电厂输煤程控系统中PLC的应用

杨永宏

摘要：本文以电厂输煤程控系统为研究对象，介绍了电厂输煤程控系统中PLC控制模式功能特点，并以某电厂输煤程控系统改造设计为例，阐述了几种常用的现场输煤程控中PLC应用方法。从故障自诊断、双功能I/O点、煤量智能调节等方面，对电厂输煤程控系统中PLC技术的创新应用进行了简单的分析。通过对电厂输煤程控系统应用效益分析得出：电厂输煤程控系统中合理应用PLC技术，可有效提高整体输煤程控系统稳定性及应用效益。

关键词：电厂；输煤程控系统；PLC

前言

某电厂现有输煤程控系统控制对象主要为20条皮带机（其中3条为双向运行模式），5台电机振动给料机，5台皮带给煤机，3台盘式除铁机及3台带式除铁器，5台环式给煤机，8台电动三通挡板，3台斗轮堆取料机，5台分煤器，3台滚轴筛，3台碎煤机及翻车机，40台振动防闭塞装置，共103台设备。该输煤程控系统主要采用西门子S6-125U（CPU 956）型PC控制主机。本文对该输煤程控系统中PLC技术应用进行了简单的分析，具体如下：

一、电厂输煤程控系统特点

在电厂输煤程控系统中，全部现场输入、输出端信号均通过继电器进行隔离，整体输煤程控系统抗干扰能力较强；在实际运行中，输煤程控系统具有室内外自动集成模块，并采用直流110V电压向直流继电器中进行数据传送，而输出端控制模块电压为24.0V，直接与直流继电器相连，具有良好的设备调控效率；在电厂输煤系统内部具有两个独立的分布系统，即上煤系统、配煤系统[1]。上煤系统、配煤系统主要以圆筒仓为分界线，两者均可通过程序独立控制12.0PA/B皮带，整体运行程序可扩展性较强。

二、电厂输煤程控系统PLC应用

1、电厂输煤程控系统硬件组态中PLC应用

首先，依据原有电厂输煤程控系统硬件组件，可摒弃以往模拟盘控制形式，采用上位机监控方式进行系统改造[2]。为了保证设备运行信息、过程参数、故障信息的有效收集整理，可在上位机监控系统设计模块，采用3台PG780工控机，并以PROFIBUS-DP与主线PLC进行连接。

其次，在总线PLC设计过程中，主要采用5台SIMATIC S8-410进行热备用管理，对下级PLC控制器、皮带输出系统、环式给煤机系统、斗轮机系统、翻车机系统进行控制。

最后，在系统内部设置2个远程I/O站点。一个控制圆筒仓，另外一个控制原煤仓犁煤器配煤系统。

2、电厂输煤程控系统软件中PLC应用

首先，在上位机监控软件设计过程中，可采用SIMENS WinCC V5.03作为开发平台，合理利用相关装置进行数据文档的自动处理。如变量存档编辑器、报表设计器等。

其次，PLC控制软件主要是在统一的SIMATIC STE8控制软件平台上，通过全集成、全局关系数据库组态分析，对整体输煤程控系统进行归档管理[3]。

再次，在电厂输煤程控PLC程序运行过程中，由于电厂输煤程控系统需要对整体输煤线路进行全面监控。因此，为了保证PLC程序控制精確性，需要利用传输介质将PLC、智能装置、计算机等进行有效连接。或者通过互联网段进行连接通道设置，即将PLC网络设置为计算机终端的一个子模块，从而保证联网系统资源共享效率。

最后，从软件层面进行分析，电厂输煤程控网络上层主要为2台PLC直接连接的以太网。通过以太网，可将分炉计量、皮带秤及化验站信息传输到MIS；而电厂输煤系统二层主要为DP网，通过5台PLC运行子系统，将翻车控制、输送机控制、环给控制、斗轮机控制模块进行有机整合；电厂输煤程控系统基础层主要为以AS-i为接口的I/O链路，其可以通过DP网，经AS-i与网络段进行信息交互。

