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基于PLC和触摸屏技术的入炉煤采样装置控制系统改造


基于 PLC 和触摸屏技术的入炉煤采样装置控制系统改造

摘要: 本文论述了我公司入炉煤采样装置控制系统实现方法。 采样装置控制系统采用可 编程控制器(PLC)为核心进行自动控制,使用传感器检测系统设备工作状态,并结合人机 交互界面(HMI)技术实现系统的控制与管理维护工作。 关键词:入炉煤采样装置 可编程控制器(PLC) 人机交互界面(HMI) 控制系统

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1. 引言 入炉煤采样装置样品的代表性及其系统运行的可靠性对电厂安 全生产和经营管理有着重要的作用,其主要表现在:1、影响正平衡 计算发电煤耗,从而影响到电厂经济核算;2、在电厂煤种多元化市 场条件下,有利于指导掺配煤和检查掺配煤效果,改善锅炉炉膛燃烧 状况,提高电厂经济效益;3、检查比较入厂煤和入炉煤热值差,及 时发现存在的不足之处,有利于改进煤场燃料管理。这就要求同样炉 煤采样装置的控制系统有很高的可靠性、可维护等综合性能,提高装 置的投用率。 2. 采样装置系统分析 入炉煤采样装置就是为确定每班次输送至原煤仓煤的性质, 在加 仓的原煤中能连续完成煤样的采取、破碎、缩分和集样,制成分析煤 样,并将余煤送回到输煤主系统。虽然采样装置每班次所采集总样的 数量较少, 但要求其能够在一定范围内尽可能接近本班加仓煤的全部 质量,才能以这一小部分煤的分析结果来代表特定量煤的平均性质。 1) 系统组成 我公司入炉煤采样装置是中部刮板式采样结构,其安装在#11P 甲/乙皮带机中部,由 1-甲初级采样器、2-甲初级给料机、3-乙初级 采样器、 4-乙初级给料机、 5-破碎机、 6-二级给料机、 7-二级采样器、 8-样品收集器和 9-回料提升机、10-螺旋输送机、11-电动闸板及弃 料斗 (图中虚线所示) 等设备组成, 系统工艺流程示意图如图 1 所示。 2) 设备作用 甲/乙初级采样器作用是负责从输煤#11P 甲/乙皮带机上采取初 原级煤样,每次刮臂动作横向扫过相应带式输送机全宽刮出子样。 甲/乙初级给料机作用是负责将初级采样器采集的煤样均匀地运 送到破碎机。 破碎机作用是利用冲击力将煤块破碎至所需粒度后, 并透过筛孔 排出送至二级给料机。 二级给料机作用是将破碎机输出的粒度符合要求的煤样均匀输

送,有利于二级采样器采集子样,并将余煤输送至回料提升机(或弃 料斗) 。 二级采样器作用是从二级给料机采取最终煤样。 其刮臂每次横向 扫过二级给料机全宽刮出子样,并经落煤管存于样品收集器的样筒 内。

回料提升机作用是将二级给料机输送的余煤提升, 并输送至螺旋 机。 螺旋输送机作用是将余煤输送至输煤系统主皮带机。 电动闸板作用是选择余煤回到#11P 甲或乙,闸板打开时余煤回 到#11P 甲,反之则是#11P 乙。 3. 采样装置控制系统. 1) 控制系统分析 ? 系统运行过程 在正常状态下,系统启动后要求整机运行过程能自动进行,并在 某一设备故障时能及时发出报警提示。 系统接收到启动令后,受控设备按逆煤流方向依次启动,即由后

