复后，才允许重新从发生故障的设备处按逆煤流方向重新启动设备的运行。

（2）拉绳、重跑偏、堵塞及撕裂等保护开关动作，联锁跳停相关设备。

（3）当设备运行过程中存在危及人员安全及损坏设备的可能，而操作员来不及判断该怎样处理的情况下，可以通过操作画面上的“急停”按钮来停止所有现场设备的运行。

图4  配煤控制流程图

软件功能

输煤程控系统上位监控软件采用和利时公司的FacView组态软件，主要功能如下。

1.实时流程图显示

实时流程图是整个系统的主监控画面，在流程图中可以实时监控到系统主要设备的运行状态。流程图中所有设备的运行状态采用绿色表示；停止状态采用红色表示；故障状态采用黄色表示。流程图中所有由PLC控制的设备设置远程手动/程控自动转换按钮，只有当设备就地/远程转换开关处于远程时，远程手动/程控自动转换按钮才可用，当远程手动/程控自动转换按钮处于程控自动时，禁止人工遥控设备。当设备出现故障信号时，停止运行或禁止启动这些设备。

2.设备监控

系统软件对每个控制设备设置单独的操作画面，通过鼠标点击实时流程图上的设备，就可以进入相应设备的操作画面。

3.事件报警

系统软件具有完善事故报警功能。事故发生时，语音报警系统发出语音信号。同时LCD屏幕显示故障区域流程图，事故设备图形变色，屏幕上方用汉字显示故障性质及发生时间，并自动启动打印机记录，打印故障内容及发生时间。

4.数据报表

系统软件具有计算机管理功能，能自动采集运行工况及有关数据，实现实时流量编制、修改及状态显示，按规定时间或召唤打印各种报表，能在LCD上查询并调用有关数据，对正常生产运行定期打印记录，包括交接班记录、日报、月报、年报等报表的打印。

5.其他功能

系统软件还集成有煤量统计、设备运行管理、与其他系统通信接口等功能。

系统特点

冗余的解决方案。输煤程控系统设计为冗余配置，包括电源冗余、CPU冗余、以太网络冗余、PROFIBUS-DP总线网络冗余，无论那个环节出现故障都不会造成系统停车，这样就最大限度地保证了系统的可靠性和安全性。

1.集中管理、分散控制

输煤程控系统设计为一个主站多个从站的网络结构，由系统主站统一管理系统内的设备，远程I/O分站只负责数据采集与设备驱动。这样的系统结构既满足了系统设备间联锁关系强的要求，又满足了系统设备位置分散的要求。

2.软件界面友好、功能强大

PowerPro编程软件符合IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。FacView组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善而易用。

3.开放性

输煤程控系统设计为一个开放的系统，工业以太网、PROFIBUS-DP总线网络是目前应用最广泛和开放性好的工业通信网络，系统软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供丰富的API编程接口，另外系统还支持Modbus/TCP协议、Modbus RTU协议以及自由口协议等多种接口形式，可以方便地进行系统扩展或与全厂辅控网、MIS和其他子系统进行无缝连接。