火电厂输煤（配煤 部分）控制系统设计.doc

哈尔滨理工大学学士学位论文火电厂输煤（配煤部分）控制系统设计摘要文章介绍了某火电厂原煤仓自动配煤系统的设计开发以及优化过程，重点阐述了循环配煤方案的概念和实现方法。在分析了传统自动配煤工艺流程的不足之后，文章介绍了循环配煤、尾仓自动切换、自动停煤源等街的设计概念，提出完整的循环配煤设计方案。该方案使自动配煤过程进一步得到优化、配煤过程更加连续、煤仓配煤更为充分均衡，提高了设备运行效率，能有效防止加仓溢出情况的发生，最终使自动配煤过程变得更加科学合理、系统运行更为稳定可靠。另外，本文介绍了PLC程序控制在火力发电厂输煤系统中的应用以及控制方式,阐述了整个控制系统的结构和功能,并对其配置及组成部件作了系统的论述。可编程控制器（programmable logic controller）简称PLC。它是历年以来，在集成电路计算机技术基础上发展起来的一种新兴工业控制设备。目前，国外已广泛的应用于自动化控制领域。PC的生产商正不断地开发PC，使PC的应用面越来越广。近几年，国内在PC开发应用方面的发展也很快，除许多从国外引进的设备、自动化生产线外，国产的机床设备已越来越多地采用PC控制系统取代传统的机电接触、控制系统。在控制功能方面，PC机与计算机相比，编程可靠，工业化强，应用和调试周期短，可以在工作环境恶劣下工作。很容易实现机电一体化，因此PC机受到人们的普遍欢迎，成为工业控制领域方面的主流。本文采用结构化设计，不仅便于实现多种运行方式，而且大大提高了程序的可维护性和可靠性。关键词火电厂；配煤控制系统；可编程序控制器（PLC）Design of the coal allocating control system in thermal power plantAbstractThe article introduced the process to design and optimize the automatic allocating coal system in a thermal power plant in detail.Emphatically, the control plan of circular allocating coal to warehouses and its realization method were described. Based on analyzing the shortcomings of the process flow of the traditional automatic allocating coal,such as circular allocating coal,automatic switching the last warehouse, and automatic stopping coal source were introduced one by one.Within the software programming method, an entire plan of designing circular allocating coal system was put up finally. With this optimized control plan, the automatic allocating coal process becomes more continuous, full and even. This control plan improved the efficiency of equipments operating, effectively prevented coal to overflow the warehouse, finally caused the automatic allocating coal process to become more scientific and stable.This can ensure the systems reliability or configuration. The paper mainly deals with the application of Programmable Controller (PLC) design in thermal power plant coal conveying system and its controlling method, and describes the function and construction for the whole control system. Furthermore, this paper details the con of its hardware & software and components for he system. Programmable controller (programmable logic controller). Is called PC.Since it has been undergoes the