PLC在電廠輸煤自控系統(tǒng)中的應(yīng)用

可編程邏輯控制器（PLC）是八十年代發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，是自動控制、計算機和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種專門用于工業(yè)生產(chǎn)過程控制的現(xiàn)場設(shè)備。

由于控制對象的復(fù)雜性，使用環(huán)境的特殊性和運行的長期連續(xù)性，使PLC在設(shè)計上有自己明顯的特點：可靠性高，適應(yīng)性廣，具有通信功能，編程方便，結(jié)構(gòu)模塊化。

在現(xiàn)代集散控制系統(tǒng)中，PLC已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景極其廣泛。在筆者參與開發(fā)的某電廠輸煤自控系統(tǒng)中，系統(tǒng)要求在遠(yuǎn)離輸煤廊的主廠房控制室里，對兩條輸煤線的18臺設(shè)備進行控制，并實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)及皮帶跑偏的情況。

鑒于電廠輸煤系統(tǒng)的重要性，我們采用PLC實現(xiàn)輸煤設(shè)備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業(yè)控制計算機則作為上位機與PLC互相配合，共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)控功能。本文將主要介紹PLC的控制應(yīng)用。

1 輸煤系統(tǒng)控制要求

輸煤系統(tǒng)有兩條輸煤線，包括給煤機、皮帶機、振動篩、破碎機等共18臺設(shè)備，在電廠中有著極為重要的地位，一旦不能正常工作，發(fā)電就會受到影響。為了保證生產(chǎn)運行的可靠性，輸煤系統(tǒng)采用自動（聯(lián)鎖）、手動（單機）兩種控制方式，自動、手動方式由開關(guān)進行切換。由于輸煤廊環(huán)境惡劣，全部操作控制都在主廠房的主控制室里進行，儀表盤上設(shè)有各個設(shè)備的啟、停按鈕，還有為PLC提供輸入信號的控制開關(guān)。輸煤設(shè)備控制功能由PLC實現(xiàn)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和皮帶跑偏監(jiān)測以及事故紀(jì)錄功能則由上級工業(yè)控制計算機完成。

為了保證輸煤系統(tǒng)的正常、可靠運行，該系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：

· 供煤時，各設(shè)備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設(shè)備進行聯(lián)鎖控制；
·各設(shè)備啟動和停止過程中，要合理設(shè)置時間間隔（延時）。啟動延時統(tǒng)一設(shè)定為12s。停車延時按設(shè)備的不同要求而設(shè)定，分為10s、20s、30s、40s、60s幾種，以保證停車時破碎機為空載狀態(tài)，各輸煤皮帶上無剩余煤；
·運行過程中，某一臺設(shè)備發(fā)生故障時，應(yīng)立即發(fā)出報警并自動停車，其前方（指供料方向）設(shè)備也立即停車。其后方的設(shè)備按一定順序及延時聯(lián)鎖停車；
·各輸煤皮帶設(shè)有雙向跑偏開關(guān)，跑偏15度時發(fā)出告警信號，跑偏30度時告警并自動停車；
·可在線選擇啟動備用設(shè)備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式；
·可在線選擇啟動備用設(shè)備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關(guān)設(shè)備組成交叉供煤方式；
·可顯示各機電設(shè)備運行狀況，并對輸煤過程有關(guān)情況（報警、自動停機等）做出實時紀(jì)錄。

2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 PLC選型

根據(jù)輸煤系統(tǒng)的自控要求，我們選用了德國SIEMENS 公司最新推出的S7-200型PLC，具有可靠性高、體積小、擴展方便，使用靈活的特點?；?a target="_blank">CPU單元選用的是CPU214，性能如下：2048程序存儲器；2048數(shù)據(jù)存儲器；14點輸入，10點輸出；可擴展7個模塊；128個定時器；128個計數(shù)器；4個硬件中斷、1個定時器中斷；實時時鐘；高速計數(shù)器；可利用PPI協(xié)議或自由口進行通信；3級密碼保護。擴展模塊選用EM221,8個輸入點；EM223,16個輸入點，16個輸出點。

2.2 系統(tǒng)關(guān)系 系統(tǒng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)關(guān)系

在輸煤自控系統(tǒng)中，工業(yè)控制計算機作為上位機和輸煤控制PLC進行通信，對皮帶跑偏信號和設(shè)備的運行狀態(tài)進行實時采樣，并在屏幕上顯示輸煤系統(tǒng)仿真畫面，可以直觀地察看設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)皮帶跑偏（跑偏15度）時，在屏幕上顯示報警畫面；當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或皮帶嚴(yán)重跑偏（跑偏30度）時，在屏幕上顯示報警畫面并向PLC發(fā)送事故停車信號。

輸煤控制PLC則根據(jù)控制開關(guān)的輸入信號，執(zhí)行對應(yīng)程序塊，控制電機實現(xiàn)對應(yīng)的功能：向上級工業(yè)控制計算機發(fā)送工作組態(tài)信息，接收上級工業(yè)控制計算機發(fā)送的事故停車信號，實現(xiàn)事故停車處理功能并啟動報警設(shè)備。二者配合共同實現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測和控制功能。

上級工業(yè)控制計算機同時實現(xiàn)對電廠其他系統(tǒng)的監(jiān)控，由工業(yè)控制計算機、輸煤系統(tǒng)PLC和其他系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備（PLC、監(jiān)控儀表）共同構(gòu)成分布式系統(tǒng)（DCS）。

