基于PLC的输煤控制系统设计.pdf

第2 4 卷第5 期机电产品开崖局剀新 V 0 1 2 4 N o 5 垫 圭竺旦 旦竺苎 型苎 竺 型 苎竺竺 坐 苎兰 竺 坚 苎 型竺竺璺皇巳 丝 文章编号 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1I 0 5 1 3 5 0 3 基于P L C 的输煤控制系统设计 杜永英1 栾天辉2 马业鹏3 1 沈阳化工大学机械工程学院 辽宁沈阳1 1 0 1 4 2 2 东北大学机械工程与自动化学院 辽宁沈阳1 1 0 0 0 4 3 米其林沈阳轮胎有限公司 辽宁沈阳1 1 0 1 4 1 摘要 通过建立以太网环网和双缆双网的控制层网络C o n t r o l N e t 以及主机的双机热备 提高了系统的可 靠性 采用A BC o n t r o l L o g ix S 0 0 01 7 5 6 系列产品实现了对输煤过程的控制 利用G EiF ixS C A D A 上位机监控软件实现了对输煤和配煤系统的监视和控制 关键词 S C A D A 输煤程控 可编程逻辑控制器 中图分类号 T P 2 3文献标识码 A d o i 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 2 6 6 7 3 2 0 1 1 0 5 0 5 6 D e s ig no nC o n v e y in ga n dD is t r ib u t in gC o a lP r o ce s sC o n t r o lS y s t e m D Uy 册g l 打 g I L U A NT ia n H m 2 M AY e 一忍 谚 1 S ch o o lo f M e ch a n ica lE I l g iI l e cr iI l g S h e n y a n gU n iv e r s it yo f C h e m ica lT e ch n o l o g y S h e n y a n gL ia o n in g1 1 0 1 4 2 C h in a 2 S ch o o lo f M e ch a n ica lE n g iI l ccr in g A u t o m a t io n N o r t h e a s t e r nu n iv e r s it y S h e n y a n gL ia o n in g1 1 0 0 0 4 C h in a 3 S h e n g y a n gM ich e l inT y r eC o m S h e n y a nL ia o n in g 11 0 1 4 1 C h in a A b s t r a ct I nt h isp a p e r t h es y s t e ms t 龇t yw 越e n h a n ce db yb I il 曲唔u pr in gE t h e m e t h o t s p a r er cd a n d u n cym a inco n t n e 巧a n dd o u b l e ca b l ed o u b l en e t w o r kC o n t r o l N e tw h ichb e l o n g st oco n t r o ll e v e linA BP L Cs t r u ct u r es y s t e m I ta d o p t e dA BC o n t r o lk l g i 1 7 5 6s e r ie s p r o d u ct io nt or e a l iz et h el o g icco n t r o lf o rco n v e y in ga n dd it r ib u t in gco a lp r o ce s s I tisl l ig l la v a il a b l et os u p e r v is ea n d m o n it o rt h ee l e ct r icin d ica t o r st og e tt h es y s t e mS t a t eo nC O n V 咖a n dd is t r ib u d n gco a lp r o ce s sco n t r o ls y s t e mb yiF ixS C A D As o f t w a r e K e yw o r d s s u p e r v is o r yco n t r o la n dd a t aa cq u is it io n p r o g r a m co n t r o l l e ds y s t e mf o rco n v e y in gco a l p r o g r a m a b l el o g ic co n t r o l l e r 0 引言 目前主要有以煤炭和燃油为能源的火力发电 水力 发电以及其它利用核能 风力 潮汐和太阳能等新兴发 电方式 发电企业在我国主要是依靠火力发电 它占据 总发电量8 l 的份额 随着节能减排力度的加大火力发 电也愈发成熟 对环境污染得到了有效的控制 成为最 安全的发电方式 在火力发电厂的辅控系统中 煤炭的 输送和分配工作量大 工作条件恶劣 实现输煤和配煤 的自动化控制就显得尤为迫切和重要 1 输煤控制系统 目前输煤控制系统通常采用P L C 和上位机的两级 控制结构方式 利用P L C 对整个输煤系统中的设备进 行数据采集和控制 而通过上位机的人机接口对系统设 收稿日期 2 0 1 1 0 6 0 8 作者简介 杜永英 1 9 7 5 一 女 辽宁辽阳人 讲师 在读 博士 主要从事机械可靠性和机电一体化方面的研究 备进行控制 同时系统中各设备的运行状态信息在上位 机上直观 动态地显示出来 上位机和P L C 之间的数据 通过以太网接口进行通讯 P L C 通过各远程I 0 站对现 场设备进行控制 1 1 输煤程控系统 输煤程控系统可以分为输煤和配煤两部分 对于输 