age,develops one emerging industry control device in the integrated circuit computer technology base.At present,overseas already widespread application to automated control present,overseas already widespread application to automated control domain.The Pc producer unceasingly is developing pc,causes pc the application surface to be more and more broad.In the control function aspect,pc machine and the computer compare, programming reliable, industrialization strong, application and debugging cycle short under,may be bad in the working conditions works. Very easy to realize the integration of machinery, therefore pc machine receives peoples universal welcome,becomes the industry control domain aspect the mainstream.Using object-oriented idea and adopting structured design, the mode that applies subprogram in PLC not only facilitates the implement of manifold run-mode, but also enhances the programs maintainability and reliability.KeywordsThermal Power Plant; Coal Allocating Control System; Programmable Logic Controller不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- III -目 录第1章 绪论11.1 概述11.2 火力发电厂的生产过程11.3 火力发电厂输煤控制系统的现状及发展趋势21.4 课题的背景与意义31.5 问题的提出31.5.1 配煤系统的重要性及目前存在的主要问题31.5.2 PLC在配煤程控系统中的应用4第2章 输煤程控系统的简介62.1 输煤系统的介绍62.1.1 输煤系统发展及特点62.1.2 输煤程控系统的功能72.1.3 输煤程控系统的控制要求82.1.4 输煤系统运行工艺82.2 配煤系统料位计的介绍及选择102.2.1 料位计的定义及应用102.2.2 料位计的分类102.2.3 常用料位计举例10第3章 PLC简介133.1 PLC的现状133.1.1 PLC的发展阶段133.1.2 PLC的发展趋势143.1.3 PLC与普通计算机的比较143.2 PLC系统介绍163.2.1 可编程序控制器(PLC)定义163.2.2 PLC基本组成结构173.2.3 PLC特点173.2.4 PLC原理183.2.5 PLC的性能指标213.2.6 PLC的设计步骤213.2.7 软件PLC233.3 PLC程控系统243.4 PLC在输煤系统中的应用情况243.5 OMRON CJ系列PLC243.5.1 CJ系列PLC的基本系统配置25第4章 配煤程控系统的设计264.1 配煤系统方案综述264.1.1 配煤控制系统构成264.1.2 配煤系统工作原理274.1.3 配煤系统控制及管理功能284.2 配煤系统的组成及要求284.2.1 配煤程控系统的主要信号284.2.2 配煤系统的要求294.2.3 配煤系统控制方式294.2.4 配煤程控系统工艺要求实现的功能304.3 配煤流程和监控系统的构成324.3.1 煤仓的料位配煤控制原则324.3.2 配煤流程344.3.3 监控系统构成344.4 PLC的选择354.4.1 PLC控制硬件的选择354.4.2 PLC控制软件的设计364.4.3 控制系统软件设计原则364.5 梯形图的功能与实现374.6 I/O分配38结 论43致 谢44参考文献45附录A47附录B65千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- 73 -第1章 绪论1.1 概述自动化技术是当今世界上发展最快，生命力最旺盛的技术和最活跃的生产力之一，世界上许多先进国家均投入大量资源，以求在激烈的竞争中占有一席之地。要紧跟世界发展步伐，我国自动化管理也应敏锐地跟踪国内外自动化技术及其在火电厂应用的进展，掌握火电厂先进的自动化技术。