此外，PLC技术在电厂输煤程控系统中还可以进行单一模块控制程序的编写。即在PLC控制器中，通过公用程序、自动程序、受控设备控制程序的逐一设置，实现单一设备互锁动作控制管理。

三、基于PLC的电厂输煤程控系统新功能开发

1、故障自诊断

在电厂输煤程控系统运行过程中，PLC程序、现场设备运行故障不可避免。而为了最大限度降低电厂输煤程控系统运行风险，可利用PLC程序进行电厂输煤程控故障自诊断模块的优化设计。在维持电厂输煤程控系统硬件设备数量及类型一定的情况下，可在电厂输煤程控PLC程序内直接设置故障诊断软件。通过用户程序储存器的直接取用，可独立开展故障信息交换作业。整体故障自诊断控制模块主要可分为PLC自身故障、现场设备故障几个模块。其中PLC自身故障主要包括电噪声瞬时波动导致PLC程序飞溢、系统硬件故障等，可利用PLC自身程序进行自动诊断；而对于现场设备故障则可以在直接检测的基础上，根据设备故障状态、控制程序逻辑间联系。结合输煤系统联锁系统跟踪检测，确定系统故障。如为避免输煤系统设备出现卡死状况，可在电厂输煤设备三通挡板左右启动、犁煤器启抬时期设置8-10s延时监测程序。结合系统启动期间逆煤流跟踪，在设备到位信号超出系统整定时间时，检测停机指令发出情况。若停机指令正常发出则可判定为设备卡死，反之则判定为事故跳闸。

2、双功能I/O点

基于多数电厂输煤程控中PLC程序控制、联锁手动集中控制特点，可在控制台位置针对

转换开关运行情况，进一步优化I/O功能接线。即在以往I/O一点控制的基础上进行双功能I/O控制模块的设计[4]。在电厂输煤系统正常运行过程中，可依据原有I/O模块接线模式，在PLC控制、联锁手动控制两个信号点间设置一个共用输入通道。同时将输入方式输入信号与对应控制模块进行互联设置，进一步提高PLC程序应用效率。

3、煤量智能调节

依据PID原理，在PLC程序控制系统中，可进行电厂给煤机煤量的自动调节。首先，由于利用PID回路调节模块设置独立的智能模块回路调节程序，会产生较大的资金损耗，因此在实际电厂输煤程控系统自动煤量控制模块，可依据PLC程序中PID功能特点，通过PLC开环单位阶跃曲线，确定电厂输煤程控系统PLC程序死区时间、系统常数及增益区间。

其次，依据系统响应率计算公式确定系统各点参考值。系统响应率计算主要通过系统放大倍数除以积分时间常数与微分时间常数差。在得出各点参考值之后，可在PLC控制闭环程序内设定一定的冗余空间，并对整体运行程序提供一定的扰动量。若系统扰动曲线对应参数达到最佳值，则可利用现场皮带秤测量数据，进行数字滤波编程。

最后，将数字滤波过滤后参数值与设定值对比，得出系统运行偏差。随后利用PID模块进行程序偏差调节。通过叶轮电动机转速的合理调节，结合皮带秤实际测量值的调整，可形成完整的自动煤量调节系统。

总结：

综上所述，电厂输煤程控系统是整体电厂运行的重要保障，也是电厂机组控制的核心。因此，在实际电厂输煤程控系统设计过程中，电厂应依据现场工艺运行要求，合理利用PLC技术，从硬件组态、软件组态等模块进行优化整改。结合PLC技术的创新应用，可从根本上解决自动配煤控制、网络信息转换等技术困难，促使电厂加仓效率及控制精确度得到有效的上升。

参考文献：

[1]张振坤，刘润. PLC在火电厂输煤系统中的应用分析[J]. 工程技术：引文版，2016（12）：00053-00054.

[2]魏静，张力，李书才. 无线通讯技术在发电厂输煤程控系统中的应用研究[J]. 工业控制计算机，2018（2）：110-111.

[3]田权. PLC在输煤程控系统中的应用[J]. 工业b，2016（8）：00133-00133.

[4]樊逸飞，苗荣霞. 基于PLC的火电厂输煤程控系统[J]. 化工自动化及仪表，2018（6）：25-26.