一、概述
電力是現(xiàn)代人類文明社會(huì)的必需品，而火力發(fā)電是電力生產(chǎn)的主要組成部分，火力發(fā)電是指使用化石燃料（即煤炭、石油、天然氣），通過燃燒釋放出熱能加熱工質(zhì)，再通過熱力原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的發(fā)電方式?；痣娧b機(jī)容量占全國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?5%。燃煤電廠產(chǎn)生的大量灰、渣, 除少量灰分排入大氣外, 余者都以灰、渣形式由除灰系統(tǒng)送至灰場。除灰系統(tǒng)分機(jī)械除灰（適于小電廠的鏈條爐）,氣力除灰和水力除灰三種工藝。除灰系統(tǒng)包括除塵器下的灰斗、輸送風(fēng)機(jī)、液態(tài)化風(fēng)機(jī)、灰?guī)旒盎規(guī)旄綄僭O(shè)備、輸送設(shè)備、管道、泵、閥門等?，F(xiàn)代自動(dòng)化控制技術(shù)以PLC（可編程控器）為核心，能夠按照預(yù)定的程序，定時(shí)、自動(dòng)地對除灰系統(tǒng)倉泵等設(shè)備進(jìn)行操作，并具有對除灰過程中可能發(fā)生的異常情況進(jìn)行智能處理。
本系統(tǒng)采用氣力除灰工藝，氣力除灰系統(tǒng)是將省煤器及電除塵下集灰斗所收集到的飛灰，通過氣力輸送排放到灰?guī)?，然后用車裝運(yùn)?？刂葡到y(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控灰斗料位、氣源壓力、倉泵料位、倉泵壓力、灰?guī)炝衔弧⒒夜軌毫Φ葏?shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)料、流化、輸灰、吹堵等除灰過程的全自動(dòng)控制。該程控系統(tǒng)采用可編程序控制器為主控設(shè)備,完成對除灰工藝全過程的程序控制，模擬顯示監(jiān)控站采用工業(yè)總線工控機(jī),管理集控式模擬盤顯示、鍵盤操作，上位機(jī)采用組態(tài)王監(jiān)控軟件,承擔(dān)管理、編程、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集、定值修改等任務(wù),并設(shè)計(jì)相應(yīng)的除灰監(jiān)控系統(tǒng)軟件。該電廠四臺燃煤鍋爐的除灰系統(tǒng)共用一臺PC機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一控制,以簡化管理,降低成本。除灰程序控制系統(tǒng)具有完善的聯(lián)鎖保護(hù)、故障診斷、多種運(yùn)行方式和人機(jī)對話功能,安全、實(shí)用、可靠。系統(tǒng)中PLC與監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間采用以太網(wǎng)通訊方式,提高了通訊速度，并保證數(shù)據(jù)的可靠性。監(jiān)控畫面模擬顯示倉泵狀態(tài)、壓力、料位,灰?guī)炝衔灰约盎夜軌毫Φ雀鞣N工況參數(shù),并具備操作步驟,報(bào)警等信號,IO監(jiān)控點(diǎn)有200點(diǎn)左右，均有PLC從各個(gè)設(shè)備采集，充分發(fā)揮了組態(tài)軟件及可編程序控制器的軟件功能?？删幊绦蚩刂破鞯膽?yīng)用,保證了系統(tǒng)的可靠性,提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性能,而監(jiān)控軟件的采用更提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度,同時(shí)減少了操作人員的工作量,直觀地畫面使操作簡單、可靠、方便,避免了誤操作。
二、系統(tǒng)工藝及設(shè)計(jì)方案
1、系統(tǒng)工藝
火力發(fā)電廠輸灰流程：電除塵器灰斗→鎖氣器→斜槽→飼料機(jī)→倉泵→灰?guī)臁覉?，而從除塵器灰斗至灰?guī)觳糠志唧w輸灰程序?yàn)椋菏紫仍趥}泵泵體內(nèi)無壓力的情況下，打開進(jìn)料閥和放氣閥（有倉泵導(dǎo)電除塵器灰斗，以保證倉泵內(nèi)空氣的排放）、啟動(dòng)鎖氣器，把電除灰塵灰斗內(nèi)的灰料經(jīng)鎖氣器→斜槽→飼料機(jī)→進(jìn)料閥送入倉泵內(nèi)，當(dāng)泵內(nèi)的灰料到達(dá)一定的程度時(shí)，停止鎖氣器運(yùn)轉(zhuǎn)，關(guān)閉進(jìn)料、放氣器兩閥，打開出料閥，再開進(jìn)風(fēng)閥，利用壓縮空氣將泵內(nèi)的灰料通過輸灰管道至灰塔。然后再進(jìn)行料放氣，周而復(fù)始，完成將電除塵器分離出的灰送至灰?guī)焖娜蝿?wù)。該系統(tǒng)在整個(gè)生產(chǎn)過程中具有重要的作用，正常運(yùn)行時(shí)能確保鍋爐燃煤燒后產(chǎn)生的灰粉及時(shí)的輸送出去。
倉泵除灰控制系統(tǒng)的工作原理：
