摘要 介紹了組態(tài)王在燃煤發(fā)電機組氣力除灰控制系統(tǒng)中的應用。該系統(tǒng)在硬件結構上采用上、下位機雙機熱備用冗余結構，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。文中著重介紹了組態(tài)軟件進行雙機熱備冗余、PLC軟件編程及其硬件實現(xiàn)方法。
一、概述
電力是現(xiàn)代人類文明社會的必需品，而火力發(fā)電是電力生產(chǎn)的主要組成部分，火力發(fā)電是指使用化石燃料（即煤炭、石油、天然氣），通過燃燒釋放出熱能加熱工質，再通過熱力原動機驅動發(fā)電機的發(fā)電方式?；痣娧b機容量占全國發(fā)電裝機總容量的75%。燃煤電廠產(chǎn)生的大量灰、渣, 除少量灰分排入大氣外, 余者都以灰、渣形式由除灰系統(tǒng)送至灰場。除灰系統(tǒng)分機械除灰（適于小電廠的鏈條爐）,氣力除灰和水力除灰三種工藝。除灰系統(tǒng)包括除塵器下的灰斗、輸送風機、液態(tài)化風機、灰?guī)旒盎規(guī)旄綄僭O備、輸送設備、管道、泵、閥門等。現(xiàn)代自動化控制技術以PLC（可編程控器）為核心，能夠按照預定的程序，定時、自動地對除灰系統(tǒng)倉泵等設備進行操作，并具有對除灰過程中可能發(fā)生的異常情況進行智能處理。
本系統(tǒng)采用氣力除灰工藝，氣力除灰系統(tǒng)是將省煤器及電除塵下集灰斗所收集到的飛灰，通過氣力輸送排放到灰?guī)欤缓笥密囇b運。控制系統(tǒng)實時監(jiān)控灰斗料位、氣源壓力、倉泵料位、倉泵壓力、灰?guī)炝衔弧⒒夜軌毫Φ葏?shù)，實現(xiàn)進料、流化、輸灰、吹堵等除灰過程的全自動控制。該程控系統(tǒng)采用可編程序控制器為主控設備,完成對除灰工藝全過程的程序控制，模擬顯示監(jiān)控站采用工業(yè)總線工控機,管理集控式模擬盤顯示、鍵盤操作，上位機采用組態(tài)王監(jiān)控軟件,承擔管理、編程、網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集、定值修改等任務,并設計相應的除灰監(jiān)控系統(tǒng)軟件。該電廠四臺燃煤鍋爐的除灰系統(tǒng)共用一臺PC機進行統(tǒng)一控制,以簡化管理,降低成本。除灰程序控制系統(tǒng)具有完善的聯(lián)鎖保護、故障診斷、多種運行方式和人機對話功能,安全、實用、可靠。系統(tǒng)中PLC與監(jiān)控計算機之間采用以太網(wǎng)通訊方式,提高了通訊速度，并保證數(shù)據(jù)的可靠性。監(jiān)控畫面模擬顯示倉泵狀態(tài)、壓力、料位,灰?guī)炝衔灰约盎夜軌毫Φ雀鞣N工況參數(shù),并具備操作步驟,報警等信號,IO監(jiān)控點有200點左右，均有PLC從各個設備采集，充分發(fā)揮了組態(tài)軟件及可編程序控制器的軟件功能?？删幊绦蚩刂破鞯膽?保證了系統(tǒng)的可靠性,提高了機組運行的安全性能,而監(jiān)控軟件的采用更提高了系統(tǒng)的自動化程度,同時減少了操作人員的工作量,直觀地畫面使操作簡單、可靠、方便,避免了誤操作。
二、系統(tǒng)工藝及設計方案
1、系統(tǒng)工藝
火力發(fā)電廠輸灰流程：電除塵器灰斗→鎖氣器→斜槽→飼料機→倉泵→灰?guī)臁覉?，而從除塵器灰斗至灰?guī)觳糠志唧w輸灰程序為：首先在倉泵泵體內無壓力的情況下，打開進料閥和放氣閥（有倉泵導電除塵器灰斗，以保證倉泵內空氣的排放）、啟動鎖氣器，把電除灰塵灰斗內的灰料經(jīng)鎖氣器→斜槽→飼料機→進料閥送入倉泵內，當泵內的灰料到達一定的程度時，停止鎖氣器運轉，關閉進料、放氣器兩閥，打開出料閥，再開進風閥，利用壓縮空氣將泵內的灰料通過輸灰管道至灰塔。然后再進行料放氣，周而復始，完成將電除塵器分離出的灰送至灰?guī)焖娜蝿?。該系統(tǒng)在整個生產(chǎn)過程中具有重要的作用，正常運行時能確保鍋爐燃煤燒后產(chǎn)生的灰粉及時的輸送出去。