现今，火力发电机组己沿着大容量、多元化的方向发展，火电生产系统日益走向复杂化、大型化，火电生产中的过程控制、管理和决策任务越来越繁重，因此，自动化是火电厂非常重要的组成部分，是大型火电机组取得良好安全经济效益的重要保证。随着自动化技术的发展，其在电厂中的地位和作用与日俱增。其中输煤程控又是自动化在火电厂的具体应用，现代的火电厂输煤大多数都是采用PLC来进行控制的。皮带传输系统因其结构简单，使用方便，造价低廉被广泛应用于工业、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。随着发电厂规模的逐渐扩大，煤耗量也逐渐提高，对发电厂输煤系统的性能要求越来越高。11.2 火力发电厂的生产过程发电厂是把各种动力能源的能量转变成电能的工厂。根据所利用的能源形式可分为火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂、风力发电厂等。火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气等燃料的化学能产生出电能的工厂。按其功用可分为两类，即凝汽式电厂和热电厂。前者仅向用户提供电能，而热电厂除供给用户电量外，还向热用户供应蒸气和热水，即所谓的“热点联合生产”。火电厂的容量大小各异，具体形式也不尽相同，但就其生产过程来说却是相似的。大型火电厂为提高燃料效率都是燃烧煤粉。因此，煤斗中的原煤要先送至磨煤机磨成粉煤。磨碎的粉煤由热空气携带经排粉风机送入锅炉的炉膛内燃烧。煤粉燃烧后形成的热烟气沿锅炉的水平烟道和尾部烟道流动，放出热量，最后进入除尘器，将燃烧后的煤灰分离出来。洁净的烟气在引风机的作用下通过烟囱排入大气。助燃用的空气由送风机送入装设在尾部烟道上的空气预热器内，利用热气加热空气。这样，一方面除使进入锅炉的空气温度提高，易于燃煤的着火和燃烧外，另一方面也可以降低排烟温度，提高热能的利用率。从空气预热器排出的热空气分为两股：一股去磨煤机干燥和输送煤粉，另一股直接送入炉膛助燃。燃煤燃尽的灰渣落入炉膛下面的渣斗内，与从除尘器分离出的细灰一起用水冲至灰浆泵房内，在由灰浆泵送至灰场。在除氧器水箱内的水经过给水泵升压后通过高压加热器送至省煤器。在省煤器内，水受到热烟气的加热，然后进入锅炉顶部的汽包内。在锅炉炉膛四周密布着水管，称为水冷壁。水冷壁水管的上下两端均为通过联箱与汽包连通, 汽包内的水经由水冷壁不断循环，吸收着煤燃烧过程中放出的热量。部分水在冷壁中被加热沸腾后汽化成水蒸汽，这些饱和蒸汽由汽包上部流出进入过热器中。饱和蒸汽在过热器中继续吸热，成为过热蒸汽。过热蒸汽有很高的压力和温度，因此有很大的热势能。具有热势能的过热蒸汽经管道引入汽轮机后，便将热势能转变成动能。高速流动的蒸汽推动汽轮机转子转动，形成机械能。汽轮机的转子与发电机的转子通过联轴器联在一起。当汽轮机转子转动时便带动发电机转子转动。在发电机转子的另一端带着一直流发电机，叫励磁机。励磁机发出的直流电送至发电机的转子线圈中，使转子成为电磁铁，周围产生磁场。当发电机转子旋转时，磁场也是旋转的，发电机定子内的导线就会切割磁力线产生感应电流。这样，发电机便把汽轮机的机械能转变成电能。电能经变压器将电压升压后，由输电线送至电用户。释放出热势能的蒸汽从汽轮机下部的排气口排出，称为乏汽。乏汽在凝热器内被循环水泵送入凝汽器的冷却水冷却，重新凝结成水，此水称为凝结水。凝结水由凝结水泵送入低压加热器并最终回到除氧气内，完成一个循环。在循环过程中难免有汽水的泄漏，即汽水损失，因此要适量地向循环系统内补给一些水，以保证循环的正常进行。高、底压加热器是为提高循环的热效率所采用的装置，除氧气是为了除去水含的氧气以减少对设备及管道的腐蚀。电厂能量转换为：燃料的化学能蒸汽的热势能 机械能 电能。在锅炉中，燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机中，蒸汽的热能转变为转子的机械能；在发电机中机械能转变为电能。炉、机、电是火电厂的主要设备，亦称三大主机。与三大主机相辅工作的设备成为辅助设备或称辅机。主机与辅机及其相连的管道、线路等称为系统。火电厂的主要系统有燃烧系统、汽水系统、电气系统等。除了上述主要系统外，火电厂还有其他一些辅助生产系统，如燃煤的输送系统、水的化学系统、灰浆的排放系统等。这些系统与主系统协调工作，它们相互配合完成电能的生产任务。大型火电厂得保证这些设备的正常运转，火电厂装有大量的仪表，用来监视这些设备的运行状况，同时还设置有自动控制装置，以便及时地对主辅设备进行调节。现代化的火电厂，已采用了先进的计算机自动控制系统。这些控制系统可以对整个生产过程进行控制和自动调节，根据不同的情况协调各设备的工作状况，使整个电厂的自动化水平达到了新的高度。自动化控制装置及系统已成为火电厂中不可缺少的部分。1.3 火力发电厂输煤控制系统的现状及发展趋势目前，国外大型燃煤电厂中技术较先进的输煤控制系统多为基于可编程序控制器（Programmable Logic Controller即PLC），智能测量控制仪表，过程控制微机和通用计算机等构成的集散控制系统。