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  摘要：除灰渣系統(tǒng)是火電廠十分重要的支持系統(tǒng)，也是保證機(jī)組連續(xù)正常發(fā)電的重要條件。本文介紹了基于LK系列PLC的電廠除灰除渣集中控制系統(tǒng)的組成和功能，并從工藝要求、硬件設(shè)計(jì)、軟件編制等幾個(gè)方面闡述了PLC的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：火電廠除渣除灰； LK系列PLC

1  引言

1.1 火電廠除灰系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)述

    除灰裝置是火力發(fā)電廠重要的輔助設(shè)備，其作用主要是把鍋爐電除塵器收集的粉煤灰輸送到灰?guī)欤ＷC鍋爐系統(tǒng)安全正常運(yùn)行。根據(jù)工作原理的不同，除灰裝置可以分為：水力除灰裝置、氣力除灰裝置和機(jī)械式除灰裝置三種。近年來，氣力除灰裝置得到廣泛應(yīng)用，經(jīng)常使用的氣力除灰裝置有：正壓氣力除灰裝置、低正壓氣力除灰裝置、負(fù)氣壓力除灰裝置和空氣輸送槽四種。氣力除灰系統(tǒng)的主要任務(wù)是將省煤器及電除塵下集灰斗所收集的飛灰，通過氣力排放到灰?guī)欤缓笥密囇b運(yùn)，或攪拌成濕灰裝船運(yùn)走。整個(gè)過程濕密封管道輸送。

1.2 火電廠除灰除渣系統(tǒng)主要控制功能

    除灰除渣裝置的控制系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的控制項(xiàng)目，其主要控制對(duì)象：輸送風(fēng)機(jī)、氣化風(fēng)機(jī)、氣鎖閥、加熱器、各類閥門、卸灰裝置、布袋除塵器、收灰風(fēng)機(jī)及管道壓力、底渣斗、貯水池以及灰?guī)斓仍O(shè)備。

1.3 火電廠除渣系統(tǒng)裝置簡(jiǎn)述

    大型機(jī)組除渣系統(tǒng)主要分為以下幾種方式：

    （1）水力噴射器除渣水力輸送方式。爐底渣經(jīng)碎渣機(jī)破碎后由水力噴射器送至灰漿池，再通過灰漿泵送至灰場(chǎng)。

    （2）刮板撈渣機(jī)除渣水力輸送方式。

    （3）水力除渣汽車運(yùn)輸方式。鍋爐底渣采用水力方式輸送至脫水倉，渣經(jīng)脫水倉脫水后用汽車運(yùn)至用戶或渣場(chǎng)。

    （4）水力除渣皮帶運(yùn)輸方式。鍋爐底渣經(jīng)螺旋撈渣機(jī)撈入碎渣機(jī)破碎后，由渣溝流至渣漿泵房前池，再由渣泵送往脫水倉，渣經(jīng)脫水后上皮帶至灰場(chǎng)。

    （5）刮板撈渣機(jī)除渣皮帶運(yùn)輸方式。排渣系統(tǒng)為爐底渣由刮板撈渣機(jī)撈出輸送至管帶輸送機(jī)，由管帶輸送機(jī)輸送并提升至渣倉，再由汽車運(yùn)至灰場(chǎng)。

    （6）刮板撈渣機(jī)除渣汽車運(yùn)輸至灰場(chǎng)的方式。爐底渣由刮板撈渣機(jī)直接輸送并提升至渣倉，再由汽車運(yùn)至灰場(chǎng)。

1.4 火電廠除灰除渣系統(tǒng)主要工藝系統(tǒng)組成

    大型機(jī)組的除灰除渣系統(tǒng)通常包括：磨煤機(jī)排出的石子煤處理、鍋爐底部渣的處理、省煤器、空氣預(yù)熱器和電氣除塵器飛灰的處理。

    （1）石子煤的處理：

    石子煤的成分主要是磨煤機(jī)無法磨碎的石子，在機(jī)組調(diào)試初期，還常含有大量的煤。處理方式有機(jī)械方式和水力噴射泵輸送方式。

    （2）底渣部分的處理：

    底渣是鍋爐底部燃燒產(chǎn)生的廢物，大排渣溫度高，需要有貯渣及水冷裝置。如水封式排渣或刮板撈渣機(jī)的水槽，經(jīng)過連續(xù)的冷卻水冷卻，然后采用機(jī)械方式和水力噴射泵輸送方式，另外還有適于北方干旱少雨缺水地區(qū)的空氣冷卻后加機(jī)械輸送的輸送方式。