向前启动。在这里电动闸板最先切换,其次为螺旋输送机、回料提升 机、二次给料机、破碎机、初级给料机。系统停止时,与启动相反的 方向顺序停止。 在初级给料机运行状态下, 初级采样器根据设定采样周期定时从 输煤主皮带上采集一个全宽煤样。 在初级采样器一个采样周期结束后, 二级采样器立即启动煤流检 测计时器,计时结束后从二级给料机上全宽采集子样。 样品收集器则是根据设定方式自动切换样筒位置, 与系统是否运 行无关,仅与系统控制模式有关。 ? 系统控制功能 入炉煤采样装置控制方式有停止模式、远控控制模式、就地自动 控制模式和就地手动控制模式等四种。 在停止模式下, 系统禁止设备运行指令输出, 系统处于停运状态。 在远控控制模式下,整机按系统既定流程方式自动运行,即按逆 煤流方向程序启设备和顺煤流方向按每台设备卸料完毕的时间程序 停设备。该种模式是系统正常运行模式。 在就地自动模式下,与远控控制模式相同,一般用于装置整机调 试。 在远控和就地自动控制模式下,系统的启、停设备过程及自动运 行过程中,均保证按逆煤流方向设备间的闭锁。当系统中某一设备故 障时,系统发出故障报警信号,并遵从故障点后各部分从上一级到下 一级延时停机,故障点前各部分停机(破碎机延时停机) 。异常情况 有自动停机保护功能。 在就地手动模式下,操作人员可在现场手动操作各设备。此种模 式主要用于设备调试、维护、维修。 初级采样器重故障与输煤系统主皮带机联锁, 所有故障信息输出 不受系统控制模式限制。 2) 控制系统硬件 ? 硬件选择 西门子 S7-200 系列 PLC 具有极高的可靠性、极丰富的指令集、 易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通 讯能力和丰富的扩展模块等出色特点。 根据入炉煤采样装置设备较少 特点及系统控制要求,控制系统选用 CPU226 型作为控制系统的核心 单元。CPU226 型具有可连接 7 个扩展模块、最大扩展至 248 路数字 量 I/O 点或 35 路模拟量 I/O 点、6 个独立的 30kHz 高速计数器及具 有 2 个 RS485 通讯/编程口和支持多种通讯协议(PPI、MPI 和自由方 式)能力等特点满足了采样装置控制系统当前和今后可能的扩展需 求。

触摸屏则选择了西门子 Smart1000,其准确地提供了人机界面的 标准功能,经济实用,具备高性价比。Smart1000 具有 PPI 通讯协议 与 S7-200 建立了高速无缝的连接, 二者间的组合成为采样装置控制 系统较完美的解决方案。通过触摸屏可设置设备功能参数,监视系统 运行状况、故障显示与记录,以及在就地控制模式下对采样装置整机 调试和设备单动测试等。同时,利用触摸屏可以取代电控柜按钮和指 示灯,不但减少 PLC 输入输出点数,还简化了外围电路布置,使设备 发生故障的可能性有效降低,提高了采样装置运行可靠性。 ? 控制系统硬件结构 控制系统是以 S7-200 CPU226 与 Smart1000 触摸屏组成控制中 心,结合外围电路实现了现场信号的采集、转换与控制功能。 其硬件配置及系统监控内容简图如图 2 所示。

3) 控制系统软件设计 控制系统软件包括两部分:PLC 软件设计和触摸屏软件设计。结 合我公司入厂煤采样装置及兄弟电厂同类装置使用的经验, 并根据入 炉煤采样装置设备组成特点,将所有设备共分成四部分: A. 甲侧设备为甲初级采样器和甲初级给料机; B. 乙侧设备为乙初级采样器和乙初级给料机; C. 公用一设备为破碎机、二级给料机、二级采样器及样品收集 器; D. 公用二设备为回料提升机、螺旋输送机和电动闸板。 如此划分原因在于螺旋输送机与回料提升机产生缺陷概率可能 性较大且检修时间相对较长,通过将公用二设备设为检修状态,可在 采样装置运行同时消除故障设备的缺陷,缩短采样装置的故障时间。 在此期间,二级给料机输送来的余煤经落煤管暂存于弃料斗中,由人 工清理。如此划分后,通过软件可轻松实现上述非常实用的功能, 从 而保证了入炉煤采样装置系统投用率。 ? 触摸屏软件设计