倉泵除灰控制系統(tǒng)的工作原理：
圖1 倉泵輸送系統(tǒng)示意圖倉泵輸送系統(tǒng)在整個除灰控制系統(tǒng)中具有十分重要的意義，主要是通過壓縮空氣將干灰沿除灰管道輸送至灰?guī)旎蛑修D倉，其過程主要通過對各個閥門的控制來實現(xiàn)，示意圖如圖1所示。進料閥由錐閥，連桿和活塞開關等部分組成，當活塞缺的活塞被氣壓推至上部時，連桿帶動搖臂桿使錐閥落下，進料閥開啟；反之，當活塞開關的活塞處于下部時，靠活塞開關內的彈簧的壓力把錐閥推至上方，并與橡膠圈壓緊，此時進料閥處于關閉狀態(tài)。
倉泵工藝流程圖如圖2所示，進氣閥是由閥上的上下氣流壓力差與彈簧之間平衡作用維持一定的開度讓一定量的壓縮空氣進去缺體，使缺體內物料氣化后，借缸體與管道的壓差，將氣化的物料送至輸送管道。倉泵工作時，按下啟動按鈕，系統(tǒng)投入運行，排氣閥打開，通過時間繼電器的延時：延時時間到，進料閥打開，進料此時也是通過一個時間繼電器來計量何時料滿：料滿延時時間到，就關閉放氣閥與進料閥。此時生產(chǎn)應轉入下一過程，當倉泵壓力達到一個給定值時，倉泵就應進行出料的生產(chǎn)過程。此時進氣閥與出料閥都打開，出料延時時間繼電器開始延時，出料完，及出料延時時間到，關進氣閥與出料閥，生產(chǎn)自動切換到進料過程，開放氣閥，然后開進料閥，如此循環(huán)往復的進行生產(chǎn)。
圖 2 倉泵工藝流程圖在倉泵輸灰控制過程中有大量連鎖及閉鎖。如：①在倉泵體仍有余壓得情況下就只能開放氣閥降壓而禁止開進料閥，進料和放氣兩閥未完全關閉時則禁止打開進風閥，以防止返灰；②在灰管壓力較允許值高時則閉鎖打開出料閥和進風閥，以防灰管堵塞或堵塞故障變大；③在空氣母管壓力較低時閉鎖打開進風閥，防止堵管；④在進風閥未完全關閉時，閉鎖大開放氣閥和進料閥；⑤當倉泵內的灰料高度已達到預定位置、同側的另一臺倉泵不再出料狀態(tài)且空氣母管壓力已達到規(guī)定值時，連鎖打開出料計進風閥進行出料；當空氣母管壓力降到規(guī)定值后，連鎖關閉進風、出料閥，停止出料；另外還者有閥門故障檢測系統(tǒng)，當一閥門從全關位置到全開位置或從全開位置到全關位置的動作時間超過一定時間值時，則發(fā)出聲報警信號，提醒運行人員，該閥門已卡，應立即進行處理。
2、方案設計本系統(tǒng)以PLC為控制主體，并配置組態(tài)軟件作為監(jiān)控系統(tǒng)，來實現(xiàn)對除灰系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)視和流程控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡結構簡單，PLC通過工業(yè)總線形式從各設備傳感器、壓力儀表等采集數(shù)據(jù)，通過軟件設計控制程序，對現(xiàn)場開關、閥門等進行監(jiān)控處理，并可以以多種工作方式進行操作，如就地操作模式、遠程操作模式、自動流程控制等，將設備進行集中控制管理，并監(jiān)視其運行狀況，方便進行故障處理。
PLC控制站同監(jiān)控計算機之間通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通訊，控制終端均設置在除灰監(jiān)控中心，由工作人員進行監(jiān)控。上位機根據(jù)工藝流程設計監(jiān)控畫面，具有數(shù)據(jù)采集顯示、數(shù)據(jù)存儲管理、報警輸出、歷史數(shù)據(jù)存儲及報表生成等功能，并連接網(wǎng)絡打印機，方便生產(chǎn)過程中需要生成各種報表文件。該系統(tǒng)設計了冗余的配置模式，兩臺上位機通過以太網(wǎng)相連接，正常時主機進行于PLC的通訊，而主機發(fā)生異常時由從機與下位控制系統(tǒng)通訊，數(shù)據(jù)同步備份，保證了數(shù)據(jù)一致和完整性，使生產(chǎn)安全穩(wěn)定的運行。
