基于PLC控制的火电厂输煤系统设计

基于 PLC 控制的火电厂输煤系统设计I摘 要从 1996 年开始我国的发电量就稳居世界第二，而在我国煤炭资源丰富，热力发电厂大部分都是火力发电厂，火电厂中的输煤系统是其重要的组成部分。由于火电厂中运行的环境差和劳动强度大，我们想迫切地想用一种非人力工作来代替我们的人体手工劳动。改变这种状况的时间是人类发明了可编程逻辑控制器（programmable logic controller，简称 PLC） ，根据电厂的实际情况，在输煤系统自动化改造工程中一般采用可编程逻辑控制器实现对生产设备的自动检测与控制。电厂输煤程控系统一般包括卸煤系统、储煤系统、上煤系统和配煤系统几个部分，具有组成设备多且位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等方面特点，一般采用以可编程控制器（PLC）为主要控制设备的监控系统来实现对整个工艺过程的控制。本文在了解输煤流程和设备的基础上，通过输煤流程图和输煤皮带保护图统计出设备数目,进而统计所需 I/O 点的数目，进行 PLC 选型。介绍 PLC 在输煤控制系统中的应用，主要是通过输煤皮带控制、控制犁煤器抬起落下和叶轮给煤机控制来实现的，最后提出输煤系统的控制策略。从而改善了火电厂的工作坏境，提高了火电厂的工作效率。关键词 输煤系统，PLC，火电厂毕业设计(论文)IIAbstractSince 1996 our countrys power is ranks second in the world, and in my country is rich in coal resources, thermal power plants are mostly coal-fired power plants, coal conveying system in thermal power plants is an important part of it. Due to thermal power plants running in the environment and the intensity of labor is big, we want to desperately want to work with a kind of human to replace our human manual labor. Change this time is human invented the programmable logic controller (programmable logic controller, PLC), according to the actual situation of power plant, commonly used in automated reconstruction project of a coal conveying system programmable logic controller to realize the automatic detection and control of the production equipment. Power plant coal SPC system generally includes coal unloading system, storage system, coal and coal blending system parts, composition of equipment and more dispersed, strong interlocking relationship between equipment, equipment operation safety conditions, reliability requirements of higher characteristic, generally USES the programmable controller (PLC) as the main control equipment monitoring and control system to implement the control of the entire process. Based on the understanding of coal, on the basis of process and equipment, through the flow chart of coal and coal conveying belt protection figure statistics the number of devices, and statistics needed, the number of I/O points of PLC