1、前言
　　
　　輸煤系統是火力發電廠中較為寵大的一個公用系統。隨著我國電力工業的迅速發展，火電廠的裝機容量和單機容量都日益增大，輸煤系統的規模也大幅度的上升。對其控制方式、運行水平的要求也越來越高。輸煤程控系統主要是以可編程控制器為主，實現輸煤系統的自動化控制。與強電集中的控制相比，在技術上具有控制功能強，編程簡單，實現工藝聯鎖方便，可省去大量的硬接線，維護方便，可在線修改等特點。PLC不僅能完成復雜的繼電器控制邏輯，而且也能實現模擬量的控制，甚至智能控制；并能實現遠程通訊，聯網及上位機監控等。可為全廠實現計算機控制和管理創造條件。對地域分布較廣的實現計算機控制和管理創造條件。對地域分布較廣的系統還可以增加遠程控制站及閉路電視監視系統。
　　
　　近十幾年來，國外PLC技術取得了飛躍，其容量成倍擴大、體積不斷縮小、功能不斷增強，不但具有邏輯運算、計時、計數、順控等功能，還具有PID等特殊控制功能，可直接進行A/D、D/A轉換，還開發管控一體化。使操作、使用和項目開發變得簡單、方便。與此同時，PLC技術在電廠輸煤設備中亦得到了廣泛的應用，除翻車機、斗輪機、膠帶機系統等大型工礦設備，實現了PLC控制外，環式給煤機、入廠煤采樣機等中型設備亦實現了PLC控制，另外PLC還被應用于實物校驗裝置、入爐煤采樣機等小型設備上。
　　
　　目前，PLC在輸煤系統中的應用基本上限于設備級，各設備或系統處于各自的PLC控制之下，相互間基本獨立。與當初輸煤設備的控制從就地走向集中一樣，輸煤系統的PLC控制也將從設備級發展到車間級，甚至工廠級，這是輸煤系統降耗、增效的需要，也是生產管理和監控的需要。國內個別電廠已在這方面做了一些探索，如元寶山發電廠一期輸送機系統PLC與二期輸送機系統PLC在清華大學的指導下已成功聯機。
　　
　　2、輸煤程控系統的控制方式及其功能特點
　　
　　隨著大容量、高參數火力發電機組的迅速發展，為滿足大規模火力發電企業的要求，大型火電廠燃料輸送系統也發生了質的變化，從過去抓斗機+推煤機+膠帶輸送機制模式發展為大型翻卸設備、堆取料設備和膠帶機系統有機結合、密切協作的燃料輸送系統。燃料輸送系統的功能主要包括卸煤和貯煤、配煤、上煤、煤的粗處理等幾個方面。卸煤和貯煤設備主要包括翻車機、斗輪機和相應的膠帶機系統，配煤設備主要為環式給煤機和筒倉，上煤設備主要為犁煤器和相應的膠帶機系統，煤的粗處理設備主要包括除鐵器、滾軸篩和碎煤機等。由于大型火電廠在一定時間內煤量相差很大。用煤量亦相差很大，煤質差別也可能較大，同時為滿足配煤和煤的粗處理的要求，燃料輸送系統必須具有多種多樣、十分靈活的運行方式，才能滿足機組穩發滿發的要求。
　　
　　輸煤控制系統的控制方式有計算機控制方式、操作臺控制方式和就地控制方式。3種控制方式可能通過選擇開關選擇。計算機控制方式就是操作人員通過計算機鍵盤選擇和啟動輸煤系統，將指令傳送到PLC系統，PLC系統按照梯形圖程序啟動有關設備，并將相關信息傳送給計算機。操作臺控制方式就是操作人員通過操作臺上的開關和按鈕進行選擇和控制，同時相關信息通過模擬屏進行顯示。就地控制方式是通過位于電機旁的控制箱進行現場控制。對輸煤控制系統的要求主要是根據生產工藝注意輸煤順序之間的連鎖和輸煤系統各電機啟動和停止的順序，遇有緊急情況時能緊急停車。
　　