采用了目前国际上最先进的3C（控制control，通信communication，计算机computer）技术，实现了模块化，网络化，智能化，多媒体监控系统和输煤程控系统已经形成统一的有机整体，可以在计算机上实现控制，监视，报警，切换等功能，因而比传统的控制系统更加灵活，强大。国内上个世纪九十年代之前建设的火力发电厂除全套引进机组外，输煤系统多为继电器强电集中就地控制方式，自动化程度较低，仅有个别发电厂的输煤系统采用PLC进行程序控制，以取代传统的继电器强电集中控制方式。九十年代末期，随着PLC技术的迅猛发展和广泛应用，其高度的工作可靠性得到了广泛的认同，国内新建的火力发电厂输煤系统普遍采用了PLC进行程序控制，但仍采用模拟屏加按扭式控制台操作方式。进入二十一世纪，输煤系统的程控多采用PLC集散控制方式，所有操作均在上位机上进行，甩掉了模拟屏和按扭式控制台，可实现按流程的联锁程控起停，也可实现解除联锁的手动控制。伴随着这种发展，输煤程控技术也将朝着管理一体化、高度自动化、高度智能化及信息化方向发展。输煤程控将不再仅仅是控制输煤系统的生产运行，而是将更多地开发出设备故障检测及诊断功能，更多的设备信息管理功能等等，并将与厂级MIS系统联网，实现更加远程的监控管理。21.4 课题的背景与意义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。但对发电厂而言，蒸汽工序的炉膛是不容许断煤的，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。随着发电厂规模的迅速扩大，输煤系统的作用日益突出，而传统的输煤系统已无法满足发电厂的需要，因此需要对传统的发电厂输煤系统进行改造。当今世界是一个信息技术高度发展的世界，信息贯穿社会的每个角落，现代化的工厂，管理部门能够知道组织内部的各个职能部门的所有信息，当然也包括车间运行情况及设备状况。厂级乃至各行业都应对现实生产中的各分子结构的情况充分掌握，以便及时调整战略战术，把握工作的重点，推动部门或生产车间的工作，因此建立全自动化的输煤系统，不仅可以让工人从恶劣的环境中、繁重的劳动中解放出来，而且可以通过建立控制网网络将相距较远的各输煤机架控制器相连，实现信息的相互传递，不仅保证了控制的时实性、可靠性，同时便于厂级、车间级管理。1.5 问题的提出1.5.1 配煤系统的重要性及目前存在的主要问题近年来，随着火力发电厂容量的不断增大，配煤自控系统采用以往常规的继电控制方式已不能满足生产发展的需要。而采用集中程序控制后,使配煤设备运行更可靠、更灵活，可维护性、自检能力、安全保障能力及通信功能等也都得到了进一步的提高。PLC是专为在工业环境下应用所设计的，它抗干扰能力强,易于工业控制系统形成一个整体，具有很大的应用开发潜能。随着电力事业的发展与人们对用电量的需求不断增加，大容量、大机组火力发电厂在我国己逐渐占据主导地位。燃料运输、堆卸等环节，是保证机组正常运行发电的基本条件。过去电厂配煤系统的工作任务重、压力大、困难多，已是制约电厂安全发电的一个突出问题。因此，重视配煤系统的工作，深化配煤系统综合治理，是火力发电厂安全、文明、经济、科学管理的重要保证。由于，大型火电厂燃料配煤系统设备种类繁多，分布较为分散，一般都分布在几公里范围内，由于其实时性要求不高，而且不是24小时都需要运行，所以其在电厂的被重视程度往往不如主机系统，导致其生产管理及设备自动化水平相对滞后，而不得不使用较多的人力物力，有的电厂甚至出现燃料运行人员超过主机运行人员的现象。另外，通常配煤系统的设计方案，注重安装机容量耗用额定燃料量的计算，它决定配煤系统的供、卸煤能力。但是理论上计算不能够满足发电要求的燃料量，因为未把可能发生影响供、卸煤正常工作的因素考虑进去，往往造成配煤系统投产运行后满足不了发电要求。在考虑配煤系统的设计中，往往缺乏对大容量电厂配煤系统实际存在问题的了解，把配煤系统的标准压低，认为能具备发电供煤的条件就行，从而忽视了工作中的实际问题，而一旦一个环节出现问题后，就会直接影响到整个配煤系统的运行，以致影响发电厂的发电量。因此，随着火力发电厂容量的不断增大，仍采用过去常规的继电控制方式己远远不能满足生产发展的需要，新型控制方式的配煤系统才有利于火力发电厂的经济运行。1.5.2 PLC在配煤程控系统中的应用火力发电厂的配煤程控系统，它和相应的发电机组配套承担着发电厂的燃煤输送任务，是电厂内工作环境差，劳动强度大的一个系统。有效地提高配煤系统的自动控制和管理水平是国内众多火电厂急待解决的问题。煤是火电厂发电的重要燃料，燃煤合理充分的利用直接决定了电厂的发电量。因此，在发电过程中，高效率的、稳定的、合理的运输，堆取，配煤成为电厂控制系统中十分重要的部分。由于配煤程控系统控制设备多，工艺流程复杂，系统设备分散，粉尘、潮湿、振动、噪音、电磁干扰等比较严重，无论哪一个现场元件如传感器、防护罩、通讯电缆等选择不当，都会直接影响整个系统的安全、稳定和可靠运行。因此该系统必须与完善的工艺、合理可靠的控制对象、可靠准确的保护监视传感设备以及严格的运行管理等密切配合起来，整个系统才能正常投运。