selection. Introduces the application of PLC in the coal conveying control system, mainly through the coal conveying belt control, control of coal plough up down and impeller coal feeder control, finally bring forward the control strategy of a coal conveying system. Coal-fired power plants were improved working environment, improve the efficiency of coal-fired power plants. Key Words Coal Blending System，PLC，heat-engine plant基于 PLC 控制的火电厂输煤系统设计III目 录摘 要 .IAbstract.II1 引 言 . 1 1.1 选题意义 . 1 1.1.1 课题来源及研究目的和意义 .1 1.1.2 国内外在输煤系统方向的研究和现状分析 . 2 1.2 传统火电厂输煤系统与当前火电厂输煤系统比较 .3 1.2.1 传统火电厂输煤系统简介 . 3 1.2.2 当前火电厂输煤系统简介 . 3 1.3 输煤系统控制方式及其功能特点 . 41.4 输煤系统概况及工艺要求 . 5 2 输煤系统工艺流程 . 62.1 输煤系统控制及主要设备 . 7 2.1.1 卸煤控制及主要设备 . 7 2.1.2 储煤控制及主要设备 .8 2.1.3 上煤控制及主要设备 .10 2.1.4 配煤控制及主要设备 .10 2.2 输煤系统皮带保护设备 . 10 2.2.1 两级跑偏开关 . 10 2.2.2 双向拉绳开关 .11 2.2.3 纵向撕裂检测装置 .122.2.4 溜槽堵塞检测装置 . 13 2.2.5 打滑检测装置 . 13 2.2.6 料流检测装置 . 14 2.3 输煤系统其他保护辅助设备 . 15 2.3.1 高低煤位检测装置 . 152.3.2 电动挡板三通分料器 . 16 2.3.3 电磁除铁器 .16 2.3.4 除尘设备 . 16 2.3.5 料仓振动器 . 162.3.6 碎煤机 .17 毕业设计(论文)IV2.3.7 电子皮带秤 . 17 2.4 输煤系统配煤、给煤设备 .172.4.1 犁煤器 . 17 2.4.2 叶轮给煤机 . 19 3 可编程控制器介绍 . 20 3.1 可编程控制器概述 . 20 3.2 可编程控制器内部工作方式 . 22 3.3 可编程控制器的应用 . 24 3.4 西门子 S7-200 性能介绍 . 25 4 火电厂输煤系统的程序设计 .27 4.1 系统结构 . 27 4.2 输煤工艺控制方案 . 28 4.3 输煤系统的控制流程及要求 . 29 4.4 输煤系统的控制方案设计 . 30 4.41 控制系统的 I/O 点及地址分配 . 30 4.4.2 PLC 选型 . 314.4.3 输煤系统程序及说明 . 324.4.4 紫金桥组态仿真 . 32 5 结论 . 35 致 谢 . 36 参考资料 .37 附 录 . 38 基于 PLC 控制的火电厂输煤系统设计- 1 -1 引 言1.1 选题意义世界各国的工业大多数用的是皮带传输，原因是皮带传输系统因其结构简易，使用方便，制造成本低廉，因此被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面，在采矿运输、冶金送料、车站及码头的货物运输更是广泛使用，同样，发电厂的输煤系统也采用皮带传输。发电厂输煤系统是热工厂中较为非常庞大的一个控制系统，其任务是卸煤、配煤、上煤以达到按时、保质、保量的为机组提供燃煤的目的。1.1.1 课题来源及研究目的和意义近 20 年以来，特别是近 10 多年的时间里。我国电力工业得到了迅速性、全面性的发展。我国连续超越了许多发达国家，从 1996 年开始就稳居世界第二。基本上扭转了长期困扰我国经济发展和人民生活需要的电力严重短缺的局面。对于热力发电厂来说燃料是一个至关电厂发展的重要能源，而在我国煤炭资源丰富，热力发电厂大部分都是火力发电厂，显而易见地输煤系统在火电厂中具有举足轻重的地位，火电厂中的输煤系统是其重要的组成部分。随着我国电力事业的飞速发展，火电厂锅炉、汽轮机等单机容量及生产过程的控制模块不断增大，冗余参数越来越高，主辅机及其相应的热力设备和系统更加错综复杂。输煤系统是电力生产燃料供应的有利保障，是电厂辅助系统的重要组成部分之一。因此在输煤系统中选择比较有优势的 PLC 控制系统，整个控制过程具有正常运行及事故处理、各种参数的监测，报警信号的发出、装置的调节、控制及设备危险时的保护功能。