基于iFIX和Concept的发电厂输煤控制系统

资源类型:pdf 资源大小:485.00KB 文档分类:工业技术 上传者:黄慈花

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【作者】 夏俊利 

【关键词】输煤 控制 iFIX Concept 上位机 下位机 

【出版日期】2005-04-25

【摘要】结合唐山电厂输煤系统改造,介绍火电厂输煤控制系统设计原则、网络拓扑结构。并重点分析上位机组态软件i FIX与下位机组态软件Concept的特点、控制原则和实现的功能。

【刊名】华北电力技术

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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。与先进的主机 DCS控制系统相比 ,目前河北大唐唐山热电有限责任公司 (下称唐电 )的输煤控制系统则显得十分落后。该厂基本上为集中加就地控制模式 ,其可编程控制器(下称 PL C)仅仅能满足皮带输送机的集中控制功能。简言之 ,其 PL C仅具有代替皮带输送机及其辅助设备 (如挡板、振打器等 )启、停按钮的功能。其完成的仅仅是部分设备的顺序控制 ,无法达到整个系统的协调控制。其叶轮给煤机、碎煤机均处于独立运行的状况 ,因而使运行岗位人员过多 ,工效较低 ,系统设备间配合不协调 ,设备空转导致的电能损耗、设备磨损量等较大。随着国内火电厂机组的扩建和 PLC技术以及上位机控制技术的迅速发展 ,与当初输煤设备的控制从“就地”走向“集中”一样 ,输煤系统控制也将从“设备级”发展到“车间级”。1 唐电输煤系统改造的必要性唐电主要以 2 5 MW和 5 0 MW老机组为主。输煤系统多为 2 0世纪 60、70年代的设备。电气控制设备严重老化 ,经常出现故障 ,技术落后 ,自动化水平低 ,生产的安全性较差。控制系统虽经多次改造 ,但仍然是控制电路用继电器搭接 ,模拟屏显示 (只在个别设备上采用了 PLC控制 ,但无上位机 )。自动化程度较低 ,管理手段不足 ,不能及时准确指导经济运行 ,已不适应现代大型火力发电厂的生产和管理要求。唐电此次改造 ,新安装 2台 30 0 MW燃煤机组 ,继续使用原煤场 (存煤量约为 70 0 0 0 t,2台30 0 MW机组每小时耗煤量 2 0 0多 t)。为了保证锅炉用煤 ,输煤系统的日累计运行时间为 8~ 1 0 h。鉴于此必须保持输煤设备的完好状态 ,必须对输煤系统进行彻底改造。1 .1 改造后的输煤控制系统改造后的输煤系统由 PL C控制取代继电器控制 ,设置上位监控机代替操作台模拟屏 ,完成监控及管理 ,辅以工业电视系统、广播呼叫系统和电话通信系统 ,实现远方监视和调度。采用就地集中的监控方式 ,设置 1个集中控制室 ,集中控制室布置在输煤综合楼顶层。输煤程控系统设 1个主控站和 3个远程分站 (唐电老厂煤仓间、新厂煤仓间、唐电老厂控制室 )。各远程分站采用光缆连接 ,并配有冗余的光纤接口。主控站布置在输煤综合楼的集中控制室内。远程站柜体合理布置。输煤程控系统配备 2台冗余同功能操作员站 ,运行人员可在任意一个操作员站监视和操作整个输煤系统。该工程输煤系统共有 2 4条输煤皮带 ,每条皮带设下列保护装置 :两级跑偏开关 ;纵向撕裂检测装置 ;堵煤检测装置 ;双向拉绳开关 ;速度检测装置等。在唐电新厂 ,1号机组原煤仓每仓设有 2个高料位计 (采用射频导纳 )、1个低料位探头 (采用射频导纳 ) ,1个超声波料位计 ,能在上位监控计算机的系统模拟主画面上显示出仓内煤位。其煤位信号送至控制系统 ,以提高自动配煤的可靠性 ,唐电老厂煤仓煤位测量仍使用原先的传感器。1 .2 控制网络拓扑图见图 1。图 1 输煤系统网络拓扑图1 .3 上位机的控制与组态该输煤程控系统上位机操作系统选用Windows 2 0 0 0 ,具有支持多任务、安全稳定等优点。监控应用程序是采用 i FIX 3.0组态软件平台进行开发的 ,该软件是 Intellution公司推出的工业自动化专用软件。1 .3.1 上位机的控制功能( 1 )输煤程控系统具有顺序控制、远程控制及就地操作 3种控制方式。