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    趙 大 鵬  （北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司PLC事業(yè)部，北京，100096）

摘要：本文針對熱電廠秸稈上料系統(tǒng)，采用和利時公司LK大型PLC，根據(jù)系統(tǒng)工藝要求提供了一種降低成本、增加可靠性的控制方案，實現(xiàn)了對熱電廠秸稈上料系統(tǒng)工藝過程及生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測與自動控制。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能齊全、性價比高、擴展靈活，目前已成功應(yīng)用于連云港協(xié)鑫熱電廠和寶應(yīng)協(xié)鑫熱電廠秸稈上料系統(tǒng)現(xiàn)場。

關(guān)鍵詞：熱電廠；秸稈上料系統(tǒng)；LK大型PLC

Abstract： Aimed at treatment system of straw stem in heat power plant , a control system based on LK PLC is put forward in the thesis. Presently the system has been successfully used in the engineering field.  It can monitor and  control all the equipments during the process of production.
The security , dependability  and the ratio of cost and performance of the system  are satisfied.

Keywords: heat power plant; treatment system of straw stem; LK  PLC

1. 引言

    高速發(fā)展的中國經(jīng)濟對能源和環(huán)保提出了越來越高的要求，利用秸稈燃燒發(fā)電是充分利用能源，保護生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一。據(jù)測算，每兩噸秸稈的發(fā)電量相當于一噸煤，不僅如此，環(huán)境國際能源機構(gòu)的研究表明，秸稈還是一種很好的清潔可再生能源，其平均含硫量只有３.８‰，而煤的平均含硫量卻高達１％。除了具有較好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，秸稈發(fā)電還具有可觀的社會效益，根據(jù)清潔發(fā)展機制（CDM），秸稈發(fā)電項目可以通過出售溫室氣體減排量來獲取建設(shè)資金。因此，從節(jié)能環(huán)保、充分利用農(nóng)村再生資源、建設(shè)環(huán)境友好型社會的角度出發(fā)，利用秸稈燃燒發(fā)電在我國得到了廣泛應(yīng)用，成為利國利民的“朝陽”產(chǎn)業(yè)。本文介紹的基于和利時LK大型PLC的控制系統(tǒng)在滿足熱電廠設(shè)備安全、高效運行的同時，具有良好的經(jīng)濟價值，社會效益和推廣前景。

2. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

    2.1工藝流程介紹

    協(xié)鑫熱電廠采用秸稈為原料，將其打碎并包裝成捆，上料系統(tǒng)將深加工后的秸稈燃料通過散包機進行二次打碎，并將二次打碎后的燃料分散成碎料送至皮帶機，皮帶將分散后的秸稈碎料送入蒸汽爐的加熱系統(tǒng)內(nèi)充分燃燒，使蒸汽爐循環(huán)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵馔苿悠啓C旋轉(zhuǎn)，再由動能轉(zhuǎn)化為電能。整個上料系統(tǒng)包括散包機的原料分散和皮帶機的物料輸送兩部分。

    ☆ 散包機原料分散系統(tǒng)

    散包機由壓料輥、導料輥、輸送輥、一次側(cè)散包機、二次側(cè)散包機幾部分組成。
秸稈燃料進入散包機后，先由壓料輥將其進行二次粉碎，粉碎后的燃料通過導料輥進入輸送輥。后由輸送輥送入一次側(cè)散包機進行分散作業(yè)，分散后再次經(jīng)由輸送輥送至二次側(cè)散包機進行二次分散作業(yè)。

    ☆ 皮帶機物料輸送系統(tǒng)

    經(jīng)二次分散作業(yè)后的秸稈燃料由散包機進入皮帶機內(nèi)，燃料由0#皮帶機→1#皮帶機→2#皮帶機→3#皮帶機，最后由3#皮帶機將其送入加熱爐的爐膛內(nèi)進行燃燒。

    2.2系統(tǒng)控制功能

    該電廠原有的蒸汽爐及汽輪機等設(shè)備均由和利時公司DCS進行控制，根據(jù)熱電廠上料工藝流程要求以及現(xiàn)有總體布局情況，設(shè)計采用將秸稈上料系統(tǒng)的PLC控制站作為現(xiàn)場控制站接入原有DCS控制系統(tǒng)中，以實現(xiàn)“集中監(jiān)視，分散控制”的整體布局。系統(tǒng)由計算機監(jiān)控站（電廠原有的DCS監(jiān)控站）、現(xiàn)場控制站（LK大型PLC）、串口通訊系統(tǒng)以及在線檢測傳感器等構(gòu)成。