触摸屏提供了人监控系统设备的界面 ,使用西门子公司 WinCC flexible 2008 编辑软件可自由创建定制各种用户画面,并通过 RS422/485 通讯端口将画面程序下载到触摸屏内。触摸屏实时读取 PLC 内部数据,动态显示系统状态信息,实现 PLC 故障处理动态化和 可视化。根据入炉煤采样装置系统运行特点及安全方面考虑,除采样 器外其它所有设备的操作(包括整机调试)均可在在触摸屏上实现, 本系统设计了主画面、 系统运行状态、 系统故障信息、 系统参数设定、 保护投切设定、系统其它设定、设备测试操作等画面。设计时,对系 统参数设定和保护投切设定二个画面的操作与故障信息同等对待, 记 录事件发生的时间以便历史查寻。 人机界面软件系统主画面(如图所示),触摸主画面内的各画面

切换开关,便可进入相应的子画面。 系统故障信息画面包括当前故障信息和显示历史故障信息, 当系 统运行发生故障时, 在触摸屏上会显示当前对应的故障信息供操作维 护人员参考。 系统参数设定画面,可在任何控制模式下,无论系统是否运行, 都可对设备参数进行实时修改。 保护投切设定画面,可在任何控制模式下,对系统设备的保护设 定是否暂时解除或系统中部分设备设定是否暂时解列, 这对于处理采 样装置一些缺陷是非常有用。在界面(如图所示)中左侧为设备保护 投切设定,例二级给料机速度故障时,通过此设定后,可在采样装置 运行结束后再行处理此缺陷;右侧则是设定系统中部分设备是否解 列,通过“斗式提升机投用状态”按钮,可将公用二设备临时解列,

通过“集样器正常投用状态”按钮实现样品收集器在手动切换方式与 自动切换方式之间的转换。

设备测试操作画面,在就地控制模式下,可进行整机操作(就地 自动模式)和设备单动(就地手动模式)操作,用于采样装置设备调 试、维护、维修。如在保护投切设定画面中将公用二设备和(或) 样 品收集器设为检修状态,则在远控控制模式下,也可实现公用二设备 及样品收集器的单动操作。 系统其它设定画面,目前仅用于 PLC 时钟校核与设定,该功能对 于入炉采样装置控制系统来说也很重要, 因为目前样品收集器按运行 班组交接班时间同步切换。 ? PLC 软件设计 运用西门子 PLC 编程软件 MicroWin V4.0 在 PC 机进行控制程序 的编写。根据入炉煤采样装置控制系统特点和控制要求,该 PLC 控制 程序采用顺控梯形图(LAD)编写,整个程序包括主程序、设备控制 程序、接口程序等。 主程序,主要执行系统初始化功能、调用各子程序和确定系统控 制模式。 设备控制程序,共有 11 个子程序组成,是根据不同设备分别编 写相应的子程序, 其实现系统中相应设备在不同控制模式下按既定方 式操作运行、实时检测系统中相应设备的状态及控制电气信息。 接口程序, 主要实现采样装置控制系统向输煤程控系统发出系统 状态信息,实现 PLC 与触摸屏二间者时间同步功能。

采样装置设备控制程序流程图如图 3 所示。 在图中未给出故障处 理相关部分的程序框图。 系统设备故障是在各自子程序中实时检测其 电源开关状态、电气控制回路通断信息、制动器张紧情况、设备位置 /速度信息及堵煤等信息,并将结果实时传送至主程序。

4. 结束语 公司入炉煤采样装置经增加余煤回收装置及控制系统升级改造 后,系统运行情况良好。从投用几个月以来情况证明,采用基于 PLC 和触摸屏技术作为控制核心的入炉煤采样装置, 极大地提高了装置的 可操作性和可维护性,提高了装置的投用率,发挥其在电厂生产和经 营活动中应用的作用。

参考资料: 1. 西门子 S7-200 PLC 编程手册 2. 西门子 SMART1000 说明书 3. PLC 与触摸屏快速入门与实践 作者:苟晓卫 等主编 出版社:人民邮电出版社 出版时间:2010-8-1

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