　　下面我們以陽邏電廠的輸煤程控系統為例來說明。
　　
　　3、邏輯電廠的現有的輸煤程控系統簡介
　　
　　本控制系統對象為：皮帶機25條（其中兩條為雙向運行），皮帶給煤機4臺，電機振動給料機4臺，帶式除鐵器2臺，盤式除鐵器4臺，環式給煤機6臺，斗輪堆取料機2臺，滾軸篩2臺，振動防閉塞裝置35臺，翻車機2臺，共計102臺設備。
　　
　　圓筒倉共6個（其中一、二期各3個），每個倉下面各對應1臺環式給煤機，每個圓筒倉設一個低煤位傳感器及四個高煤位傳感器，每個圓筒倉有4臺犁煤器（尾倉只有2臺），每臺犁有抬到位及落到位位置信號，原煤倉共有16個（其中一、二期各8個），一、二期各有兩條（雙側）皮帶供煤，每個煤倉有一個低煤位和二個高煤位傳感器，每個煤倉有2臺犁煤器（除尾倉外），每臺犁煤器有抬到位及落到位置開關。
　　
　　皮帶機設有速度、現場急停、輕跑偏、重跑偏、重打滑、撕裂、DL跳閘、跳合閘回路斷線、運行、煤流信號、除煤流信號外其它信號均輸入到PC內，其中輕跑偏和跳合閘回路斷線分別為每條皮帶的信號并聯后輸入PC，啟動打滑信號是通過速度信號經PC程序判別后進行處理的。
　　
　　程控系統采用了西門子公司的S5、15U（CPU942）型PC為控制主機，PC全部開關量信號，所有現場的輸入、輸出信號均通過繼電器隔離，以提高系統的抗*力并保護PC模塊使其具有更高的可靠性，同時控制室內、外自成系統以便維護檢修，現場信號全部用DC110V傳送，進入控制室經110V直流繼電器后，其觸點將DC24V電壓接通，進入PC進行處理；PC輸出模塊輸出的DC24號驅動DC24V繼電器，其觸點將DC110號送至現場，以啟停各類控制設備。
　　
　　本系統可分為兩個相對獨立的分系統，一是上煤系統，指圓筒倉以前的設備；一為配煤系統，指圓筒倉以后的設備，每個分系統均包括皮帶系統和配倉系統，除程序選擇和試燈外，均可獨立控制，系統有兩條短路皮帶（12PA/B），配煤系統的煤源可以不來自圓筒倉而直接來自上煤系統的煤源。
　　
　　上煤系統與配煤系統的控制方式相同，根據上面所列的具體情況，每個系統的皮帶系統的控制方式分為“程控”和“解除保護”兩種；每個系統的配倉系統分為“程配”和“手配”兩種方式。其中，前三種方式都可以通過PC編制的程序進行控制，而“手配”方式系統不參與控制，而通過操作臺上的按鈕開關進行一對一的操作，該方式不作為正常運行方式，只在調試或應急情況下使用。
　　
　　4、對陽邏電廠的現有的輸煤程控系統改造方案設計與實施
　　
　　首先整個輸煤程控系統改進后應具備以下的新特點：
　　
　　1、改進后形成一個車間級的PLC控制網絡
　　
　　陽邏電廠原輸煤程控系統的控制對象僅僅為膠帶輸送機系統及其附屬設備，只能算是一個設備級的PLC控制系統，而其它大型設備如斗輪機、翻車機等并沒有納入該系統控制范圍，改造后新系統的首要任務是建立一個車間級的PLC控制系統，將所有輸煤系統設備納入該系統的監控范圍，這就需要建立一個PLC控制器網絡。該網絡包括二臺翻車機PLC控制器，兩臺斗輪機的PLC控制器、6臺環式給煤機的PLC控制器等。該網絡還應該具備和廠Mis系統聯網的能力。
　　
　　2、改造后的新系統應該有強大的監控功能
　　
　　新系統不僅有開關量控制，還有模擬量控制，同時為操作人員提供大量的適時信息，系統本身也綜合有關信息對部分設備實施自動調節控制，如環式給煤機比例調節等。