    （3）灰的處理：

    大型機(jī)組的省煤器、空氣預(yù)熱器和電氣除塵器飛灰一般采用氣力輸送系統(tǒng)，以便灰綜合利用和保護(hù)廠區(qū)環(huán)境。灰?guī)熘械幕铱蛇M(jìn)一步經(jīng)分選裝置，把粗灰中的細(xì)灰分離出來，提高細(xì)灰產(chǎn)量，同時(shí)達(dá)到商品優(yōu)質(zhì)灰的細(xì)度要求。

    （4）廠外輸送：

    出于安全運(yùn)行方面的因素，底渣和飛灰輸送到灰渣場(chǎng)。常有的輸送方式有灰渣泵水力輸送或干灰調(diào)濕后皮帶、汽車、裝船等。

2 集控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    鑒于電廠除灰除渣系統(tǒng)工藝設(shè)備較分散，距離較遠(yuǎn)，范圍大，運(yùn)行時(shí)要按嚴(yán)格的相關(guān)條件和聯(lián)鎖關(guān)系及壓力參數(shù)來控制運(yùn)行。據(jù)此特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用和利時(shí)LK大型可編程序控制器（PLC）為核心的全自動(dòng)化程序控制。在除灰除渣控制室設(shè)置PLC控制機(jī)柜及上位機(jī)，PLC控制站同監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。

                                     圖1   除灰除渣自動(dòng)化控制系統(tǒng)圖

    現(xiàn)場(chǎng)PLC控制系統(tǒng)是隸屬主控系統(tǒng)又相對(duì)獨(dú)立的智能控制系統(tǒng)，配備CPU模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊、通信模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、電源模塊等，它接收主控機(jī)下發(fā)的參數(shù)設(shè)定、運(yùn)行指令，并以預(yù)訂的方式對(duì)輸灰系統(tǒng)進(jìn)行控制。這樣，既保障了全系統(tǒng)的集中監(jiān)控管理，又保證了各種保護(hù)的實(shí)時(shí)性，真正做到了分散控制，集中管理。

    監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用雙機(jī)冗余配置，安裝FacView監(jiān)控組態(tài)軟件，兩臺(tái)上位機(jī)通過以太網(wǎng)相連接，正常時(shí)主機(jī)與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行通訊，而主機(jī)發(fā)生異常時(shí)由從機(jī)與PLC控制系統(tǒng)通訊，數(shù)據(jù)同步備份，保證了數(shù)據(jù)一致和完整性，使生產(chǎn)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

    以某電廠的除灰除渣系統(tǒng)為例，系統(tǒng)采用水力噴射除渣+氣力除灰處理工藝，其主要控制對(duì)象：水泵，輸送風(fēng)機(jī)、氣化風(fēng)機(jī)、氣鎖閥、加熱器、各類閥門、卸灰裝置、布袋除塵器、收灰風(fēng)機(jī)及管道壓力、底渣斗、貯水池以及灰?guī)斓仍O(shè)備。控制系統(tǒng)主要設(shè)備配置如下：



    序號(hào)    設(shè)備名稱               型號(hào)及規(guī)格                            數(shù)量

    除灰控制站（DI:161 DO:60 AI:43 RTD:27 A0:6）

      1     電源模塊5A           LK910,電源模塊，                          2
                                 輸入120/230VAC，輸出24VDC，5A   
      
      2     CPU模塊              LK210,冗余CPU模塊，533MHZ，
                                 位指令0.013ms/K，程序16M，
                                 數(shù)據(jù)64MB＋1MB掉電保持區(qū)                   2

      3    通信接口模塊          LK231,PROFIBUS-DP通信接口模塊             3

      4    16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊    LK610,16通道數(shù)字量輸入模塊，
                                 12/24V DC，漏型                           11

      5    16點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊    LK710,16通道常開晶體管輸出模塊，24V DC     4

      6    8點(diǎn)模擬量輸入模塊     LK411,8通道模擬量輸入模塊，16位，
                                 電流信號(hào)                                    6

      7    4點(diǎn)模擬量輸出模塊     LK511,4通道模擬量輸出模塊，
                                 12位，電流信號(hào)，隔離                        2

