以PLC技术为核心的火电站除灰控制系统的开发研究

肖澄中

作为火电厂生产流程中的重要环节，除灰系统是实现废物利用、保护环境、确保系统有效运行的关键技术。目前，我国的除灰控制系统采用的是以PLC（可编程控制器）技术为核心的集散型控制系统。本文以PLC技术的基本结构、工作原理以及技术功能等概述为出发点，分析了PLC控制系统的设计方法，提出了除灰控制系统的解决方案，并探讨了PLC在除灰控制系统中的应用，旨在推进PLC技术在火电厂的除灰控制系统的应用，并为除灰控制系统的开发提供参考。

【关键词】PLC技术 除灰系统 控制系统

1 PLC技术

1.1 工作原理

PLC运用周期性的循环扫描方式工作的，即系统从第一条程序指令开始，无跳转和中断地逐条执行程序，直到程序的终结，最后再执行程序的扫描。具体有五个阶段：程序的内部处理、通讯处理、输入扫描、程序执行和程序输出。在内部处理阶段，CPU检测主机的硬件、所有I/O模块的状态以及运行状态下客户的存储器，一旦发现异常情况立刻停机诊断并进行错误分析；在信息的处理阶段，通信接口处的信息由CPU检测是否有计算机、编程器等通信请求，若接收到通讯请求即完成数据传输；在输入处理附件，CPU根据数字量输入点的状态进行扫描，并将扫描的结果输入寄存器中；在执行用户程序阶段，CPU按先后顺序读取并执行指令，直到程序指令的结束；CPU在指令的执行中从寄存器中按顺序依次读取各输入点的状态，并进行逻辑运算，最后将运算处理结果自动输送到寄存器中；在输出处理阶段，CPU对输出点的信息进行刷新，并将输出点信号转换成能被数控设备接受的电流或电压信号，驱动所控设备。

1.2 PLC技术功能

1.2.1 逻辑控制功能

PLC最基本、应用最广泛的领域便是逻辑控制。PLC代替了传统的继电器，实现了顺序控制以及逻辑控制，不仅在单台设备的控制上得到应用，也应用于流水化作业以及多机控制；

1.2.2 模拟量控制功能

模拟量通常是指流量、压力、速度、温度等在工业生产过程中常用的数据。PLC利用其配套的数字量和模拟量的转换模块，将数字量和模拟量之间进行数字转换，实现对模拟量的控制功能；

1.2.3 数据处理功能

实现对数据的采集、运算、传输、转换、分析以及处理的功能是PLC的基本功能。通过对采集数据进行比较和处理实现特定的控制。

2 PLC控制系统的设计方法

2.1 PLC的程序设计

PLC的程序设计主要包括手动程序设计、自动程序设计、公用程序设计以及原位程序设计。分步对程序进行设计的时候，PLC只需对上述的四个部分作为整体结构进行分析，但在进行系统的模拟和调试时，要分别对四个程序进行调试，最后再调试整体程序；

2.2 PLC控制系统设计的基本原则

（1）充分发挥PLC的控制功能，实现对被控设备的控制。这要求相关技术人员通过考查系统实际的运行环境，结合分析实际的案例，并与顾客及时沟通，从而解决系统中发生的问题，实现对设备的控制功能；

（2）保证控制系统稳定运行的时间要求，是PLC控制系统设计的重要的原则；

（3）最简原则。即要求控制系统在满足运营成本和运营开销的前提下，使控制系统的工程效率最大化。

3 基于PLC技术的火电站除灰控制系统开发

3.1 控制系统的需求分析

首先是监控层的需求分析。在火电站车间安装网络监控系统，联接除灰的控制子网，实现对除灰装置的在线监控、设备的故障诊断和维护、数据分析等功能。同时还要在除灰车间配备值班室和监控室。

其次是控制层的需求分析。在应用功能上，控制层要与各除灰系统的PLC控制设备建立联接，从而实现通信管理和远程通信的功能；在用户配置上，要保证每套除灰系统配备两台，分别用于除灰过程的操控和监控，互为备用。此外，火电厂应配备8台PLC，同样地配备8台作业员站。

最后是现场层的需求分析。在网络功能上，主要实现对驱动器、传感器、执行机构以及远程设备的连接，以及对其输出信号的处理和控制；在配置上，要保证有20个远程I/O；在网络容量上，要配置8座#11和#12炉渣系统的远程I/O站，2座#7远程I/O站，3座#5、#6远程I/O站，4座#1～#4远程I/O站。

3.2 监控组网方案实现

3.2.1 网络类型

由于网络对数据传输的数据量大、性能要求高、兼容性要求高等特点，同时结合监控系统的设计要求，综合考虑当前及未来的流量扩展的需求，通常采用100MB/S的以太网；

3.2.2 网络结构

通常配备有网卡、接口、局域网、班长工作站以及工程师工作站。传输主干线采用100Base，并通过网络实现实时监控；

3.2.3 连接介质

控制层和监控层之前的连接介质通常选用光缆，其不仅抗干扰性强，还可实现远距离安全传输。

3.3 除灰控制系统中的PLC技术

3.3.1 PLC的技术要求

（1）硬件设备：除灰系统的硬件设备以及PLC装置均采用统一的标准产品，编程控制器中的硬件设备必须满足的相对温度范围是5-90%，温度范围为0-50℃；

（2）RAM存储器：要求RAM存储器的电池使用寿命在半年以上，以确保程序数据不会丢失。此外，程序中要安装指示灯用来查看电池的使用情况以及监测控制系统中的故障；

（3）编程语言：除灰系统的编程语言要使用PLC语言，在PLC技术中要编入逻辑程序，以实现逻辑功能。

3.3.2 上位机的技术要求

在OS主机的选择上，要采用能支持虚拟技术的多核处理器，能支持400/550MHZ的总线以及工业级别的CPU主板；在显卡的选择上，要采用工业级别的有大容量系统内存的工业显卡，以确保获得极大的图形处理速度；通讯设备要采用通讯速度快、可靠性能高的PLC通讯设备，工业上多采用以太网，其速度最高可达100Mbps。

4 结论

目前，我国火电厂在以PLC技术为核心的除灰控制系统在信息化建设上仍处于发展阶段。一个稳定、安全、高效的除灰控制系统不仅可以降低故障率、提高系统运行的可靠性、提高除灰效率，还有助于节约劳动成本。因此，我国应加大PLC技术的设计研发，提升PLC技术在除灰控制系统上的应用，早日实现除灰系统的精准、智能化控制。

参考文献

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[2]皮壮行，宫振鸣，李雪华.可编程序控制器的系统设计与应用实例[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]陈躬炎.基于ControlNet的集散控制技术在除渣系统中的应用[D].南京：南京理工大学，2006.

作者单位

哈尔滨电站设备成套设计研究所有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150046