2.3 運行模式

根據(jù)輸煤過程的要求，本系統(tǒng)設(shè)計了兩種運行模式。在一般情況下，采用并行模式，可根據(jù)需要單獨選用或同時運行輸煤一線和輸煤二線。交叉模式是由輸煤一線和輸煤二線的有關(guān)設(shè)備組成的，僅在特殊情況下選用。

2.3.1并行模式

并行一線：
聯(lián)鎖開車順序：10＃皮帶機→8＃皮帶機→6＃皮帶機→2＃破碎機→2＃振動篩→4＃皮帶機→2＃皮帶機→2＃（3＃）給煤機→4＃給煤機。
聯(lián)鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設(shè)定。2＃、3＃給煤機某中一臺備用。

并行二線
聯(lián)鎖開車順序：9＃皮帶機→7＃皮帶機→5＃皮帶機→1＃破碎機→1＃振動篩→3＃皮帶機→1＃皮帶機→1＃給煤機。
聯(lián)鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設(shè)定。

2.3.2 交叉模式

交叉線
聯(lián)鎖開車順序：9＃皮帶機→7＃皮帶機→6＃皮帶機→2＃破碎機→2＃振動篩→4＃皮帶機→2＃皮帶機→2＃（3＃）給煤機。
聯(lián)鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設(shè)定。2＃、3＃給煤機其中一臺備用。

2.4 PLC程序設(shè)計

針對輸煤系統(tǒng)的控制要求以及具體控制方案的實現(xiàn)，設(shè)計程序流程如圖2所示。

圖2 主程序流程

2.4.1 程序說明

·子模塊0：初始化子程序。在PLC加電時根據(jù)各個開關(guān)的位置設(shè)立標(biāo)志位。僅在第一個掃描周期執(zhí)行。
·子模塊1：并行一線聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?。根據(jù)啟動標(biāo)志位1實現(xiàn)并行一線的聯(lián)鎖啟動、聯(lián)鎖停車，并判斷事故停車信號以實現(xiàn)事故停車。
·子模塊2：并行二級聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?。根據(jù)啟動標(biāo)志位2和實現(xiàn)并行二線的聯(lián)鎖啟動、聯(lián)鎖停車，并判斷事故停車信號以實現(xiàn)事故停車。
·子模塊3：交叉線聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?，根據(jù)啟動標(biāo)志位3實現(xiàn)交叉線的聯(lián)鎖啟動、聯(lián)鎖停車，并判斷事故停車信號以實現(xiàn)事故停車。
·PLC的輸出信號控制電機的接觸器，啟動送高電平，停止送低電平。但是，1＃破碎機功率達(dá)90kW，2＃破碎機功率達(dá)110KW，需要降壓啟動，所以啟動時PLC送一個正脈沖，停車時PLC送一個負(fù)脈沖。

2.4.2 程序特點

·特殊標(biāo)志位的使用：使用特殊標(biāo)志位SM0.1，使得初始化子程序（子模塊0）僅在第一個掃描周期執(zhí)行，而在以后的掃描周期不再執(zhí)行。這樣，個別標(biāo)志位在PLC加電后不受開關(guān)變化的影響。例如，并行模式和交叉模式對應(yīng)標(biāo)志位僅在關(guān)掉主控開關(guān)后才能改變。

·內(nèi)部標(biāo)志位的使用：在程序中，利用標(biāo)志位來表示不同的現(xiàn)場情況和程序狀態(tài)，增加了程序的可靠性和靈活性。
·程序模塊化：程序由不同子模塊構(gòu)成，各子模塊獨立完成各自功能，互不干擾，因而程序結(jié)構(gòu)清晰，便于修改。
·定時器的使用：程序中，利用不同的定時器來設(shè)定不同設(shè)備的延時時間，可以靈活地根據(jù)控制要求進行延時時間的設(shè)定。

2.5 部分程序梯形圖

圖3 部分聯(lián)鎖起?？刂铺菪螆D

圖3所示為部分聯(lián)鎖啟?？刂铺菪螆D，T37用于控制設(shè)備的啟動延時，T40～T46用于控制相應(yīng)設(shè)備的停車延時，接收到停車信號時，經(jīng)過相應(yīng)的延時，對應(yīng)定時器置位從而實現(xiàn)聯(lián)鎖停車。Q0.3是1#破碎機的啟動控制輸出通道，啟動1＃破碎機時送出一個寬度為2s的正脈沖。Q0.7、Q1.0分別是2＃給煤機、3＃給煤機的控制輸出通道，M0.1、M0.2 是內(nèi)部標(biāo)志位，用于保證2＃、3＃給煤機始終為一臺工作，一臺備用。

總之，本系統(tǒng)中，PLC作為現(xiàn)場控制設(shè)備，能夠可靠、準(zhǔn)確地完成控制操作，并且可以通過與上級工控機通信，組成分布式系統(tǒng)共同完成輸煤系統(tǒng)的監(jiān)測、控制要求，是現(xiàn)代工業(yè)控制中比較先進的控制方案，應(yīng)用前景廣泛。

目前，本系統(tǒng)已經(jīng)在內(nèi)蒙古伊化集團蘇尼特堿礦電廠投入運行，能夠可靠、準(zhǔn)確地完成控制操作，實時監(jiān)測和記錄輸煤過程運行狀況，并且能對現(xiàn)場出現(xiàn)的各種突發(fā)事件及時做出響應(yīng)，取得了良好的效果。~