三、系統(tǒng)配置及功能實現(xiàn)1、系統(tǒng)配置硬件：監(jiān)控中心配置2臺工控機，安裝組態(tài)王軟件并配有除灰監(jiān)控系統(tǒng)用于工作人員進行監(jiān)控操作，并配置雙機熱備模式；同時安裝歐姆龍PLC，對現(xiàn)場設備進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，并通過以太網(wǎng)交換機連接到2臺上位機，進行數(shù)據(jù)通訊。
軟件：由組態(tài)王設計的除灰系統(tǒng)監(jiān)控軟件對采集數(shù)據(jù)和工藝流程進行管理、控制；PLC 編程軟件將控制程序下裝到PLC，并對PLC進行網(wǎng)絡組態(tài)。硬件配置具有擴展性，用于增加設備或與其他系統(tǒng)進行通訊。
2、系統(tǒng)功能實現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)工藝需求，該系統(tǒng)設計了豐富的畫面顯示，形象動態(tài)的顯示除灰倉泵、輸灰管閥布置圖，并采用不同顏色的顯示來反映各設備的運行狀態(tài)。該系統(tǒng)具有模擬、遠操、自動、手動等控制功能，可以實現(xiàn)對設備的多種控制方式。上位機監(jiān)控系統(tǒng)通過棒圖、趨勢圖等顯示時間、電流、壓力等數(shù)據(jù)形成有效的數(shù)據(jù)分析圖。該系統(tǒng)具有完善的報警處理，系統(tǒng)出現(xiàn)報警時，自動彈出報警畫面、顯示報警內容，并對報警進行記錄，以便查詢、打印。為了提高系統(tǒng)安全，故障出現(xiàn)時，可根據(jù)故障類型，自動采取相應保護措施，對過流、過載、介質異常等具有保護功能。該系統(tǒng)軟硬件配置均具有可擴展性，可以方便的擴展到全廠輔控系統(tǒng)中，實現(xiàn)全廠集中控制。
* 畫面顯示功能：包括倉泵系統(tǒng)監(jiān)控畫面、灰?guī)毂O(jiān)控畫面等，如圖3、圖4 所示，對現(xiàn)場設備進行監(jiān)控。
圖3 1#爐倉泵監(jiān)控畫面倉泵系統(tǒng)中對其壓力、時間、料位等參數(shù)進行監(jiān)控，并可以手動設置工藝參數(shù)，對設備進行相應控制，系統(tǒng)共對4個機組的倉泵進行監(jiān)控，畫面中還包括限值報警狀態(tài)等信息。
圖4 灰?guī)毂O(jiān)控畫面灰?guī)毂O(jiān)控系統(tǒng)中對2個灰?guī)爝M行監(jiān)控，灰?guī)煜到y(tǒng)中的監(jiān)控設備有管道切換閥、灰?guī)炝衔挥嫛⒓訜崞?、攪拌機、散裝機以及氣化風機。畫面中每個管道中有切換閥，其狀態(tài)清晰的反映了現(xiàn)場閥位信號，并可以由工作人員進行操作?；?guī)熘邪惭b了先進技術的射頻導納料位傳感器，可以準確地將灰位信號傳給PLC進而顯示在組態(tài)畫面中，可以使工作人員清楚地分析灰位情況。
* 數(shù)據(jù)管理功能：該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行采集反映在模擬畫面中，通過報表工具生成實時報表，并通過組態(tài)王歷史記錄功能進行存儲，用于生成歷史趨勢、歷史報表，為工藝數(shù)據(jù)分析提供了可靠的依據(jù)。歷史數(shù)據(jù)畫面如圖5所示，實時報表畫面如圖6所示，系統(tǒng)可以方便的對這些數(shù)據(jù)分析結果進行文件生成，用于輸出或進行存儲。
圖5倉泵歷史曲線監(jiān)控畫面
圖6 系統(tǒng)報表監(jiān)控畫面* 系統(tǒng)報警功能：系