    自動控制單元實現(xiàn)的功能分別是：

    采集原料分散系統(tǒng)中負責控制壓料輥、導料輥、送料輥、一次側(cè)散包輥和二次側(cè)散包輥等設(shè)備的變頻器的狀態(tài)信號及數(shù)據(jù)信號并對以上設(shè)備發(fā)送控制信號；實時讀取并控制物料輸送系統(tǒng)中各皮帶機的工作狀態(tài)，包括各皮帶機組的A/B兩條皮帶的啟?？刂萍胺浪毫选⒋蚧⒍铝稀⑴芷⒗K等在線檢測開關(guān)。 

    2.3硬件選型

    協(xié)鑫熱電廠上料輸送控制系統(tǒng)采用串口通訊方式接入原有DCS系統(tǒng)。該串口通訊應(yīng)用MODBUS RTU 通訊協(xié)議并通過RS 485模式使其通訊距離延長，抗干擾效果增強。PLC系統(tǒng)采用由和利時公司自主研發(fā)的LK大型PLC產(chǎn)品。作為國內(nèi)首款大型PLC，LK大型PLC是和利時公司在總結(jié)了十五年控制系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)及工程實施經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，充分借鑒國外主流產(chǎn)品優(yōu)點，完善技術(shù)性能，大膽創(chuàng)新架構(gòu)設(shè)計，推出的一款開放性、可靠性、易用性俱佳的高端產(chǎn)品。

    系統(tǒng)選用如下硬件產(chǎn)品：

    表1   PLC系統(tǒng)硬件選型表：

    其中， CPU雙機熱備的冗余結(jié)構(gòu)使整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

3. 系統(tǒng)功能介紹

    協(xié)鑫熱電廠原有的DCS控制系統(tǒng)分為生產(chǎn)管理級、現(xiàn)場控制級和就地控制級三層結(jié)構(gòu)，利用高速工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）進行連接以實現(xiàn)信息和資源的共享，其優(yōu)先級分別為就地控制級最高，其次為現(xiàn)場控制級，最低為生產(chǎn)管理級。由LK大型PLC組成的PLC站位于該系統(tǒng)的的現(xiàn)場控制級，作為現(xiàn)場控制站接入電廠原有的DCS系統(tǒng)中。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下

圖1 協(xié)鑫熱電廠自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    ● 生產(chǎn)管理級：位于蒸汽爐、汽輪機聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)控制室內(nèi)，由原有DCS監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。各監(jiān)控計算機對主要工藝設(shè)備的運行狀態(tài)和生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集及顯示。上料輸送系統(tǒng)的PLC控制站通過串口通訊，與DCS系統(tǒng)的通訊服務(wù)器連接并由該服務(wù)器將PLC控制站數(shù)據(jù)傳入DCS的I/O服務(wù)器內(nèi)，I/O服務(wù)器上運行的監(jiān)控軟件將該數(shù)據(jù)進行顯示并下發(fā)控制命令。

    ● 現(xiàn)場控制級：即PLC控制級，由LK大型PLC構(gòu)成。其功能是讀取上料系統(tǒng)中散包機和各皮帶機的運行參數(shù)并根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)下發(fā)的指令來控制系統(tǒng)中各設(shè)備的運行。采集數(shù)據(jù)主要包括散包機各組成部分變頻器的運行狀態(tài)、反饋電流以及故障信號；皮帶機的運行狀態(tài)、反饋電流及各皮帶機的在線檢測開關(guān)信號?，F(xiàn)場控制級接受生產(chǎn)管理級的調(diào)度，但并不依賴于生產(chǎn)管理級而運行：若監(jiān)控計算機出現(xiàn)故障或并沒有投入使用亦或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，該控制站仍能正常工作，對整個工藝過程沒有影響。

    ● 就地控制級：將設(shè)備切換到現(xiàn)場手動狀態(tài)，以實現(xiàn)設(shè)備的就地手動控制。就地手動控制具有最高的優(yōu)先級，主要應(yīng)用在設(shè)備調(diào)試、維護階段。

4. 控制系統(tǒng)特點

    協(xié)鑫熱電廠上料輸送系統(tǒng)通過將PLC控制站接入原有DCS系統(tǒng)實現(xiàn)了對工藝流程的監(jiān)測、控制以及數(shù)據(jù)的處理、存儲、分析以及報表打印等任務(wù)。

    ● 工藝流程顯示：顯示工藝流程的同時將所有的設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)以及各控制回路的詳細參數(shù)等進行了有針對性的實時采集與顯示。

    ● 設(shè)定值顯示：包括所有必需參數(shù)的設(shè)定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)以及其它連鎖值、報警值等。
 