　　
　　3、改造后的系統應該有豐富的運行信息管理功能
　　
　　這包括各種報表管理、缺陷管理，工作票管理和設備定期輪換管理，圓筒倉的煤量及煤質查詢等。
　　
　　4、新系統應該有很高的運行可靠性
　　
　　輸煤設備的運行環境十分惡劣，大多數電氣控制柜置于地平線以下，其濕熱、高粉塵環境大大增加了電氣接線和繼電器吸合方面的故障，控制電纜接地也是經常發生的故障，同時，由于控制電纜與高壓動力電纜在一個電纜溝內遠距離傳輸產生較高的感應電壓，造成偶然性的誤信號。新系統應盡可能地縮短電纜敷設距離和盡量少地使用電纜。
　　
　　下面就具體的實現做詳細的介紹。
　　
　　一、硬件組態
　　
　　綜合分析OMRON、MODICON、SIMENS三種品牌PLC組件及其軟件功能后，從開發簡單、使用方便、組態靈活、功能強大幾方面考慮本系統選用了SIMENSSIMATICS7系列PLC組件。
　　
　　1、上位機監控系統
　　
　　本系統采用上位機監控方式取代原來的模擬盤控制方式，整個輸煤系統的運行操作和監視全部在上位機上實現。在上位機上不僅應顯示系統設備的運行狀態、過程參數、故障報警等，還應能進行與運行有關的各種相關信息的收集、整理與存檔管理。上位機還應具備與Mis系統聯網的能力。
　　
　　本系統配置二臺上位機，一臺作為工程師站，一臺作為操作員站，且二臺互為備用，上位機通過PROFIBUS-DP網與主PLC聯接。上位機選用兩臺PG760工控機，監控軟件選用SIMENS公司的WinccV4.02。
　　
　　2、可編程控制器系統
　　
　　本系統主PLC采用二臺SIMATICS7-400系列機，二臺主機互為熱備用，負責下級PLC控制器的控制和皮帶機輸送系統的控制。另外還有5臺PLC選用SIMATICS7-300，分別負責翻車機系統、環式給煤機系統、#1斗輪機系統、#2斗輪機系統和皮帶機系統的控制。
　　
　　3、遠程I/O站
　　
　　本系統設置兩個遠程I/O站，一個負責圓筒倉的犁煤器配煤I/O控制。另一外負責原煤倉的犁煤器配煤I/O控制。遠程站的通信電纜采用光纜。設置遠程站極大地減少了控制電纜的數量和長度。將大大地減少因電纜接地或接線不良引起的故障，采用光纜作為通信電纜將消除電壓、電流信號的干擾。
　　
　　4、一次儀表
　　
　　本系統取消所有一次儀表，現場測量信號經變送器后，直接送主PLC，在上位機上顯示，當超過定值時，提示報警信息或直接控制停機。
　　
　　二、軟件配置
　　
　　1、上位機監控系統
　　
　　本系統上位監控軟件選用SIMENS公司的WinccV4.02作為開發平臺。利用該軟件的變量存檔編輯器和報表設計器，可以很方便地為運行用戶過程數據生成用戶檔案庫，并組態成報表。
　　
　　2、PLC控制軟件
　　
　　PLC控制軟件選用SIMATICSTEP7作為控制軟件開發平臺。STEP7編程軟件是一個全集成的、標準統一的，采用全局關系型數據庫的組態工具。它采用了現代化的軟件體系結構，對項目進行管理、處理、歸檔和建立文件。
　　
　　三、PLC網絡的組建
　　
　　為提高控制性能，往往要把在地理上處于不同位置的PLC與PLC，或PLC與計算機，或PLC與智能裝置通過傳送介質連接起來，實現通訊，以構成功能更強、性能更好的控制系統。PLC聯網之后，還可進行網與網相聯，以組成更為復雜的系統。PLC網還可與計算機相聯，成為它的一個子網。