传统配煤系统具有以下特点：任务重，为了保证工业用煤，配煤系统必须始终处于完好的状态。日累计运行时间达8-10h以上；运行环境差、劳动强度大。由于各种因素造成配煤系统的运行环境恶劣、脏污，需要占用大量的辅助劳动力；一次起动设备多，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有严格的联锁要求。目前，国内配煤程控系统控制器一般都以PLC为主，它有以下特点：能够承受恶劣的工业环境，具有很强的抗干扰性；结构模块化，系统配置简单；可与工业现场信号直接输入输出连接，针对不同的现场信号有相应的I/O模块；编程简单且具有在线编程功能；可靠性强。基于以上优点，配煤系统采用PLC程控能够方便地实现多种运行方式的选择，使整个系统功能更为合理，更加完备，运行更可靠、更灵活，可维护性、自检能力、安全保障能力及通信能力等也都得到了进一步的提高，有利于解决过去配煤系统投运后易出现的现场问题，从而大大提高了配煤系统的自动化水平。3第2章 输煤程控系统的简介2.1 输煤系统的介绍在我国火力发电厂中所采用的绝大部分燃烧工质是燃煤。由于煤产地与电厂间地理位置或地域不同，就需通过汽车、火车、或轮船把煤运往火电厂煤厂，通过卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统等组成的输煤程控系统输送到指定的煤仓或煤筒。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十分重要的辅助系统，它是保证机组稳发满发的重要条件。基于输煤控制系统在整个火电厂中的重要性，且煤场面积大；输煤系统中的设备和设备种类比较多，各个设备的工况不同，设备之间有很强的联带关系；工作环境恶劣，对设备的干扰比较强，对工作人员的健康有一定的危害，人工作业通讯难以畅通。因此采用现代成熟技术PLC和现代总线网络通讯实现其控制功能，分析现场情况和设备之间的关系，实现输煤系统的程序控制和设备长时间的安全运行，电厂输煤系统自动化，能在很大程度上提高工作效益，保证电厂长时间安全运行。输煤系统是火力发电厂中较为庞大的一个公用系统。随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，输煤系统的规模也大幅度的上升。对其控制方式、运行水平的要求也越来越高。输煤程控系统主要是以可编程控制器为主，实现输煤系统的自动化控制。与强电集中的控制相比，在技术上具有控制功能强，编程简单，实现工艺联锁方便，可省去大量的硬接线，维护方便，可在线修改等特点。2.1.1 输煤系统发展及特点近几年来，国外PLC技术取得了飞跃，其容量成倍扩大、体积不断缩小、功能不断增强，不但具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，还具有PID控制功能，可直接进行A/D，D/A转换，还可以开发管控一体化。使操作、使用和项目开发变得简单、方便。与此同时，PLC技术在电厂输煤设备中亦得到了广泛的应用，除翻车机、斗轮机、胶带机系统等大型工矿设备，实现了PLC控制外，环式给煤机、入厂煤采样机等中型设备亦实现了PLC控制，另外PLC还被应用于实物校验装置、入炉煤采样机等小型设备上。同时PLC能实现远程通讯，联网及上位机监控等，这可为全厂实现计算机控制和管理创造条件。在国内输煤系统普遍采用皮带运输的方式，该方式结构简单、运输的长短便于调整、负荷便于分担、便于添加中间环节。本文所设计的输煤系统是一种单路上煤、配煤皮带运输系统，主要包括螺旋给煤机、叶轮给煤机、卸料机、堆取料机等，另外还装上了传感器及保护装置。随着电子技术、计算机技术、控制技术、信息网络技术的迅速发展，大型火电厂的燃料输煤系统正向着生产过程控制高度自动化、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，现代的大型火电厂的燃料输煤系统实现了设备程控化、现场联网化和可视化，而与MIS系统联网，更提高电厂自动化水平。整个系统控制很分散，覆盖距离远，现场环境恶劣，粉尘、潮湿、振动、噪音、电磁干扰等都比较严重，且受控设备大多数都是强电设备，干扰严重。采用集散型结构，开放性好、易于扩展、性能稳定可靠。上位机采用双机热背形式，可靠性好。双缆通信，网络安全性高。计算机监控管理功能强大、实时采集、及时显示运行工作及有关数据，画面形象逼真，动感强。故障响应准确及时，可自动显示或打印故障时间、性能和地点，并进行声光报警。设备启动或故障时，可自动切换工业电视系统，使控制室内的监视器显示相关区域的图像。系统具有联锁保护功能。程控配煤中，低煤位优先、顺序配煤和余煤配煤三种方式相结合。可实现分炉计量和堆煤记量功能。为确保安全运行，系统对被测设备设置各种检测和保护功能。可根据需要，实现输煤程控系统与MIS或DCS的联网。42.1.2 输煤程控系统的功能上煤控制功能：上煤控制功能分程控自动、程控手动和就地手动三种方式。程控自动方式的所有操作通过程控室上位机软操作实现，程控手动方式包括程控联锁手动，程控解锁手动两种。 