iFix与AB PLC在输煤程控系统改造中的应用

姜学斌，赵 强，徐晓修

（天水电气传动研究所有限责任公司，甘肃 天水 741020）

1 前言

随着火电厂单机容量和总装机容量的不断扩大，一个高可靠性、灵活性和高出力的燃料输送系统是机组乃至整个电厂稳定运行的重要保证，与先进的PLC控制系统相比，目前该电厂的一二期输煤程控系统则十分落后，输煤系统采用常规盘控制操作，在控制室内通过常规按钮盘对一、二期输煤系统的设备进行操作和监视。这种控制方式仅仅是主要设备的起停控制，无法达到整个系统的协调控制。因而是运行岗位人员过多，工作效率低，系统设备间配合不协调。

为了适应大型火力发电厂的生产和管理要求，将此输煤控制系统改造为先进的“PLC+计算机”控制方式，通过上位机进行现场设备的自动操作及监视。

2 控制设备

电厂一二期共有4台300MW机组，输煤系统的控制对象有：皮带机20条（其中3#甲、乙皮带可双向运行）、斗轮堆取料机2台、滚轴筛2台、环式碎煤机2台、清水泵3台、电动三通挡板6台、入炉煤取样器2台、除尘器2台、叶轮给煤机6台、盘式电磁除铁器8台、出木器6台，共计59台设备。

程控系统所有的输入、输出信号均通过继电器隔离，以提高系统的抗干扰能力，并保护PLC模块以避免大电流信号的进入造成损毁。

3 输煤程控系统改造方案的设计与实施

3.1 控制网络拓扑

如图1所示为控制网络拓扑图。

3.2 上位机系统

3.2.1 上位机控制软件

本系统配置2台上位机，都可作为操作员站，其中一台兼作工程师站，且两台工控机可互为备用。上位机使用屏蔽双绞线同以太网交换机相连，通过以太网模块同PLC主机进行通讯。本系统的上位监控软件选用iFix3.5作为开发平台。

iFix软件以SCADA（数据采集及监控）组件为核心。SCADA的基本功能是数据采集、数据管理，并保证数据的完整性，提供完整的分布式网络功能。数据采集就是将现场获取的数据加工成可利用的形式。iFix也可以向现场写数据，这样就建立了控制软件所需的双向连接。

图1 输煤控制系统网络拓扑

利用该软件的数据库管理器和通过VB开发的报表功能，可以很方便地为运行用户将过程数据生成用户档案并生成报表。利用ODBC功能，把所有设备的报警和运行人员的操作都记录下来，通过声音报警通知操作人员现场的故障情况，以便操作人员能够立即进行处理，为日后事故原因的分析保留依据。iFix通过OPC与RS-LINX通讯读取 PLC中的数据，OPC是 OLE for Process Control的缩写，即把OLE应用于工业控制领域，OPC采用客户机/服务器体系结构，是目前工业控制软件中广泛采用的一项。OPC服务器由3类对象组成：①服务器对象（Server）②组对象（Group）③项（Item）作为OPC客户程序，它可以从其他OPC服务器程序中访问数据。当iFix作为客户端访问OPC服务器程序时，是将OPC服务器当作一个I/O设备。数据库中的点参数通过I/O数据连接与OPC服务器程序进行数据交换。作为OPC服务器，它可以为任何符合OPC标准的客户端提供从过程硬件中采集的数据。

所有的数据显示和操作都可以在上位机上完成，并且还有报警、历史趋势和报表功能，给操作人员提供了最完备的使用环境。

3.2.2 控制系统

本系统使用了一台型号是1756-L61的CPU，内存2M。两个以太网模块，构成冗余网络。主机通过以太网同PC机相连进行数据交换，其下面带的2个本地I/O机架通过ControlNet网与主站相连（ControlNet网为冗余配置）。

ControlNet网络是一种高速确定性网络,用于对时间有苛刻要求的应用场合的信息传输,具有吞吐量高、资源共享、支持冗余介质、体系结构灵活等特点。

由CPU通过判断采集的输入信号，经过预先编制好的程序进行运算处理后，再通过输出模块发出命令，来达到控制的目的。

3.2.3 与上层网络的通讯

同DCS系统采用以太网通讯，使用光缆连接2台交换机，输煤程控系统的主要参数和设备状态信息均能传输到辅助网系统，并能进行远方监视和提供通信联系。

3.2.4 工业电视系统

共有4台工业电视放置于前排的工业电视屏上，通过摄像镜头把相应设备的运行情况和事故情况显示在屏幕上，并可通过计算机进行记录存储，以便日后随时可以调出想要查看的那段时间的画面记录，分析事故原因。4台工业电视通过屏幕分割技术最多可同时显示16幅画面，通过选择按钮，把画面调整到自己想要观察的地方进行监测。

3.2.5 上位机画面包含的信息

按照系统功能的设计要求，将操作画面主要分为上煤、堆煤、设置及报表等部分，用户可选择在各个不同的画面中进行不同的操作。例如：在上煤操作画面中只进行上煤操作，不能进行堆煤操作，可以进行手动上煤和自动上煤；在设置画面中只能做一些系统设置，如皮带的检修和辅助设备的解锁设置；在报表画面中可以查询每个班次的上煤量及操作记录等。

