可编程控制器在电厂气力除灰中的应用研究

可编程控制器在电厂气力除灰中的应用研究

元权利

陕西有色榆林新材料集团发电分公司 陕西省榆林市 719000

摘要：本文对火力发电厂气力除灰监测控制系统的进行了研究与探讨，提出以工控机、可编程控制器为核心开发具有两级集散控制结构的气力除灰监控系统，以期实现电厂除灰车间生产过程自动化与信息管理自动化的结合

关键字：气力除灰 可编程控制器 系统设计

引言

在现代工业中，随着科学技术的日新月异，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题，自动化程度要求越来越高。本文阐述了煤粉灰气力除灰控制系统的总体方案，顺序控制设计法在PLC梯形图程序设计中的应用。在本厂5*330MW火力发电机组中应用，实现了除灰程控系统在上位可以实现自动除灰、手控除灰，根据运行工况、设备运行情况随时切换运行方式。在运行过程中实现对进气阀、助吹阀、原顶阀、密封阀等阀门的自动控制与手动控制，从而减轻运行人员劳动强度。PLC系统组态软件选用基于中文版WINDOWS XP环境下运行的Unity pro XL，该软件主要对PLC进行控制算法和逻辑组态，监控软件选用GE公司的IFIX5.1组态软件。

1. 气力除灰特点

气力除灰是一种以空气为载体，借助某种压力设备(正压或负压)在管道中输送煤粉灰的方法。气力除灰系统(干除灰)与水力除灰相比，能保持煤粉灰在输送过程中呈干燥状态，可保持灰的活性不变、有利于煤粉灰的综合利用，而且没有或有很少冲灰废水产生，因而近年来几乎所有新建的燃煤电厂都设置有气力除灰系统。

2. 可编程控制器发展及应用

目前国内的气力除灰控制系统大部分已经从传统的继电器逻辑电路顺序型控制系统逐步过渡到以可编程逻辑控制器(PLC)为主要核心的控制系统，也有一些是以PLC为核心的集散控制系统⋯。采用PLC的气力除灰系统一般采用模拟屏和操作台相结合的方法对除灰系统工作状态进行监控，操作台采用手柄开关控制系统的运行以及各阀门的开关。但是随着计算机通信技术和信息技术的发展，早期单一的PLC控制系统己不能很好的适应许多新的要求，主要体现在以下几个方面：

l、系统的集成度低单一的PLC控制系统由于硬件费用和软件实现问题，一般不进行组网，气力除灰控制系统的PLC只能单独工作，不能集中起来控制，造成管理的不便和人力资源的浪费。无法实时进行全车间、全厂大系统的复杂综合控制，以及使用数据库管理、数据查询、报表打印等现代化管理手段。

2、系统的控制方式落后原来的PLC控制系统仍没有摆脱继电器控制系统的控制模式，PLC仅仅作为复杂的继电器组来利用，所有的操作均以开关或按钮组合来进行设备的启停和选择，未能发挥PLC强大的智能化、网络化功能，操作不方便、不直观，与现代控制水平有一定差距。

3、控制软件不完善早期设计的控制软件缺乏友好、便捷的人机交互图形界面。大多数系统采用操作台手柄操作，系统缺乏灵活的流程组合功能，不能充分利用现有设备的生产能力来完成特定的生产任务，影响了生产效率的提高。

近年来，随着计算机技术、超大规模集成电路技术以及网络通讯技术的发展，工业控制已经逐步从单机监控、直接数字控制发展到以新型工业控制网络、智能化仪表、控制器为主要支撑技术的过程自动化与信息管理自动化相结合的综合集散控制系统。其本质是利用计算机技术对生产过程集中监控、操作、管理，利用PLC技术等现场控制器进行分散控制的新型控制技术。因此；现代化的气力除灰控制系统应该充分利用工业发展的先进技术，提高生产自动化水平和管理水平。应用PLC技术与现场工业总线控制技术、分布式输入输出技术、计算机网络通讯技术，形成性能可靠、结构开放、组态灵活、控制功能完善、操作简单规范的综合集散控制系统，是未来气力除灰控制系统的发展方向