实践证明 PLC 系统可以有效的防止事故的扩大，保证设备和人身的安全。传统的热电厂输煤控制系统是一种基于继电接触器，现场环境十分恶劣，工人们通过开动承前起后的皮带运输机及取煤机向锅炉前的储煤仓输煤，经常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等故障。但对热电厂而言，加热水产生蒸汽的炉膛是不允许断煤的。输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓的，不仅可以保证输煤系统故障时，工人们有足够的时间排除故障，也可以保证输煤设备有充足的时间用来检修。随着发电厂机组的迅速增加，输煤系统的作用日益突出，而传统的输煤系统已无法满足热电厂的需要，因此需要对传统的发电厂输煤系统进行改造。传统输煤系统具有以下特点：(1)任务重 。 为了保证工业所需用煤，输煤系统必须始终处于完好的状态。日累计毕业设计(论文)- 2 -运行时间达 8-10h 以上。(2)运行环境差、劳动强度大 。 由于各种因素造成输煤系统的运行环境恶劣、脏污，需要占用大量的辅助劳动力。(3)一次起动设各多，安全联锁要求高。 同时起动的设备高达 20-30 台以上，在起动或停机过程中具有十分严格的联锁需求。1.1.2 国内外在输煤系统方向的研究和现状分析从 1996 年以来我国的电力生产能力已稳居世界第二，但人均占有发电量的排位靠后，随着中国经济的高速发展，电力生产自动化水平的提高和管理水平的不断进展将更为重要。而电厂辅助系统是火电厂正常稳定运行的重点组成环节，输煤系统就是其中之一环节。现在，国内大部分火电厂的输煤系统都已采用 PLC 进行控制。对电厂未采用 PLC 控制的输煤系统部分进行控制改造已成为一种潮流。如今国内大中型火力发电厂输煤系统普遍采用 PLC 进行程序控制，以取代系统的继电器强电集中控制方式。但多数火电厂输煤程控系统仅利用了 PLC 基本开关量逻辑组合功能，其模拟量处理、回路调节等高级功能尚未开发以及应用。输煤控制系统主要是以可编程控制器（PLC）为主，实现输煤系统的自动化控制，与强电集中控制相比，在技术上具有控制功能强，编程简单易懂，实现工艺联锁很方便，可省去大量的硬件接线，维护方便，可以作在线调试、修改等特点。PLC 不仅能完成复杂的继电器逻辑控制，而且也能实现模拟量的控制，甚至智能化控制；并能实现远程通讯，联网及上位机监控等。可为全厂实现计算机控制和管理创造有利条件。对地域分布较广的系统还可以增加远程控制站及闭路电视监视系统。随着火电厂规模和锅炉、汽轮机等单机容量的不断扩大，许多大型工况设备在输煤系统得到大规模地应用，目前多数具备自动或半自动化的设备，如翻车机、斗轮机、入场煤采样机、入炉煤采样机和环式给煤机等都有各自的 PLC 控制系统。如何控制好和管理好这些大型生产设备，使整个输煤系统在最高效率状态下运行，是国内火电厂输煤系统发展课题中需要解决的首要问题。全集成化的输煤过程控制器系统是能够满足对输煤设备的管理与控制要求的好方法。与先进的主机控制系统相比，目前的输煤控制系统则显得十分落后。以武汉阳逻电厂输煤控制系统为例，基本上为集中加就地控制模式，其 PLC 控制系统仅仅满足了皮带输送机的集中控制功能。简言之，其 PLC 控制器仅仅代替了皮带输送机及其辅助设备（如挡板、振打器等）的启、停按钮的功能，其完成的仅仅是部分设备的顺序控制功能，无法达到整个系统的协调控制，而斗轮机、翻车机、环式给煤机均处于各自相对独立的情况下运行，其结果是运行岗位人员设置过多，人员工效率低，系统设备间配合不协调、设备空转导致的电能损耗、设备磨损等损耗较大。PLC 在输煤系统中的应用基本上限于设备级，各设备或系统处于各自的 PLC 控制之下，相互间基本独立。随着国内火电厂机组的扩建和 PLC 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，输煤系统的 PLC 控制也将从设备级发展到车间级。基于 PLC 控制的火电厂输煤系统设计- 3 -近些年来，随着电子技术、计算机技术、控制技术、信息网络技术的飞速发展，现代工业生产正向着生产过程控制的高度自动化、工艺设备及测控设备高度智能化、生产管理高度自动化等方向发展，作为大型火电厂的燃料输煤系统也不例外，而且随着电气自动化的产品价格大幅度下调，可靠性大大提高，过去那种认为燃料输煤系统不需要较高自动化程度的观点已显得非常不合时宜，从率先实现设备程控化、现场联网化和可视化，再到与 MIS 系统联网，以及随着 WFT3 嵌入技术深入到元件级和网速度可靠性的进一步提升，实现透明工厂和移动工业智能控制完全可能成为现实。1.2 传统火电厂输煤系统与当前火电厂输煤系统比较1.2.1 传统火电厂输煤系统简介传统的发电厂输煤系统是一种基于继电接触器和人工手动方式的半自动化系统，现场环境十分险恶，工人们通过开动承前起后的皮带运输机及取煤机向锅炉前的储煤仓输煤，经常有皮带跑偏、皮带撕裂和落煤管堵塞等。