　　
　　PLC聯網的目的有：
　　
　　1.提高控制范圍及控制規模
　　
　　PLC多安裝于工業現場，用于當地控制。但如果進行聯網，則可實現遠程控制。距離近的可以為幾十、幾百米，幾千米，或更遠，可大大提高PLC的控制范圍。聯網后還可增加PLC可控制的I/O點數。
　　
　　2.實現綜合及協調控制
　　
　　用PLC實現對單個設備的控制是很方便的。但若有若干個設備要協調工作，用PLC控制。較好的辦法是聯網，即每個設備各用一個PLC控制，而這些PLC再進行聯網。設備的單獨工作各由各的PLC控制，而設備間的工作協調，則靠聯網后PLC間的數據交換解決，以達到協調控制的目的。
　　
　　若要對若干設備及裝置組成的生產線，PLC聯網后則可進行綜合控制，把對設備級的控制提高到對生產線的控制。
　　
　　3.實現計算機監控及管理
　　
　　由于計算機具有強大的信息處理及信息顯示功能，工業控制系統已越來越多地利用計算機對系統進行監控與管理，而要計算機實現這個功能，則必須使PLC與計算機聯網。
　　
　　PLC與計算機聯網，可以實現以下功能：
　　
　　①讀取PLC工作狀態及PLC所控制的I/O點狀態，并顯示在計算機的屏幕上，以便于人們了解PLC及其控制的設備的工作狀態。
　　
　　②改變PLC工作狀態，以及向PLC寫數據。這可改變PLC所控制的設備的工作狀況，或改變PLC的工作模式，起到人們干預控制的作用。
　　
　　③讀取由PLC所采集的數據，并進行處理、存儲顯示及打印。
　　
　　4.實現計算機聯網編程
　　
　　若用計算機與PLC聯網，再使用相應的編程軟件，可使用梯形圖或流程圖編程，以至于還可用其它語言編程，比較方便。
　　
　　5.可簡化系統布線、維修，并提高其工作的可靠性。
　　
　　6.可對現場智能裝置（包括智能設備、智能儀表、智能傳感器等）進行管理，充分發揮這些裝置的效益，推進生產自動化、智能化。
　　
　　7.大大提高了資源的共享率，并可通過相應的配置實現可靠的容余。
　　
　　8.易實現自項賂下分層分級的聯網控制。
　　
　　二、SiemensPLC網絡的復合型網絡拓撲結構
　　
　　PLC網絡的分層與生產金字塔結構中的層不是一一對應的關系，幾層功能可以合并由一層子網去實現，只要這幾層功能中傳送的信息對通信的要求基本一致就行。采用復合型結構不僅使通信具有適應性，而且具有良好的可擴展性。
　　
　　下圖是一個典型的工廠自動化系統的三維網絡結構。基于現場總線PROFIBUS-DP/PA控制系統位于工廠自動化系統中的底層，即現場級與車間級。現場總線PROFIBUS是面向現場級與車間級的數字化通信網絡。
　　
　　1）現場設備層：主要功能是連接現場設備，如分散式I/O、傳感器、執行機構、開關設備等，完成現場設備控制及設備間連瑣；如一臺加工設備控制、一條裝配送線或一條生產線上現場設備之間的連鎖控制。主站（PLC、PC機或其它控制器）負責總線通信管理及所有從站的通信。總線上所有設備生產工藝控制程序存儲在主站中，并由主站執行。
　　