圖1 倉泵輸送系統(tǒng)示意圖
倉泵輸送系統(tǒng)在整個(gè)除灰控制系統(tǒng)中具有十分重要的意義，主要是通過壓縮空氣將干灰沿除灰管道輸送至灰?guī)旎蛑修D(zhuǎn)倉，其過程主要通過對各個(gè)閥門的控制來實(shí)現(xiàn)，示意圖如圖1所示。進(jìn)料閥由錐閥，連桿和活塞開關(guān)等部分組成，當(dāng)活塞缺的活塞被氣壓推至上部時(shí)，連桿帶動(dòng)搖臂桿使錐閥落下，進(jìn)料閥開啟；反之，當(dāng)活塞開關(guān)的活塞處于下部時(shí)，靠活塞開關(guān)內(nèi)的彈簧的壓力把錐閥推至上方，并與橡膠圈壓緊，此時(shí)進(jìn)料閥處于關(guān)閉狀態(tài)。
倉泵工藝流程圖如圖2所示，進(jìn)氣閥是由閥上的上下氣流壓力差與彈簧之間平衡作用維持一定的開度讓一定量的壓縮空氣進(jìn)去缺體，使缺體內(nèi)物料氣化后，借缸體與管道的壓差，將氣化的物料送至輸送管道。倉泵工作時(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，系統(tǒng)投入運(yùn)行，排氣閥打開，通過時(shí)間繼電器的延時(shí)：延時(shí)時(shí)間到，進(jìn)料閥打開，進(jìn)料此時(shí)也是通過一個(gè)時(shí)間繼電器來計(jì)量何時(shí)料滿：料滿延時(shí)時(shí)間到，就關(guān)閉放氣閥與進(jìn)料閥。此時(shí)生產(chǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)入下一過程，當(dāng)倉泵壓力達(dá)到一個(gè)給定值時(shí)，倉泵就應(yīng)進(jìn)行出料的生產(chǎn)過程。此時(shí)進(jìn)氣閥與出料閥都打開，出料延時(shí)時(shí)間繼電器開始延時(shí)，出料完，及出料延時(shí)時(shí)間到，關(guān)進(jìn)氣閥與出料閥，生產(chǎn)自動(dòng)切換到進(jìn)料過程，開放氣閥，然后開進(jìn)料閥，如此循環(huán)往復(fù)的進(jìn)行生產(chǎn)。
圖 2 倉泵工藝流程圖
在倉泵輸灰控制過程中有大量連鎖及閉鎖。如：①在倉泵體仍有余壓得情況下就只能開放氣閥降壓而禁止開進(jìn)料閥，進(jìn)料和放氣兩閥未完全關(guān)閉時(shí)則禁止打開進(jìn)風(fēng)閥，以防止返灰；②在灰管壓力較允許值高時(shí)則閉鎖打開出料閥和進(jìn)風(fēng)閥，以防灰管堵塞或堵塞故障變大；③在空氣母管壓力較低時(shí)閉鎖打開進(jìn)風(fēng)閥，防止堵管；④在進(jìn)風(fēng)閥未完全關(guān)閉時(shí)，閉鎖大開放氣閥和進(jìn)料閥；⑤當(dāng)倉泵內(nèi)的灰料高度已達(dá)到預(yù)定位置、同側(cè)的另一臺倉泵不再出料狀態(tài)且空氣母管壓力已達(dá)到規(guī)定值時(shí)，連鎖打開出料計(jì)進(jìn)風(fēng)閥進(jìn)行出料；當(dāng)空氣母管壓力降到規(guī)定值后，連鎖關(guān)閉進(jìn)風(fēng)、出料閥，停止出料；另外還者有閥門故障檢測系統(tǒng)，當(dāng)一閥門從全關(guān)位置到全開位置或從全開位置到全關(guān)位置的動(dòng)作時(shí)間超過一定時(shí)間值時(shí)，則發(fā)出聲報(bào)警信號，提醒運(yùn)行人員，該閥門已卡，應(yīng)立即進(jìn)行處理。
2、方案設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)以PLC為控制主體，并配置組態(tài)軟件作為監(jiān)控系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對除灰系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)視和流程控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，PLC通過工業(yè)總線形式從各設(shè)備傳感器、壓力儀表等采集數(shù)據(jù)，通過軟件設(shè)計(jì)控制程序，對現(xiàn)場開關(guān)、閥門等進(jìn)行監(jiān)控處理，并可以以多種工作方式進(jìn)行操作，如就地操作模式、遠(yuǎn)程操作模式、自動(dòng)流程控制等，將設(shè)備進(jìn)行集中控制管理，并監(jiān)視其運(yùn)行狀況，方便進(jìn)行故障處理。
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，控制終端均設(shè)置在除灰監(jiān)控中心，由工作人員進(jìn)行監(jiān)控。上位機(jī)根據(jù)工藝流程設(shè)計(jì)監(jiān)控畫面，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。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了冗余的配置模式，兩臺上位機(jī)通過以太網(wǎng)相連接，正常時(shí)主機(jī)進(jìn)行于PLC的通訊，而主機(jī)發(fā)生異常時(shí)由從機(jī)與下位控制系統(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。