但对发电厂而言，蒸汽产生工序的炉膛是不允许断煤的；于是，蒸汽机前通常有一个很大的储煤仓。输煤系统工作时尽量将煤装满储煤仓，不仅可以保证输煤系统故障时，工人们有足够的时间排除故障，也可以保证输煤设备有充分的时间检修。1.2.2 当前火电厂输煤系统简介火电厂种类很多，但从能量转换的观点分析，其生产过程基本相同，都是将燃料的化学能转变为热能，推动涡轮机（蒸汽轮机、燃气轮机）做功产生机械能，经发电机转化为电能，最后通过变压器将电能送入电力系统。当前火电厂输煤系统是趋向于无人操作自动化控制系统。火电厂输煤控制系统的主要任务就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达到按时保质保量的为机组（原煤仓）提供燃煤的目的。整个输煤控制系统是火电厂需要十分钟的支持系统，它是保证机组稳定满负荷运转的重要条件。考虑到输煤控制系统在整个火电厂中的重要性，而且煤厂面积大、工作条件恶劣、人工作业通讯很难畅通等特点，利用现代成熟的 PLC 和现代总线网络通讯实现其控制，用上位机软件来实现现场监控与现场无人化操作，以达到自动化控制的目的，大大减轻了工人的工作量，提高了电厂的工作效率，为发电机组源源不断提供燃料，保证机组正常运行。输煤控制系统在整个电厂辅助控制系统中扮演着十分重要的角色，正是这样该系统承担的任务量是很重的，且运行环境差、劳动强度大，控制过程中启动设备很多，同时启动的设备高达2030 台以上，在启动或停机过程中有严格的联锁要求。 这样对自动化程度要求就很高，注重系统稳定性。采用组态王结合 PLC 对输煤控制中各流程进行控制，通过以太网进行数据传输，采用双网冗余技术，保证了系统的安全性和稳定性，充分体现了自动化技术在输煤系统中的重要作用。毕业设计(论文)- 4 -1.3 输煤系统控制方式及其功能特点火力发电厂的输煤系统是火电厂辅机系统的重要组成部分，随着火电厂中单机容量和总装机容量的不断扩大，一个高出力、高可靠性和灵活性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。输煤系统由卸煤、上煤、配煤、煤场的堆取和混煤等环节组成，系统有两条输煤线，包括斗轮机、翻车机、皮带输送机、给煤机、皮带机、振动筛、碎煤机及犁煤器等主要设备组成。输煤系统承担从煤码头或卸煤沟至储煤场或主厂房原煤仓的运煤任务。输煤系统的始点是翻车机卸下来的煤，通过皮带机既可输送到煤罐，也可输送到煤场储备，然后再通过斗轮机和皮带机再输送到煤罐。煤罐中的粗煤通过位于煤罐低部的环式给煤机，连续均匀地分配给上煤皮带输送机，再经过筛分和碎煤机加工，进入原煤仓，为了使几个原煤仓的煤量合理分配，可通过控制犁煤器的抬落，按照顺序配煤和优先配煤原则，完成输煤系统的任务。输煤系统的主要控制形式大致可分为三种：（1）就地手动控制主要控制设备是装有一至数台设备启停控制按钮的小型就地控制箱，并设有工况、报警状态的简单提示。就地手动控制不能实现系统复杂的联锁要求，现多数只作为设备检修、调试时的辅助控制手段。（2）集中手动控制设备的启停控制集中在一个控制屏上，其联锁保护通常由继电器逻辑阵列实现。控制屏上有设备运行工况的模拟指示、信号报警等。集中手动控制能够实现简单运行方式控制及设备启动联锁的一般要求。其缺点是电缆敖设量大，连线复杂，一旦制造完成其运行方式及不易改变。（3）集中程序控制这是以可编程控制器为主控设备的集中自动控制，它用可编程控制器的逻辑软件取代继电器的逻辑阵列，能够实现输煤系统复杂运行方式的控制要求。与其它控制方式相比，它具有可靠性高、控制方式灵活等优点，是目前输煤控制系统的主流。以上 3 种控制方式可以通过选择开关选择。输煤控制系统的控制方式有计算机控制方式、操作台控制方式和就地控制方式。三种控制方式可以通过选择开关选择。计算机控制方式就是操作人员通过计算机键盘选择和启动输入，将指令传送到 PLC 系统，PLC 系统按照梯形图程序启动有关设备，并将相关信息传送给计算机。操作台控制方式就是通过操作台上的开关、按钮进行选择和控制，同时相关信息可通过模拟屏进行显示。就地控制方式是通过位于电机旁的控制箱进行现场控制。对输煤控制系统的要求主要是根据生产工艺处理输煤顺序之间的连锁和输煤系统各电机启动和停止的顺序，当有紧急情况时能紧急停车。基于 PLC 控制的火电厂输煤系统设计- 5 -1.4 输煤系统概况及工艺要求输煤系统的安全、可靠运行是保证电厂安全、高效运行不可缺少的环节。系统控制设备多、流程复杂分散与控制室相距较远。又由于上煤过程中不可避免的煤粉飞扬，使得整个系统环境非常恶劣。同时输煤系统中的设备、现有控制方式大部分为单独直接控制方式操作，可靠性差，自动化水平低。为了提高火电厂自动化水平，为电厂安全稳定发电创造条件，这些都决定了必须提高输煤系统的自动化平，这样才能减轻劳动强度，改善劳动环境，提高输煤系统的效率和管理水平。为