      8    6點(diǎn)熱電阻輸入模塊     LK430，6點(diǎn)熱電阻，                          5

      9    本地背板              LK121,本地背板，冗余CPU插槽，10 IO槽        1

     10    擴(kuò)展背板              LK111,本地背板，10 IO槽                     2

     11    擴(kuò)展電纜 3M           LKX002                                      4

     12    LK I/O端子矮蓋板      LKC110                                      28

     13   I/O端子矮蓋板透明標(biāo)簽    LKL022                                    28

     除渣控制站（DI:140 DO:59 AI:35 RTD:38 A0:7）

      1    電源模塊5A            LK910,電源模塊，輸入120/230VAC，
                                  輸出24VDC，5A                               2

      2    CPU模塊               LK210,冗余CPU模塊，533MHZ，
                                位指令0.013ms/K，程序16M，
                                 數(shù)據(jù)64MB＋1MB掉電保持區(qū)                      2

      3    通信接口模塊          LK231,PROFIBUS-DP通信接口模塊                3

      4    16點(diǎn)數(shù)字量輸入模塊    LK610,16通道數(shù)字量輸入模塊，
                                  12/24V DC，漏型                             9

      5    16點(diǎn)數(shù)字量輸出模塊    LK710,16通道常開晶體管輸出模塊，24V DC       4

      6    8點(diǎn)模擬量輸入模塊     LK411,8通道模擬量輸入模塊，16位，電流信號(hào)    5

      7    4點(diǎn)模擬量輸出模塊     LK511,4通道模擬量輸出模塊，12位，
                                  電流信號(hào)，隔離                              2

      8    6點(diǎn)熱電阻輸入模塊      LK430，6點(diǎn)熱電阻，                          7

      9    本地背板               LK121,本地背板，冗余CPU插槽，10 IO槽        1

     10    擴(kuò)展背板               LK111,本地背板，10 IO槽                     2

     11    擴(kuò)展電纜 3M            LKX002                                      4

     12    占空模塊               LKC131                                      1

     13    LK I/O端子矮蓋板       LKC110                                      28

     14    I/O端子矮蓋板透明標(biāo)簽    LKL022                                    28

    運(yùn)行人員通過上位機(jī)（LCD操作員站），根據(jù)工藝流程設(shè)計(jì)監(jiān)控畫面，對(duì)除灰除渣控制系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控；LCD畫面能夠顯示工藝流程、測(cè)量參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行工況；具有數(shù)據(jù)采集顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、報(bào)警輸出、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及報(bào)表生成等功能，并連接網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，方便生產(chǎn)過程中需要生成各種報(bào)表文件。能以不同顏色顯示參數(shù)越限報(bào)警及控制對(duì)象故障(信號(hào)報(bào)警功能)；能打印測(cè)量參數(shù)、報(bào)警信號(hào)等(記錄儀功能)。

    系統(tǒng)使用雙回路電源供電，能在電源柜中互為備用，自動(dòng)切換。當(dāng)工作電源出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)快速切換到備用電源，而不影響控制系統(tǒng)正常工作，確保在任一路電源故障情況下，均不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的任一部分失電。為確保電源不間斷，系統(tǒng)接入了UPS不間斷電源裝置更加確保了系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性。

    在工藝系統(tǒng)設(shè)備附近，設(shè)有就地操作箱。操作箱設(shè)有自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)及手操開關(guān)，便于設(shè)備自動(dòng)投運(yùn)前的調(diào)試和運(yùn)行過程中發(fā)生故障后的檢修。

3  控制模式

    系統(tǒng)設(shè)置有自動(dòng)、軟手操、就地等三種方式。自動(dòng)、半自動(dòng)、軟手操在模擬控制臺(tái)上或者LCD操作員站上，經(jīng)PLC對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。“就地”是通過就地的操作箱自動(dòng)/手動(dòng)切換開關(guān)及手動(dòng)開關(guān)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行一對(duì)一控制操作。

3.1 手動(dòng)操作

    手動(dòng)操作分為就地現(xiàn)場(chǎng)箱手動(dòng)操作和上位機(jī)手動(dòng)操作（即上位機(jī)軟手操）。

    在系統(tǒng)工藝設(shè)備附近，設(shè)有就地操作箱。操作箱設(shè)有自動(dòng)/手動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)及手操開關(guān)，便于設(shè)備自動(dòng)投運(yùn)前的調(diào)試和運(yùn)行過程中發(fā)生故障后的檢修。