对于顺序控制 ,设有必要的分步操作、成组操作或单独操作功能 ,同时还设有选择、跳步、中断、联锁等功能。( 2 )输煤程控系统还具有数据采集与处理功能 ,通过上位机的 CRT,显示其计算和统计的数值。当参数越限报警、控制对象故障或状态变化时 ,可在 CRT上报警 ,并设有音响提示。( 3)程控系统具有灵活的制表打印功能 ,可自动打印、请求打印、定时制表、画面打印等。( 4 )输煤程控系统具有与辅控网的通信接口 ,通过通信接口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。( 5 )输煤程控系统有与叶轮给煤机无线遥控装置的以太网通信接口 ,并将唐电新厂与老厂的滚轴筛、除铁器、入炉煤自动采样装置、叶轮给煤机、喷淋设备、除尘设备、电子皮带秤及皮带秤校验装置等主设备的控制纳入全部程控系统。1 .3.2 上位机画面包含的信息3台上位监控机互为热备用。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 ,动态地监测开关状态变化、模拟量参数的变化 ,并对实时数据进行分析判断。监控画面具有丰富的信息 ,监控画面通过模拟图、曲线、文字、数字及颜色的变化来显示程序选控设备、预启设备、运行设备、故障设备、联跳设备、检修设备、挡板位置、犁煤器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、运行设备电流显示等 ,则是当信号出现时画面上才有对应的显示 ,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 ,模拟图上实时显示出设备的故障状态 ,同时伴有语音或文字报警信息。值班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 ;操作鼠标点击上位机画面 ,则监控软件向 PLC主机发送有关的控制指令 ,或PL C控制软件根据逻辑判断自动启停设备。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。1 .4 下位机的控制与组态该输煤程控系统下位机硬件系统采用美国Modicon公司最新推出的 Quantum系列 PL C产品 ,利用网络技术 ,采用相对集中 ,若干分站控制(共设定 4个控制站 ,即在控制室内设主机 A、B站 ,在唐电老厂原控制室设 C、D站 ,配煤层设 E站 ,在唐电新厂配煤层设 F、G站 ) ,双远程网拓扑结构。1 .4.1 PLC编程软件 Concept2 .5工作原理PLC编程软件采用基于 Windows系统的Concept2 .5工具软件 ,编程达 80 0多个逻辑网络。在 PL C主机中 ,应用逻辑是通过现场的输入和输出模块来执行操作的。这些 I- O模块被连接到现场的检测或开关设备 ,并且通过一个 I- O总线连接到控制器 ,形成一个完整的控制系统。( 1 )输入模块的作用输入模块接受来自现场检测设备的电信号 ,将其隔离 ,并转换成控制器可接受的数字量信号 ,以刷新控制器的 RAM状态。输入信号包括 :开关量输入 ( DI) ,它是将来自现场诸设备的开关量(如 :按钮、限量开关、电气接点以及接点开关、光电传感器等信号 ) ,转换成能使用的信号 ;模块量输入 ( AI) ,它是将来自现场诸设备的模拟量信号(如皮带电动机电流、筒仓料位、原煤斗料位、电子皮带秤测量的煤量等信号 )转换成 PLC能接受的数字量数据。( 2 )输出模块的作用输出模块接受来自控制器的 RAM状态信号 ,将其与现场隔离 ,并转换成合适的电压、电流控制信号 ,以驱动现场的工作设备。输出信号包括 :开关量输出 ( DO) ,它是将 PLC产生的信号转换成可用于控制现场设备 (如接触器、继电器 )的开关量信号 ;模块量输出 ( AO) ,它是将 PL C产生的信号转换成可用于控制现场设备 (如叶轮给煤机的转速 )的模拟量信号。1 .4.2 PLC控制原则( 1 )正常运行时 ,输煤设备应按逆煤流方向顺序启动。( 2 )正常停机时 ,输煤设备应按顺煤流方向顺序延时停机。( 3)事故停机时 ,从事故设备起逆煤流顺序立即停机 (碎煤机除本身事故外 ,不停机 )。