浙江中控PCS400在煤泥泵送控制系统中的应用

张灵辉+翟慎波

摘 要：兖矿集团济三电厂是利用煤泥、矸石等燃料混合燃烧的低热值燃料综合利用电厂。锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的440t/h循环流化床锅炉，DCS系统采用HONEYWELL公司的tps3000系统，原设计煤种的配比为65%洗中煤、10%矸石、25%的煤泥。每台锅炉配备2台16t/h进口煤泥泵（采用西门子PLC）和2套30t/h的国产煤泥泵送设备（采用西门子PLC）。为提高煤泥然用量，降低生产成本，增加4套煤泥煤泥泵送系统，并对原有煤泥泵送控制系统进行改造升级，以满足生产需求。为了研究解决循环流化床锅炉燃用煤泥难，煤泥泵送系统之间距离远，国产浙江中控PCS400在电厂控制系统实现，并与HONEYWELL控制系统第一次实现通讯。循环流化床锅炉煤泥泵送控制系统将通过软件编程及硬件组态等手段，实现所有设备集中到PLC及DCS控制，进一步提高了煤泥泵送系统的控制水平，提高经济效益和工作效率，减少了设备故障率和人员伤害，真正实现安全高效生产。

关键词：煤泥泵送；控制；PCS400；PLC；DCS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.082

近年来，煤泥泵送作为一种煤泥输送形式以其输送过程封闭、输送物料浓度高、无污染、输送距离远、完全满足坑口电厂对没你输送的要求等特点，越来越多的被综合利用电厂所采用。

作为煤泥泵送的控制系统，国内外一般都采用PLC单独来控制。控制地点一般都选择在煤泥泵安装地或控制室内。PLC多采用西门子等外国品牌，没有实现国产PLC的本地应用。本文研究解决循环流化床锅炉燃用煤泥难，煤泥泵送系统之间距离远，国产浙江中控PLC在电厂控制系统实现，浙江中控PLC与HONEYWELL控制系统第一次实现通讯。循环流化床锅炉煤泥泵控制系统将通过软件编程及硬件组态等手段，实现所有设备集中到PLC及DCS控制，进一步提高了煤泥泵送系统的控制水平，提高经济效益和工作效率，减少了设备故障率和人员伤害，真正实现安全高效生产。

1 设计原则

（1）集成原则：系统全面集成，集中控制。

（2）先进性和成熟性原则：采用当前国内外先进的、成熟的系统平台及开发工具平台。

（3）安全、可靠原则：系统必须具有良好的安全性设计，保证数据安全，软件能满足长周期安全稳定运行。

（4）易操作性原则：系统的操作应该方便，界面友好、美观、大方。

（5）可维护性原则：系统应具有良好的可维护力，保证维护方便、简捷。

（6）标准化和开放性原则：系统采用国际流行的技术及标准进行实施，具有良好的开放性，满足未来扩展的需求。

2 选型原则

（1）选用可靠性高、可扩展性强、兼容性强的设备。

（2）选用结构合理的设备，便于布线走线。

（3）系统的硬件部分要充分考虑到将来扩充需要，存储器的选用要留有足够的余量。

（4）系统的软件部分要充分考虑编程的难易程度及操作的方便程度。

（5）系统的网络接口要配置完善，为将来连接到MIS系统预留接口。

3 主要内容

3.1 系统配置原则

根据先实际情况：系统共配置3个站，且公用系统站同时作为控制系统的主站。每个站都采用单独的CPU来控制，便于系统的检修与维护。每个分站与主站之间通过以太网进行通信。

一号站由现有的两套中矿煤泥泵送系统和新增加的两套直供煤泥泵送（MNB-20型）系统组成，按照一套煤泥泵送系统一套控制系统进行配置，共需四台PLC柜。二号分站由四套德国SHW公司煤泥泵送系统组成，每两套煤泥泵送系统对应一台锅炉。因此我们按照1台炉一套控制系统进行配置，共需2台PLC柜。三号分站属于新上系统，采用一套控制系统进行配置，需要1台PLC柜。

每台柜子对应相应的煤泥泵送系统的控制卡件，不进行交叉使用，避免出现状况时互相影响，增强了系统的可靠性和安全性，给系统维护也带来了极大的便利。在厂外控制室配备3台操作站，在厂内控制室配置4台操作站，操作站之间可以互为备用。

上位机软件提供OPC服务，保持与全厂生产自动化控制信息系统的实时数据库和信息管理数据库的良好接口，能够实现信息系统对生产数据的无障碍存取。

3.2 设备运行时需要收集的数据

为全面掌握设备运行状况，主要收集以下设备信息：油泵出口压力，主油泵油温、主油箱液位、电机电流、转速、频率、各设备状态（如泵的运行、停止，电动门的开、关）。

3.3 可编程控制器的选型及编程

可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

CPU也称中央处理器，是由一片或几片大规模集成电路芯片组成的，相当于人的大脑，是PLC的核心部分；CPU的作用是可通过接口及向系统的各个部分发出各种命令，同时对被测参数进行巡回檢测、数据处理、控制运算、报警处理及逻辑判断等，实现对整个PLC的工作过程进行控制。