上位机实时地从PLC主机得到运行数据，刷新系统实时数据库，动态地监测设备状态变化、模拟量参数的变化，并对实时数据进行分析判断。监控画面的编辑使用iFix提供的现有设备图素，结合输煤现场设备,自己绘制补充了相关设备图素,以求组态的上位机模拟画面形象、逼真；并按照工艺流程图将各个图素摆放在相应的位置。监控画面具有丰富的信息，监控画面通过模拟画面、实时曲线、文字、数字及颜色的变化来显示程序选控设备、预起设备、运行设备、故障设备、联跳设备、检修设备、挡板位置等设备状态信息。而皮带打滑、跑偏、拉绳及煤流、堵煤显示、运行设备电流等显示，则是当这些有故障出现时画面上才有对应的显示信息，既避免画面出现眼花缭乱的情况，又丰富了信息的内容。监控系统设有严格的密码口令和级别保护，不同级别的人员只能操作和自己身份相关的项目菜单。同时软件具有完善的保护功能，避免了因误操作而损坏设备的情况发生，使系统更安全。当发生故障时，模拟画面上实时显示出设备的故障状态，同时伴有语音、文字和颜色闪烁等报警信息。操作人员在主控室通过工业电视和上位机监视器，实时监视和控制生产过程；在操作软件中所有的操作都通过鼠标选择操作按钮和直接点击操作画面中的各个设备配合来完成。除了控制功能之外，该系统还提供了详尽的报表设计功能，保证了系统的可靠性与完善性。

3.3 下位机控制系统

3.3.1 PLC控制软件

PLC控制软件采用RSLogix 5000编程软件和RS-LINX通讯驱动软件作为编程调试软件的开发平台。本工程PLC程序使用梯形图编程方式，梯形图简洁易懂，适合检修人员以后进行检修工作。这种软件的优点是具有强大的功能块系统，针对不同功能都有一种功能块儿与之相对应，编程简便、灵活。

3.3.2 输煤设备的运行方式

设备的运行方式有以下几种：

（1）实验方式

即解锁手动操作方式。这种方式是在上位机上对单个设备进行起、停的操作，设备间没有联锁关系，不存在联跳功能，因此这种方式下不能带负载运行。

（2）联锁手动方式

此方式是对要起动的流程中的设备按逆煤流方向一对一的起动，按顺煤流方向一对一停机，流程内设备存在联锁关系,要求设备起动前须先将三通挡板起动到位，设备的保护动作处理均同自动控制方式。

（3）自动方式

按照预先设定的流程起动或停止相关的设备，是一种正常运行方式。流程停机时，程控系统按流程顺煤流依次自动延迟停止各设备,设备停止时保证无剩余煤。自动方式有各设备的联锁及流程选择错误的闭锁。自动方式为系统的最佳控制方式，在此方式下，设备的空载运行时间最短，操作员的操作步骤最少。

（4）就地方式

在就地操作箱上把转换开关打在就地位置，从操作箱上发出起停或开关命令，实现对现场设备的操控。在此种方式下，PLC就失去了控制此设备的功能。

3.3.3 主设备的控制及联锁功能

所有的运煤设备按工艺要求进行联锁，联锁按下列方式进行。

①起动时按逆煤流方向，从最后一条皮带（及相关设备）开始依次起动，直到第一条皮带（及相关设备）起动后，才开始供煤，每条皮带起动前须响铃30s；

②停运时按顺煤流方向，先停供煤设备，然后从第一台至最后一台设备依次停止，每台设备之间按预定的延时时间发停机命令，即要求前面设备的余煤清除后再停止其运行，其中碎煤机、除铁器均需另延时停机。

故障时，故障点及其上游设备瞬时停机，故障点下游设备保持原工作状态不变。待故障解除后，可从故障点向上游重新起动设备，也可以在故障未解除时，从故障点向下游开始延时停设备。联锁能阻止任何设备超出顺序的起动。当系统采用自动程序方式运行时，必须按上述联锁关系起停设备。当系统采用远方手动方式运行时，可以解除某个设备的联锁，以便对该设备进行试验操作，当有设备被解除联锁时，CRT上有报警显示，此时操作员应十分小心。在CRT上及操作台都设有“紧急停止”按钮，当出现危害设备或对人身产生危险的故障时，系统应立即停止，操作“紧急停止”按钮能立即停止除碎煤机以外的其它设备。

系统起动时，联锁关系的依据主要是电动三通的位置，即三通通哪一路，哪一路即应联锁，所以系统起动前，电动三通的位置必须正确。参加联锁的设备包括各皮带输送机、翻车机、堆取料机、筛煤机和碎煤机，其联锁关系是上一级设备没有运行时下一级无法起动，上一级设备停止时下一级也马上停止。考虑到设备的检修等特殊情况，允许皮带输送机、筛煤机或碎煤机解除联锁。当设备解除联锁时，会以报警的形式提醒操作员，叶轮机和堆取料机在此无法解除联锁。系统停止时的联锁关系依据主要是操作员所选择的运行方式，所以在系统起动前，应选择正确的运行方式。无论是手动或自动，操作员都应正确选择运行方式，在手动操作时，电动三通的操作也必须与所选的运行方式一致。

4 结束语

输煤系统改造工程，在168小时试运中连续无故障，测试一次性通过，从实际运行效果来看，已经基本达到了设计的要求，控制系统运行状态良好，能够满足新、老机组的上煤需求。运行人员已经熟练掌握新系统的控制操作，并能够通过上位机信息准确判断设备的运行状态，从而正确、及时地处理现场故障，使生产效率得到显著提高，自动化水平满足了主机系统对辅助系统的要求，并实现了通过辅控网对输煤系统的远程控制，达到了目前国内的先进水平。