    進(jìn)行上位機(jī)軟手操。

3.2 自動(dòng)控制

    當(dāng)需要通過PLC程序進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，操作前也必須滿足以下條件：

    就地操作箱上“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕位于“自動(dòng)”位； 

    切換上位機(jī)“手動(dòng)/自動(dòng)”旋鈕至“自動(dòng)”位。

    自動(dòng)運(yùn)行條件下，現(xiàn)場(chǎng)被人為切換時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)故障報(bào)警，即程序停止，現(xiàn)場(chǎng)所有閥門關(guān)閉。灰管疏通后，將倉泵內(nèi)殘留的灰手動(dòng)吹掃干凈后，返回到相應(yīng)畫面進(jìn)行報(bào)警和故障復(fù)位，完畢后在自動(dòng)操作條件滿足的情況下方可進(jìn)行新一輪的自動(dòng)運(yùn)行操作。

4  系統(tǒng)功能

    根據(jù)系統(tǒng)工藝需求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了豐富的畫面顯示，形象動(dòng)態(tài)的顯示除灰倉泵、輸灰管閥布置圖，并采用不同顏色的顯示來反映各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。該系統(tǒng)具有模擬、遠(yuǎn)操、自動(dòng)、手動(dòng)等控制功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的多種控制方式。上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過棒圖、趨勢(shì)圖等顯示時(shí)間、電流、壓力等數(shù)據(jù)形成有效的數(shù)據(jù)分析圖。該系統(tǒng)具有完善的報(bào)警處理，系統(tǒng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)，自動(dòng)彈出報(bào)警畫面、顯示報(bào)警內(nèi)容，并對(duì)報(bào)警進(jìn)行記錄，以便查詢、打印。為了提高系統(tǒng)安全，故障出現(xiàn)時(shí)，可根據(jù)故障類型，自動(dòng)采取相應(yīng)保護(hù)措施，對(duì)過流、過載、介質(zhì)異常等具有保護(hù)功能。該系統(tǒng)軟硬件配置均具有可擴(kuò)展性，可以方便的擴(kuò)展到全廠輔控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)全廠集中控制。

4.1 工藝流程圖顯示

    工藝流程圖包括1#爐負(fù)壓系統(tǒng)操作監(jiān)控圖，用于對(duì)1#爐進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、操作；2#爐負(fù)壓系統(tǒng)操作監(jiān)控圖，用于對(duì)2#爐進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、操作；負(fù)壓系統(tǒng)監(jiān)控圖，用于對(duì)負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視；倉泵系統(tǒng)監(jiān)控圖，用于對(duì)正壓倉泵系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、操作。

    倉泵系統(tǒng)中對(duì)其壓力、時(shí)間、料位等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，并可以手動(dòng)設(shè)置工藝參數(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)控制，系統(tǒng)共對(duì)4個(gè)機(jī)組的倉泵進(jìn)行監(jiān)控，畫面中還包括限值報(bào)警狀態(tài)等信息。

    灰?guī)毂O(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)2個(gè)灰?guī)爝M(jìn)行監(jiān)控，灰?guī)煜到y(tǒng)中的監(jiān)控設(shè)備有管道切換閥、灰?guī)炝衔挥?jì)、加熱器、攪拌機(jī)、散裝機(jī)以及氣化風(fēng)機(jī)。畫面中每個(gè)管道中有切換閥，其狀態(tài)清晰的反映了現(xiàn)場(chǎng)閥位信號(hào)，并可以由工作人員進(jìn)行操作。灰?guī)熘邪惭b了先進(jìn)技術(shù)的射頻導(dǎo)納料位傳感器，可以準(zhǔn)確地將灰位信號(hào)傳給PLC進(jìn)而顯示在組態(tài)畫面中，可以使工作人員清楚地分析灰位情況。

                                       圖2   工藝流程圖

4.2 數(shù)據(jù)管理

    該系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集反映在模擬畫面中，通過報(bào)表工具生成實(shí)時(shí)報(bào)表，并通過歷史記錄功能進(jìn)行存儲(chǔ)，用于生成歷史趨勢(shì)、歷史報(bào)表，為工藝數(shù)據(jù)分析提供了可靠的依據(jù)。系統(tǒng)可以方便的對(duì)這些數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行文件生成，用于輸出或進(jìn)行存儲(chǔ)。