了解国内外各种PLC，通过对比选择国产浙江中控OptiSYS PCS-400可编程序控制器。PLC的硬件系统结构图见图2。

下位编程软件采用德国3s公司的CoDeSys V3编程软件。CoDeSys是一种基于IEC61131-3标准的PLC软件编程工具，其特点有：

（1）用户友好、面向任务的中文图形化编程环境；

（2）符合 IEC61131-3 Open PLC 国际标准，提供 6 种编程语言：指令表 IL，梯形图 LD，结构化文本 ST，功能块图 FBD，顺序功能块图 SFC，连续功能块图 CFC；endprint

（3）集成 I/O 和现场总线配置工具：Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT、SERCOS III、CANopen、Profibus、DeviceNet、Modbus 等现场总线；SoftMotion 控制；

（4）HMI 和可视化设计；

（5）具有在线模拟、在线修改和断点调试功能，可方便通过以太网编程与调试。

3.4 操作画面设计

画面设计涉及到操作的方便性和安全性，上位软件采用Optiview自动化管理系统。Optiview继承了该系列软件的一关特殊和核心技术（包括大规模组网、分布式在线组态、大规模实时数据库、3维HMI界面设计等），以风险最小化和运营和谐化为系统集成的目标，可深度无缝集成多种子系统，提高运营效率，减少成本，同事也可以互联多种子系统，实现各个系统之间的联动及模式控制。

为了保证锅炉的安全稳定运行，防止单一系统出现故障时无法操作，煤泥泵送控制系统操作画面分为两部分，一部分存在于PLC电脑上，另一部分存在于DCS电脑上，两部分操作画面都能实现同样的功能，为避免同时操作，设计一个允许按钮，用于选择允许那部分可以操作煤泥泵送系统。

3.5 安全辅件设计

煤泥泵送系统配有工业电视监控子系统，用于监视现场设备运行情况，更加直观的反应设备状态。

4 浙江中控PCS-400在我厂应用中解决了以下问题

4.1 控制系统的安全可靠性

OptiSYS PCS-400/500开发的监控系统在可操作性、可维护性、可扩充性、安装性能和性价比方面都能到达了令人满意的结果，完全满足了生产的需要。在硬件投入很小的情况下，获得了最大的效益。采用CoDeSysV3SP4的服务器-客服机结构，实现了监控系统网络化。上位机与下位机通讯属无缝连接，使得该系统的监控画面刷新速度由原来的几十秒提高到4秒以内，大大改善了系统的实时监控性能，提高了物料输送工艺质量。该系统采用全中文图形化界面，人机界面十分友好，操作员只需点击鼠标即可完成操作，操作简单、方便、可靠，大大降低了运行人员的劳动强度，提高了生产效率。通过煤泥泵送项目的自动控制系统项目的实施，从底层的传感器到控制层的PLC和作为工厂神经中枢的控制网络及现场总线系统，以及辅助操作员进行数据采集、处理和分析的软件与终端，可以充分满足各种自动化领域用户对系统数据采集、组态和控制的需求。DCS系统各信号显示正常；各阀门调节灵敏可靠；电机的启动、停止操作正常可靠。

4.2 与DCS系统的通讯

可与不同厂家的DCS或PLC融为一体实现通讯，具有高档的PLC所需的高速逻辑和顺序控制性能，具备DCS的复杂模拟回路调节能力、友好的人机界面（HMI）及方便的工程软件。该控制系统由电厂DCS系统发出的DO（开关量输出）、AO（模拟量输出）信号传输到PLC的DI（开关量输入）、AI（模拟量输入）模块来控制煤泥泵的启停及变频器调节，同时DCS可以接收PLC反馈来的状态情况，实现锅炉DCS系统和煤泥PLC系统双重控制的目的。具体是在OptiSYS PCS-400/500系统监控画面上增加相应的切换开关，可分别切换为“PLC控制”和“DCS控制”，并且煤泥泵的启停、变频器调节的相关参数反馈到电厂DCS系统的控制画面。采用这种控制方式的优点是：避免了PLC系统与电厂DCS系统的直接通信连接，省去了通信接口的开发费用，实践证明这种控制方式是稳定可靠的。

4.3 操作权限的设计

可以对组态画面中的按钮设置权限。这是一个非常实用的操作功能，在很多情况下，一些按钮（例如连锁、复位和画面切换等）不能由操作人员操作，而是由相关的车间管理人员操作，此时， OptiSYS PCS-400/500可以给这个按钮设置登陆用户名和口令，非常方便用户的各种要求。在此项目中，给急停的复位按钮设置了权限，设备一旦急停，只有权限的用户才可以复位，否则，相关设备不能启动，有利于整个系统的安全。

5 结束语

通过PCS400在我厂的应用，为公司的技术研究工作积累了经验，拓宽了解决问题的思路，为未来的生产建设打下了坚实的基础，培养了人才。技术改造的成功，使我们认识到了科技创新能为公司带来巨大的经济效益。

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[8]孙振强.可编程控制器原理及应用教程[M].清华大学出版社，2006.

作者简介：张灵辉（1980-），男，内蒙古赤峰人，本科，工程师，从事火电厂自动化控制。endprint