　　2）車間監控層：車間級監控用來完成車間主生產設備之間的連接，如一個車間三條生產線主控制器之間的連接，完成車間級設備監控。車間級監控包括生產設備狀態在線監控、設備故障報警及維護等。通常還具有諸如生產統計、生產調試等車間級生產管理功能。車間級監控通常要設立車間監控室，有操作員工作站及打印設備。車間級監控網絡可采用PROFIBUS-FMS，它是一個多主網，這一級數據傳輸速度不是zui重要的，而是要能夠傳送大量信息。
　　
　　3）工廠管理層：車間操作員工作站可通過集線器與車間辦公管理網連接，將車間生產數據送到車間管理層。車間管理網作為工廠主網的一個子網。子網通過交換要機、網橋或路由等連接到廠區骨干網，將車間數據集成到工廠管理層。車間管理層采用通常所說的以太網，即IEC802.3、TCP/IP的通信協議標準。
　　
　　廠區骨干網可根據工廠實際情況，采用如FDDI或ATM等網絡。
　　
　　整個輸煤程控網絡的配置如上圖：
　　
　　Ⅰ.整套網絡全部采用SIEMENS的設備，這樣可以使用現場總線技術，實現*的分布式結構，可充分獲得這一*技術所帶來的利益；
　　
　　Ⅱ.網絡zui上層為以太網，兩臺PLC直接掛接在網上，實現雙機熱備，以便可靠地將輸煤系統的狀態和參數傳送到全廠MIS。同時通過以太網將化驗站、分爐計量和皮帶稱來的信息也送到MIS；
　　
　　Ⅲ.網絡第二層為PROFIBUS-DP網，五臺PLC分別為輸送機子系統、翻車機子系統、斗輪機子系統1、環給子系統、斗輪機子系統2，它們在運行本子系統的同時通過PROFIBUS-DP網絡與PLC1和PLC2進行通信，以便接收參數或發送狀態。操作員站和工程師站連接在PROFIBUS總線上作為監控站，可完成遠程編程、修改參數及在線監控功能；
　　
　　Ⅳ.網絡第三層為遠程I/O鏈路：AS-i接口層，遠方現場的一些執行器、傳感器或小型模塊（LOGO！）通過DP/AS-I鏈接器和PROFIBUS-DP網絡進行通信，以便接收參數或發送狀態；
　　
　　Ⅴ.具體配置如下：
　　
　　PLC1、PLC2：采用S7-400系列CPU415-2DP，外加以太網通信模塊CP342-1；
　　
　　PLC3、PLC4、PLC5、PLC6、PLC7：采用S7-300系列CPU315。
　　
　　操作員站和工程師站：采用PG760。PG760是一種功能強大的臺式計算機，與通常的AT/MicroDOS/WindowsPC機兼容。PG760有集成的MPI接口。選擇CP5411網卡可連接到PROFIBUS-DP上。配置STEP7編程軟件包可作為編程設備使用。使用PG760通常不要配置WINCC等軟件包作為監控操作站使用。
　　
　　5、小結
　　
　　該方案盡管還末正式投入使用，但按照方案在實踐中初步調試的運行情況證明：整個系統安全可靠，穩定性高，將原來相對落后的輸煤程控系統提高到了一個新的臺階。隨著計算機控制設備的進步，目前火力發電機組大多采用分布式控制系統（DCS）或現場總線控制系統，如輸煤配煤控制系統、化學水處理控制系統、除灰控制系統等，由于其獨立分散，且距離主廠房較遠，大多數尚未納入DCS控制系統，仍以可編程控制器（PLC）為主，外加一些操作、顯示、連瑣和報警組成一套獨立的控制系統。再加上微機監控系統和工業電視監控系統，使之與主設備的控制水平相協調，大大提高了全廠運行的可靠性和自動化水平。相信隨著我國電力工業的發展，程序控制作為輸煤系統的主要控制方式，在火力發電廠將得到更加廣泛的應用。