三、气力除灰控制系统的设计

我厂5*330MW电力设施，采用一套PLC控制系统实现对五台机组的除灰系统控制。除灰系统采用正压浓相气力输灰系统, 每台炉为一个独立除灰单元。静电除尘器为双室四电场，每台炉设16个灰斗。五台炉共设3座灰库，1座粗灰库，1座细灰库，1座原灰库。飞灰系统设13台输送空压机（与主厂房压缩空气合用） 8台灰斗气化风机；灰库设4台气化风机。省煤器下设有4个灰斗。在#1#2机组电除尘配电室内设置2台除灰控制系统的操作员站，在#4#5机组电除尘配电室内设置2台除灰控制系统的操作员站，用于系统操作监视、组态、调试和事故处理时使用。除灰系统中应配备4台模块化工业级交换机，每台上至少应配备2个百兆单模光口和14个百兆电口，并提供20%的端口余量。除灰控制系统采用以微处理器为基础的可编程序控制器（PLC）进行顺序控制，五台机组设一套冗余的可编程序控制器（PLC），完成五台机组的飞灰输送系统、灰斗气化风系统、灰库及灰库气化风、空压机等系统的控制监视；空压机系统的控制监视，顺控逻辑设计应符合工艺系统的控制要求。PLC控制器应为双机热备，即双机架、双电源、双CPU、双通讯卡件及双通讯回路。空压机系统（五台机组公用系统）、灰斗气化风系统、#1炉飞灰输送系统、#2炉飞灰输送系统、#3炉飞灰输送系统、#4炉飞灰输送系统、#5炉飞灰输送系统、灰库及灰库气化风系统的I/O模件应分开设置机柜，并配有各自独立的电源模件（电源模件冗余配置）。

#1#2炉飞灰输送系统设置1对CPU，布置在#1#2机组电除尘配电室。#4#5炉飞灰输送系统设置1对CPU，布置在#4#5机组电除尘配电室。#3炉飞灰输送系统、灰库系统和空压机系统（五台机组公用系统）设置1对CPU，控制器机柜布置在#1#2机组电除尘配电室。 #3炉飞灰输送系统机柜（布置在#3机电除尘配电室，距离在400米左右）、空压机系统机柜（布置在空压机房，距离在300米左右）和灰库系统机柜（布置在灰库气化风机房，距离在200米左右）应采用远程I/O，远程I/O的通讯采用冗余光纤配置。

四、可编程控制器的选型

我厂电力设施气力除灰PLC选用法国施耐德电气公司的Unity Quantum系列产品作为控制主机，CPU模块为140CPU67160，双机热备配置。中央处理单元CPU的内存不小于4M，应设置足够容量的存贮器，考虑40%的备用量。除灰控制系统提供双机热备的CPU模块及相关附件（如电源、通讯组件等），并保证系统的控制功能不会因冗余切换而丢失或延迟。冗余配置的处理器模件与系统均应有并行的接口，即均能接受系统对它们进行组态和组态修改，处于后备状态的CPU模块应能不断更新其自身获得的信息，并在工作CPU故障时自动切换。CPU控制器采用集成热备端口的140CPU67160产品，IO模块采用同系列产品。使用RAM存贮器时，其中保存的程序和数据靠蓄电池至少维持6个月，当更换电池时，不得导致程序或数据失落，并设置电池用完指示灯。过程控制、监视和应用所需的故障诊断等，所有功能应设置于可编程控制器内。这些功能至少应包括下列内容: 实时钟和日历、继电器和锁存继电器、过渡触点、计时器、计数器、算术运算、逻辑功能、移位寄存器等。

除灰控制系统的通讯包括三部分：I/O通讯网络；系统控制网络（LCD站和PLC间）；与辅助车间控制系统的联网。为保证控制系统通讯的可靠性，各部分网络全部采用冗余配置。通讯网络中的硬件设备包括：交换机、光纤、网卡等。

I/O网络：PLC控制系统内部主站和远程I/O站间采用双网冗余的远程I/O网络。I/O网络为RIO冗余。通讯速率1.544Mbps。该网络通讯距离较远，不加中继1500米，最远4500米。网络介质为同轴电缆。

参考文献：《陕西有色榆林铝镁合金项目配套（5×330MW）电力设施工程除灰控制系统术协议》