三、系統(tǒng)配置及功能實(shí)現(xiàn)
1、系統(tǒng)配置
硬件：監(jiān)控中心配置2臺工控機(jī)，安裝組態(tài)王軟件并配有除灰監(jiān)控系統(tǒng)用于工作人員進(jìn)行監(jiān)控操作，并配置雙機(jī)熱備模式；同時(shí)安裝歐姆龍PLC，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，并通過以太網(wǎng)交換機(jī)連接到2臺上位機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
軟件：由組態(tài)王設(shè)計(jì)的除灰系統(tǒng)監(jiān)控軟件對采集數(shù)據(jù)和工藝流程進(jìn)行管理、控制；PLC 編程軟件將控制程序下裝到PLC，并對PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。硬件配置具有擴(kuò)展性，用于增加設(shè)備或與其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊。
2、系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)
根據(jù)系統(tǒng)工藝需求，該系統(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。
* 畫面顯示功能：包括倉泵系統(tǒng)監(jiān)控畫面、灰?guī)毂O(jiān)控畫面等，如圖3、圖4 所示，對現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。
圖3 1#爐倉泵監(jiān)控畫面
倉泵系統(tǒng)中對其壓力、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)，對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)控制，系統(tǒng)共對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。
圖4 灰?guī)毂O(jiān)控畫面
灰?guī)毂O(jiān)控系統(tǒng)中對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)場閥位信號，并可以由工作人員進(jìn)行操作?；?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。
* 數(shù)據(jù)管理功能：該系統(tǒng)對數(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，并通過組態(tài)王歷史記錄功能進(jìn)行存儲(chǔ)，用于生成歷史趨勢、歷史報(bào)表，為工藝數(shù)據(jù)分析提供了可靠的依據(jù)。歷史數(shù)據(jù)畫面如圖5所示，實(shí)時(shí)報(bào)表畫面如圖6所示，系統(tǒng)可以方便的對這些數(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)。
圖5倉泵歷史曲線監(jiān)控畫面
圖6 系統(tǒng)報(bào)表監(jiān)控畫面
* 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，如圖7所示，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7 系統(tǒng)報(bào)警監(jiān)控畫面
* 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能：系統(tǒng)利用組態(tài)王的雙機(jī)熱備功能，將監(jiān)控中心兩臺上位機(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。
四、結(jié)語
整個(gè)系統(tǒng)具有可靠的PLC對設(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。通過項(xiàng)目長時(shí)間運(yùn)行的情況來看，設(shè)備運(yùn)行正常，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)，對倉泵的操作便有了有效信號依據(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。
（轉(zhuǎn)載）