程控启停操作及手动单控操作：设备在启动前，对要启动的给、输、配煤设备进行选择来决定全系统的启动程序。再根据选定的程序运行方式，按所发出的启动指令进行启动，在启动前，可通过监视程序流程或模拟屏显示确定程序正确与否，如有误可及时更改。需要停止设备运行时，将控制开关打在停机的位置。运行的设备经过一定的延时之后，按顺煤流方向逐一停止。程序配煤和手动单独操作：配煤控制功能分为程控自动配煤、远方手动配煤和就地手动配煤三种方式，配煤系统具有完善的分路计量功能。通过预先编制的配煤程序，使所有的犁煤器按程序要求抬犁或落犁，依次给需要上煤的煤仓进行配煤。当遇到机组锅炉检修、输煤设备检修、个别仓停运时，程序控制按照设置的“跳仓”功能自动跳仓，犁煤器将自动抬起、自动停止配煤。 设备状态监视：对皮带的运行状态进行监视，对原煤仓煤位、犁煤器的状态进行监视，对设备的历史过程进行记载。故障音响报警：设备在运行中发生皮带跑偏、落煤管堵煤、煤仓煤位低、皮带撕裂、电动机故障跳闸、现场故障停机时，程控CRT发出故障报警信号，模拟系统图上对应的设备发出故障闪光，同时电笛发出故障音响信号。煤仓煤位测量显示及管理监测和记录功能：输煤系统具有计算机管理功能，能自动采集运行工况及有关数据，实现实时流量编制、修改及状态显示，打印各种报表和记录，并能在CRT上查询和调用有关数据。事故追忆功能：所有重要报警信号、连锁保护信号、设备故障跳闸信号等均随时按发生顺序进行记录和存储，并能够随意调用和打印。上煤、配煤方式选择功能：系统逻辑中应根据工艺系统的特点，预先设置多种上煤、配煤方式。运行人员可以根据输煤系统设备状况选择不同的上煤、配煤方式。42.1.3 输煤程控系统的控制要求输煤系统通常采用控制室集中控制方式，控制室内正常运行方式以程序自动控制为主，带联锁或解除联锁手动控制为辅（事故或紧急情况下运行方式），运行人员在控制室内通过CRT、键盘、鼠标等可以实现对全部主要输煤设备的监视和控制。输煤程控控制包括上煤系统、配煤系统、系统监测管理、事故报警、事故自诊断、煤量统计、报表打印及上位管理机的管理等。2.1.4 输煤系统运行工艺现场有两个煤原，即原煤仓和取煤筛口。无论取煤机从哪个煤原取煤，煤最终都要落到A、B两条皮带上。煤经运输皮带的零段、段、段，最终运动到达段的分煤机架上。分煤机架的下方是储煤仓。分煤机架的分煤功能是通过位于每个煤仓上方的皮带机上的犁刀相应动作实现。当此犁煤器进刀动作时，而且分煤机架上有煤，皮带机正在输煤时，分煤机架上的煤将经过获煤口被送入对应的煤仓，对应煤仓获煤。每个储煤仓的获煤口都有各自相应的电动犁煤器。出煤口的出煤就是供发电厂锅炉使用的燃料。沿A、B带为1、2、3号锅炉的6个煤仓配煤；每个锅炉配有2个煤仓，每个煤仓有4个获煤口，A、B两条带分别为2个获煤口供煤。根据各煤仓获煤口煤位，控制犁煤器抬落，来控制煤落入煤仓，剩余原煤至皮带末端则直接落到段尾部的6号煤仓。如图2-1所示。5图2-1 输煤系统工艺图2.2 配煤系统料位计的介绍及选择煤仓中的结构是相当复杂，而且传统的粉仓加料方式又各种各样，诸如：皮带给料机、刮板机、斗式提升机等。被测介质也各不相同，比重，颗粒度等给测量带来很大困难，因此需要选择有效的料位开关对煤位进行检测。本设计中选用的料位计是振动棒料位计。2.2.1 料位计的定义及应用料位计也叫：料位控制器，料位开关，它是测量固体料位仪表的统称。料位计广泛应用于：1钢铁工业：金属粉沫，颗粒，钢球，矿石2食品工业：奶粉，粮食，糖果，饼干3电力工业：原煤块，煤粉，除尘灰4粮食加工业：米，麦，豆类，糖5化工，轻工业：盐，烟草，木屑，化肥，碳黑6医药工业：药料，药片，药丸，药粉7建筑工业：水泥，白灰，粘土，砂石，石膏8塑料工业：塑料切粒，胶木粉，塑料粉2.2.2 料位计的分类常见的种类有：机械式料位计；电容料位计；射频导纳料位计；音叉料位计；振动棒料位计（同属音叉）；重锤料位计。2.2.3 常用料位计举例2.2.3.1 振动棒料位开关当今石油化工行业当中，各种料位开关（也称料位控制器）的使用已经越来越广泛，而且在自动控制中起着十分重要的作用。料位开关的种类繁多，根据它们检测料位的方式不同，可大体分为静电电容式、振动式、超声波式，机械式，核辐射式，侧压式，电触点式等，而且它们工作的原理也各不相同。根据工艺介质的特性，正确选择和使用料位开关，是保证料位开关正常可靠工作的关键。本论文使用振动棒料位开关。振动棒料位开关与电容式料位开关原理不同。电容式料位开关的工作原理是探头与料仓壁作为两相对极板组成一个完整的电容器，其上被施以高频静电场，基于静态电容放电回路的工作特性，当探头端部位于介电常数r=1的大气中时，电容放电回路的放电常数=RCA,其中R为回路阻抗，CA为电容器之容抗，当介电常数大于2.0的物料进入探头周围的高频电场区时，容抗CA增大，时间常数亦随之增大，当上述时间常数的变化量进行取值处理后，内部的电子开关系统将根据开关的具体报警模式被触发报警，可对固体散料进行限位探测。振动棒料位开关的主要构件是一块集成电子元件和一根检测单棒探杆，探杆由内杆和外杆组成，接通电源后会以350HZ的振动频率振动，并且达到振动平衡当外杆接触到粉料或散料时，振动平衡被打破，电子线路板上的惠斯通电桥的平衡也被打破，通过电子元件触动继电器发出开关量信号。