4.3 系統(tǒng)報(bào)警功能

    系統(tǒng)具有完善的報(bào)警功能，在設(shè)備監(jiān)控畫面中用不同的顏色代表狀態(tài)，模擬量設(shè)有限值報(bào)警，開關(guān)量設(shè)置狀態(tài)轉(zhuǎn)換報(bào)警，并專門設(shè)置總報(bào)警一覽畫面，顯示所有的報(bào)警狀態(tài)以及相關(guān)信息。系統(tǒng)配有語音報(bào)警，可以進(jìn)行語音提示，方便的為工作人員提供了報(bào)警信息，即使對(duì)事故進(jìn)行相應(yīng)的處理。報(bào)警可以進(jìn)行存儲(chǔ)以備事故追憶提供依據(jù)。

                                      圖3   系統(tǒng)報(bào)警功能

4.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能

    系統(tǒng)利用監(jiān)控組態(tài)軟件的雙機(jī)熱備功能，將監(jiān)控中心兩臺(tái)上位機(jī)配置為冗余模式，保證了系統(tǒng)的安全，歷史數(shù)據(jù)可以進(jìn)行一致性處理，保證了數(shù)據(jù)的可靠和完整。網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性為全廠輔控系統(tǒng)提供了通訊接口，可方便的進(jìn)行通訊。

4.5 故障查詢與處理

    查詢

    在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，有故障發(fā)生時(shí)工控機(jī)發(fā)生鳴叫提示報(bào)警，操作人員可以通過畫面切換至主畫面處，點(diǎn) 擊“報(bào)警一覽”按鈕，打開報(bào)警一覽畫面進(jìn)行查詢。

    處理

    根據(jù)故障“報(bào)警一覽”中描述項(xiàng)內(nèi)的提示，操作人員到現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)位置進(jìn)行故障排除處理。

    事件記錄查詢

    此系統(tǒng)還提供事件記錄查詢功能（主要是針對(duì)倉泵系統(tǒng)）即可以查詢各個(gè)閥門的動(dòng)作情況，以便為故障查 詢提供輔助作用。

5  應(yīng)用特點(diǎn)

    除灰除渣控制系統(tǒng)采用PLC控制、LCD監(jiān)視操作這種控制模式，技術(shù)先進(jìn)，功能完善，邏輯性強(qiáng)，保證了電廠除灰除渣控制系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行。它有以下特點(diǎn)：

    本自動(dòng)化控制裝置采用全自動(dòng)程序控制，自動(dòng)化程度高。系統(tǒng)定時(shí)循環(huán)運(yùn)行，人工參與少；

    監(jiān)控手段齊全、可靠。除灰除渣控制系統(tǒng)可以在LCD上觀察和控制系統(tǒng)的運(yùn)行工況，控制系統(tǒng)的LK系列PLC具有雙機(jī)熱備系統(tǒng)，當(dāng)LCD出現(xiàn)故障時(shí)即可相互切換，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行；

    LCD這種控制方式，不僅避免了由于常規(guī)控制開關(guān)在電廠這種惡劣環(huán)境中接點(diǎn)接觸不好及質(zhì)量不過關(guān)等造成的誤動(dòng)和拒動(dòng)外，還降低了成本，提高了性能價(jià)格比。

6  結(jié)束語

    整個(gè)系統(tǒng)采用和利時(shí)公司高性價(jià)比的LK系列PLC對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中控制，而雙機(jī)熱備的上位機(jī)系統(tǒng)為軟件提供了安全保證，該系統(tǒng)具有完善的組態(tài)功能，提高了該電廠除灰生產(chǎn)自動(dòng)化水平，保證了機(jī)組的正常運(yùn)行，維護(hù)、檢修工作量減少，大大降低了維護(hù)檢修費(fèi)用。通過監(jiān)控系統(tǒng)工作人員能準(zhǔn)確了解倉泵的料位及運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)倉泵的操作便有了有效信號(hào)依據(jù)，提高倉泵等設(shè)備的運(yùn)行效率，降低了設(shè)備的損耗及能源的浪費(fèi)，保證了整個(gè)系統(tǒng)按工藝要求正常運(yùn)行，為電廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了有利的保障。

參考文獻(xiàn)

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