( 4 )由于紧急情况需立即停所有设备时 ,操作台及上位机 (画面、键盘 )上均有系统急停按钮 ,此按钮一旦动作 ,主机能立即接到命令 ,使所有设备立即停下来 (碎煤机延时停机 )。1 .4.3  PLC的输煤运行方式PLC控制能实现 4种运行方式 ,即程控自动、联锁手动、解锁手动、就地控制运行方式。程控自动为主要运行方式 ,联锁手动次之 ,解锁手动和就地控制为事故或检修状态下非正常运行方式。( 1 )程控自动该方式是在控制室上位机的工作站上 ,根据运行需要选择一条完整的流程。自检合格后 ,上位机提示“流程有效”,然后进行启动前的预启操作。所选流程的挡板自动到位 ,当上位机出现“允许启动”提示后 ,操作程序启动 (下称程启 )按钮 ,沿线所选设备自动按逆煤流方向依次启动 ,同时在设备启动前 ,伴有启动预报 ,预报延时 30 s。在运行中当设备发生可检测到的故障时 ,立即停故障设备 ,并沿逆煤流方向停止设备运行。碎煤机除本身事故外 ,不进行联停操作。当输煤结束 ,程序停机时从煤源设备开始按顺煤流方向自动延时停机。( 2 )联锁方式该方式是通过上位机控制的 ,联锁方式控制设备按逆煤流方向逐个启动 ,顺煤流方向逐个停机。对于不满足联锁关系的启、停指令 ,系统主机不与之响应。对于运行中的流程 ,若某一台设备出现故障 ,处理方式同以上程控方式。在联锁手动方式下 ,可以方便灵活地实现多路运行。( 3)解锁手动该方式运行时全系统将解除联锁关系 ,解锁手动可以任意启、停某一台设备 ,是一种非正常的运行状态 ,不允许带载运行 ,只适用于单台设备的调式、校正、试验。( 4 )就地控制系统中的各设备均可通过就地的转换开关脱离程序控制 ,在现场直接一对一启停设备。此时全系统解除联锁关系 ,它适用于单台设备的调试、校正、试验。1 .4.4 主设备的控制( 1 )皮带的启动和停止皮带的启动信号来自 2个指令 ,即上位机手启指令及程启指令。上位机手启指令需经联锁回路判别 ,如果皮带联锁预先被撤除 ,那么联锁判断被屏蔽。启动指令触发后自保持 ,其复位条件为皮带状态的返回、启动失败 (即启动之后一定时间尚不能返回皮带状态 )、停止指令、故障停机及皮带被置为检修时 ,来自多个指令的停止信号 (包括 :上位机手动停止、程序控制停止、联锁停止及故障停止 ) ,如果皮带联锁预先被撤除 ,则联锁停止不会产生。导致停机的重大故障包括 :重大跑偏、拉绳断、头部三通堵煤、皮带撕裂、电流越限以及全线紧急停。为了不使现场的一些非正常故障信号影响皮带不能正常上煤 ,所以允许上位机将重大跑偏以及堵煤故障解除 ,被解除的故障仍然存在 ,但是不再导致停机。为保证停止的完成 ,停止指令触发以后自保持 ,其复位条件为皮带状态的消失。( 2 )皮带报警音响信号皮带报警音响信号的触发来自两个方面 ,即上位机单独触发报警及皮带打滑 ,其是经过 PLC处理产生的。其中电流越限、电流异常是利用皮带电机的实际电流值与预置的限制值相比较而产生的 ,皮带打滑则是接收皮带打滑信号的 DI组件产生的。为防止误发信号 ,此类故障在生成后 ,均有一定的延时 ,如果在这段时间内故障一直存在 ,才会生成真正的报警信号。因在皮带启动过程中 ,电动机起动电流往往会瞬间超高限 ,故在以上故障的判断中 ,均需在皮带的启动时 ,有一定时间的延时。( 3)三通挡板的切换三通挡板的切换 ,要求其 DO输出的是连续的信号 ,三通挡板要求其能在 A通道和 B通道之间相互切换 ,切换指令即使在三通状态已变换的情况下也能生效 ;在向三通挡板发出切换指令一定时间之后 ,如果正在切换中 ,而状态又不到位 ,则发生“不到位”的信号 ,同时产生一个切回原状态的指令。以三通挡板的 A通道指令为例 ,它来自于两个方面 ,即上位机的手动指令以及 B通道指令的不到位。A通道指令生成不需要以B通道状态为条件。A通道指令生成后自保持 ,以保证切换指令的连续性。它的复位条件是 A通道状态的返回 ,A通道切换的不到位或是B通道指令DO输出信号的生成。三通挡板的 B通道指令与此相似。为保证三通挡板的不到位信号能被上位机捕捉到 ,将三通挡板的两个不到位信

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