其信号电路构成原理图如图2-2所示。fU0U1惠斯通电桥继电器图2-2 振动棒料位开关电路构成原理图当外杆接触到粉料或散料时，振动频率f、惠斯通电桥输出电压U0和继电器开关量输出U1会分别产生变化。根据粉料的一些特性和振动棒料位开关的特点，为了使外杆的振动能在正常的情况下动作，必须防止额外影响振动棒的振动。在实际的应用中，安装问题正是影响振动棒料位开关正常动作的关键。在白银10Kt/a红矾钠磨粉和配料工段中，铬矿仓、白云石仓、石灰石仓、窑灰仓和纯碱仓等都是圆形的粉仓，下面是圆锥形，料位开关安装在圆锥体部分和料仓的顶部。总体上考虑时，安装应避开死角、桥、投料口和安息角。所以对于顶部垂直安装的料位开关，只要将安装的部位避开进料口和其他的管道和设备就可以了。正确的安装方式应该在振动棒的正上方固定一挡板，以防止物料砸在振动棒的上面，当物料位到达振动棒时，振动减弱，平衡被打破，继电器输出正确的开关量，就会在控制室中报警，当物料低于振动棒时，继电器的输出又恢复到原来的状态，控制室报警解除，达到了控制和监视的目的。另外，振动棒振动频率的稳定，也会对输出产生一定的影响。对于交流电的电压允许有一定的波动范围，它们是+10%到-15%之间的波动，对于直流电是+10%到-10%之间的波动。由于振动棒料位开关的探头、灵敏自清洁功能、单棒结构、抛光度可调以及带LED指示继电器状态等，因此它在测量粉料和散装固料的料位问题中有着广泛的应用。为了能使振动棒料位开关可靠地工作，必须考虑各种因素，做到选型合理，安装位置合适，配线及接地正确。通过对它的原理和安装方面的知识的了解，会在它的实际应用中更加得心应手。本文选用的是欧源仪表有限公司生产的加长型振棒料位开关。具体型号为：NIVOCONT RKL-307-5。2.2.3.2 超声波料位计超声波物位变送器是测量一个超声波脉冲从发出到返回整个过程所需的时间。超声波传感器垂直安装在液体或物体的表面，它向物/液面发出一个超声波脉冲，经过一段时间，超声波传感器接收到从物/液面反射回的信号，信号经过变送器电路的选择和处理，根据超声波发出和接收的时间差，计算出物、液面到传感器的距离。它是近代发展起来的一种新型测量流量的仪表，只要能传播声音的流体均可以用超声波流量计测量；超声波流量计可以测量高粘度液体、非导电性液体或气体的流量，其测量流速的原理是：超声波在流体中的传播速度会随被测流体流速而变化。超声波流量计一般不作结算计量仪表使用，对于现场计量点损坏生产不能停机更换，又需要检测参数指导生产的情况也往往用到超声波流量计。超声波流量计最大优势是用于大口径流量测量（管径大于2米），即使有些结算用计量点，经过使用双方认可，选用精度高的超声波料位计，可以节约成本，并减少维护量。2.2.3.3 射频导纳料位计射频导纳物位控制器是目前国际物位控制器跨世纪的前卫替代产品，在欧美国家和日本已被广泛应用，国内的用户也在用它替换旧的产品。它可以检测所有物料而不受物料的密度、颗粒大小、化学成分、沉积粘度和导电特性等参数变化的影响。广泛地应用于液体、粉体、浆体、固体等多种物料的控制。 主要特点：1通用性强：适用于各种场合，可检测颗粒、飞灰、导电、非导电液体、粘稠物料；2抗粘附电路：先进的抗粘附电路设计，可以消除物料的粘附而产生虚假错误信号；3失电保护模式：低位或高位故障报警。现场可调。第3章 PLC简介3.1 PLC的现状长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因，在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合于当前工业企业对自动化的需要。另一方面，PLC还必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。PLC需要解决的问题依然是新技术的采用、系统开放性和价格。PLC技术发展的最终趋势仍然是人们所争论的焦点之一。大多数人认为，PLC将会继续失去市场份额。在自动控制领域中，目前国内外有为数众多的生产PLC的厂家。大型PLC市场主要由欧美产品占领，如德国西门子公司，欧姆龙公司、美国艾伦布拉德利公司、GE公司、莫迪康公司、法国的TE公司等。而中小型PLC市场主要由日本的产品占领，如三菱、东芝、富士等。由于我国的计算机生产还比较落后，所以PLC生产也不尽人意。目前大部分国内厂家走吸引的道路，其产品接近或兼容于国外著名公司的同类产品。就总体而言，目前国内应用主要采用进口产品。3.1.1 PLC的发展阶段虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：早期的PLC（60年代末-70年代中期）：早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式-梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指示，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。 