    ● 報警顯示：包括實時報警、歷史報警。系統(tǒng)可在線診斷各類故障，查找故障部位并報警。包括工藝數(shù)據(jù)報警、設(shè)備故障報警、系統(tǒng)故障報警，根據(jù)不同的報警信息提供不同的報警畫面，在故障確認后可實現(xiàn)報警解除。

    ● 報表顯示和打?。翰捎昧薉DE技術(shù)，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報表。借助Excel的強大功能，用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報表?？梢允菍崟r數(shù)據(jù)的報表，也可以是歷史數(shù)據(jù)的報表。

    ● 歷史數(shù)據(jù)的存儲與檢索：對重要的數(shù)據(jù)進行在線存儲，數(shù)據(jù)的存儲時間最長為10年。可以通過歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數(shù)據(jù)。

    ● 控制：在監(jiān)控計算機上可以進行遠程手動控制，使用鼠標、鍵盤控制PLC來啟動和停止現(xiàn)場的設(shè)備。

    ● 操作記錄：對重要設(shè)備的操作、重要參數(shù)的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設(shè)備進行的操作、時間以及修改前的參數(shù)值、修改后的參數(shù)等，以利于管理及事故分析。

    ● 系統(tǒng)的安全管理：系統(tǒng)設(shè)置為多用戶、多區(qū)域方式，各類用戶均有自己的用戶名和密碼，對應(yīng)著不同的安全級別，決定了操作員可觀察的范圍、可使用的功能、可修改的參數(shù)等。最多可以設(shè)置為8級用戶、8級區(qū)域。

5. 控制系統(tǒng)優(yōu)點

    本方案以PLC和DCS監(jiān)控計算機為核心，通過RS485的串口通訊方式，將現(xiàn)場PLC控制站與監(jiān)控計算機連接起來，構(gòu)成一個分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：
 
    ☆ 先進性

    本方案設(shè)計中不僅采用了先進的軟、硬件，而且著眼于企業(yè)“管控一體化”的需求，貫徹了數(shù)字化、信息化電廠的先進思想，使企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的進一步智能應(yīng)用成為現(xiàn)實。該方案使控制系統(tǒng)有機地成為企業(yè)整個IT架構(gòu)的一部分。

    本系統(tǒng)采用先進的計算機控制系統(tǒng)，主要用于熱電廠的生產(chǎn)控制、運行操作、監(jiān)視管理。控制系統(tǒng)配有可靠的硬件設(shè)備，和功能強大，運行可靠，界面友好的系統(tǒng)軟件、編程軟件和控制軟件。

    ☆ 高可靠性

    控制系統(tǒng)在嚴格的工業(yè)環(huán)境下長期、穩(wěn)定地運行。系統(tǒng)組件的的設(shè)計符合真正的工業(yè)等級，滿足國內(nèi)、國際的安全標準。并且易配置、易接線、易維護、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅固，抗腐蝕，適應(yīng)較寬的溫度變化范圍。

    CPU雙機熱備，任何一個故障均不影響系統(tǒng)的正常運行。
 
    現(xiàn)場控制站PLC對工藝過程的控制不會因監(jiān)控計算機的癱瘓而受影響。
 
    現(xiàn)場控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠運行，平均無故障間隔時間（MTBF）15年。
 
    ☆ 強大的功能
 
    PLC的編程語言符合IEC61131-3標準，易學、易懂、易用。

    高速工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸、高度數(shù)據(jù)共享。
 
    組態(tài)軟件圖庫豐富，網(wǎng)絡(luò)功能強大，報警、報表、歷史數(shù)據(jù)以及二次開發(fā)功能完善且易用。

6. 結(jié)束語

    經(jīng)過兩個月的調(diào)試和試運行，由LK大型PLC控制的協(xié)鑫熱電廠秸稈上料輸送系統(tǒng)已于2007年9月初正式投入運行。實踐證明，LK大型PLC能較好地滿足秸稈上料系統(tǒng)的控制要求，對整個上料系統(tǒng)及熱電廠的安全、經(jīng)濟運行提供了有力保障。該設(shè)計方案整體成本較低、可靠性好、抗干擾能力強、維護成本低、可操作性高，在市場中具備強有力的競爭力，為熱電廠行業(yè)增添了一套完善的解決方案。

參考文獻

    [1] 和利時公司. LK大型PLC選型樣本，2006

    [2] 和利時公司. LK大型PLC硬件手冊，2006

    [3] 和利時公司. LK大型可編程控制器PowerPro軟件手冊，2006

作者信息：

    趙 大 鵬  （北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司PLC事業(yè)部，北京，100096） 

    李    茜  （北京和利時系統(tǒng)工程股份有限公司PLC事業(yè)部，北京，100096）