中期的PLC（70年代中期-80年代中后期）：在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC的功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC的应用范围得以扩大。近期的PLC（80年代中、后期至今）：进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片，这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。3.1.2 PLC的发展趋势信息技术的发展对现代控制技术提出了更高的要求，作为现代工业支柱之一，PLC面向未来的信息时代也在不断完善、增强和拓展自身的功能，以更好地适应现代控制系统的发展要求。1功能更强，速度更快PLC是计算机技术、通信技术和自动控制技术三者有机结合的高科技产品，随着微电子技术、计算机技术、通信技术和现代自控技术的飞速发展，PLC的功能也在不断增强，并将推出速度更快、功能更强的PLC系列产品。2模块更丰富现代PLC系列产品中的模块正在向智能化、功能专一、品种齐全的方向发展。以微处理器为基础的智能I/O模块可与PLC的主CPU模块并行工作，提高PLC扫描速度，又可实现模块自适应、参数自整定等功能，从而使I/O接口功能、过程控制功能大大增强。根据实际控制对象的具体要求，现代PLC将会研制出更多的功能模块和更完整的系列产品。3与其它智能控制系统的融合现代PLC系统采用了更强的微处理器、容量更大的存储器，并将逻辑控制、模拟量控制、数学运算及通信功能等有机结合了起来，性能不断提高，同时PLC与工业控制计算机、集散控制系统（DCS），嵌入式计算机等系统在功能和应用方面相互渗透、相互结合，拓宽了更广阔的控制应用领域。4通信功能增强PLC系统己具有了很强的通信能力，可在PLC间、PLC与计算机间近距离或远距离联网通信，形成统一的、分散式集中控制系统。同时由于各厂家PLC通信协议的专用特点，现代PLC系统将更多采用标准工业总线，向MAP规约靠拢，使不同机型的PLC系统间可自由联网通信，实现资源共享，适应现代工业无人、无线、远程、复杂的综合控制管理的需要。3.1.3 PLC与普通计算机的比较可编程序控制器与普通计算机的比较：PLC是一种工业控制计算机，它具有计算机共性的一面，但由于历史发展的原因和它的设备适用现场控制使它具有区别与普通计算机的特点。PLC的设计者着重于高可靠性和密封结构，适用于恶劣的工业环境可靠性高。从应用范围来说，可编程控制器是专用机，而微机属通用机。从工业控制角度来说，可编程控制器是控制通用机，而微机可做成某一控制设备的专用机。主要区别是：PLC工作目的是生产过程自动化，普通计算机主要用于科学计算、数据处理。PLC的工作环境是工业现场，普通计算机是机房。PLC的工作方式是扫描工作方式，普通计算机是中断工作方式。PLC编程采用了面向操作者的逻辑语言，普通计算机采用高级语言。可编程控制器的输入输出响应速度慢（毫秒级），有较大滞后现象，而微机反应速度很快（微秒级）。输入输出设备不同。在自动化控制系统中，使可编程控制器集中在控制功能上，而使微机集中在处理信息上，使之各用所长、相辅相成，共同发展。可编程控制器的发展动向和趋势：1编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化。PLC提供了完整的编程语言，以适应PLC在工业环境中的使用。利用编程语言，按照不同的控制要求编制不同的控制程序，这相当于设计和改变了继电器控制的硬接线线路。这就是所谓的“可编程序”。程序由编程器送入到PLC内部的存储器中，它也能方便地读出、检查与修改。由于PLC是专为工业控制需要而设计的，编程时完全可以不考虑微处理器内部的复杂结构，不必使用各种计算机使用的语言，而把PLC内部看作是由许多逻辑部件组成，利用PLC提供的编程语言来编制控制程序。PLC提供的语言通常是：梯形图编程（Ladder Programming），功能图编程（Function Chart Programming）和布尔逻辑编程（Boolean Logic Programming）。PLC更复杂的应用需要高级的编程工具，其软件的发展与硬件同步。如早期的梯形图，今天的布尔代数（SIPROM）、专用高级语言（PSM，PLM等）。对于复杂的控制系统，梯形图就显得麻烦和费时，容易出错。因此，逐步发展出许多新的编程语言，如布尔逻辑语言，PLC专有的高级语言（如MELSAP），面向功能块的流程图语言（如ASEA MASTER-PIECE语言），与计算机兼容的高级语言（如BASIC和C语言）等。2新部件和模块不断推出。智能输入输出模块本身具有CPU，能独立工作，可与PC主机并行操作，在可靠性、适应性、扫描速度和控制精度等方面都对PC作了补充如智能通信模块、语音处理模块、专有智能PID控制模块、专有数控模块、智能位置控制模块、智能模拟量模块。3PLC加强了网络通信功能。由于可用PLC构成网络，因此，各种个人计