煤部分按要求分为程控方式 集控方式和手动就地方式 1 程控方式 程控方式的所有操作均可通过上位机 键盘操作 运行人员根据工艺要求 可在上位机哂面上 调出预选流程菜单 当程序选择一条完整的流程后 上 位机画面上出现所选流程的程控选通信号 当挡板及犁 煤器全部到位后 经2 0 5 后发出允许启动信号 所选皮 带按逆煤流方向启动各台设备 每条皮带起动前告警器 发出2 0 5 钟警铃 皮带起动后现场警铃停止 程序停机 时按顺煤流逐一按预定的延时停机 在运行中 当任一台设备发生重大事故 如皮带的 拉线动作和持续2 s 的皮带重跑偏 打滑等 系统立即 联跳逆煤流方向的设备 但碎煤机除自身事故外采取延 1 3 5 测试与控制 时联跳 当按紧急停机时 运行设备立即全线停机 仅 碎煤机延时停机 2 集控方式 集控方式分为联锁手动和解锁手动 联锁手动是运行人员在上位机上通过P L C 完成 运行人 员根据运行要求在上位机上调出相应画面进行 对已选 择好的流程的设备按联锁方式逆煤流一对一的启动设 备 按顺煤流方向一对一停机 解锁手动也在上位机进 行操作 此时无任何联锁关系 可启停任何设备 3 就地方式 就地方式是在M C C 柜或就地控制箱 上进行操作 此时控制室对设备不起控制作用 1 2 配煤方式 配煤控制分为程控配煤 手动配煤和就地配煤 程 控配煤根据锅炉对不同煤种的加仓要求 加仓前由控制 室运行人员在上位机画面上调出加仓画面 同时通过键 盘输人给定加仓指令 加仓起始 先依次对出现低煤位 的仓进行优先配煤 待所有煤仓低煤位信号消失且达到 所设定的正常煤位后 再进行顺序配煤 可以设置时间 兼顾高料位信号顺序转到下一个煤仓进行顺序配煤 顺 序配煤过程中 如果又出现低煤位仓则停止原顺序 优 先为低煤位仓配煤并保持原配煤时问 配至一定数量后 再转入顺序配煤程序继续中断的计时 直至计时结束或 达到高料位设置后再按照上位机设定的顺序为下一煤仓 配煤 当全部仓出现满煤位信号后 程序自动停机并将 皮带上的余煤均匀配给各原煤仓 在配煤过程中能自动 跳过满仓 高煤位仓和检修仓 检修犁 检修仓设定可 在上位机画面上设置 手动配煤是在上位机上手动操作 控制任何一台犁煤器的抬落 就地配煤是就地值班员将 犁煤器控制箱允中控制打到就地位置 实现就地配煤 此时该犁煤器不受上位机的控制 2P L c硬件及网络系统配置 输煤系统信号装置包括 速度监测仪 两级跑偏开 关 双向拉线开关 堵煤监测仪 原煤斗高料位计及连 续料位 超声波物位测量传感器 行程开关 输煤程控 系统控制的设备主要包括 双路带式输送机系统 圆环 给煤机 环锤式碎煤机 盘式除铁器 电子皮带秤 双 侧犁煤器 三通挡板 滚轴筛 筒仓安全监测系统 为了提高系统的稳定性 我们对整个输煤控制系统 做了如下设计 主机采用A BC o n t m l L o g ix1 7 5 6L 6 2 冗余 设计 互为热备的机架通过光纤实时更新保持数据的同 步 远程l O 站采用双同双缆冗余的C o n t r o l N e t 控制层网 络与主机通信 管理层采用流行的以太网做环同冗余配 置田 根据现场测控点的分布情况 为输煤系统设定了 一个主站和主控室 碎煤机室和煤仓问i个远程站 系 统的硬件配置和网络设计如图1 所示 圈1 输蒜控制系统硬件豆网络系统配置圈 r t r p lC o a lco u v e y 吨e o t a o ls y s t e mh r d w a r ea n dn e t w o r k e o n l ig u r a f io na I 丑I ca m 3 系统设计 系统采用A BC o n t r o l L g ix 系列P L C 它适用于中型 和大规模的控制系统 其单控制器处理能力达到 1 2 8 0 0 01 0 处理能力 4 0 0 0 个模拟量的处理能力 2 5 0 m s 的P I D 可以达到4 0 0 个 是当今世界上最先进的 P L C 控制器之 在本系统中I O 点数为1 5 4 0 点 其负 载率仅为1 2 使用C o n t r o l L o g ix 控制器需要考虑一般 不需要考虑I O 点数问题 只需要考虑内存问题 其内 存使用量统计为如表1 所示 表1 内存使用量统计 T a b 1S t a t is t icsf o ru s e dm e m o r y 数量单位占用字节数分类占用量 任务I 4 0 6 04 0 0 0 数字 1 3 9 6 4 0 0 5 5 8 4 0 0 模拟量1 4 42 6 0 03 7 4 4 0 0 总计9 3 6 8 0 0 表l 说明了系统所需内存量为 9 3 6 8 K B 为控制 器所含2 M B 内存和C o m p a ct F l a s h6 4 M B 的1 5 这样 可以保证系统运行的稳定 各远程I 0 站与主站C P u 之 间采用C o n t n l l N e t 网络双缆双网冗余连接方式 该网络 最远传输距离为6 k m 各个节点之间最远传输距离为 I k m 最多可连接9 9 个节点 C o n l x o l N e t 是一种实时 控制层的网络 用于传输时间要求很高的I 0 数据和报 测试与控制 文数据 其串行速率可达5 M b p s 对于C o n t r o l N e t 网络 的传输载荷通过表1 的统计可知为9 3 6 8 K B 远小于 5 M b p 8 的带宽 上位机监控软件S cA D A 采用G EiF i 5 通过双网 卡配置 连接到冗余的以太网实现对设备可靠的实时监 控 该网络均有良好的扩充性 还可以通过交换机及必 要的网关设置连接到M I S 或S I S 网实现信息的集中监控 和管理 3 1P L C 逻辑控制设计 首先我们将输煤程控划分为输煤和配煤两部分来实 现 为实现输煤的自动化控制 根据现场设备和电厂的 要求 我们将输煤线路做了详尽的划分 分为若干个流 程以便于上位机上的操作 为了满足集控的要求可以设 置连锁位来控制设备间的连锁 对连锁的控制是基于逆 煤流起动顺煤流停止兼顾意外停机事故来综合考量的 这在P L C 程序中需要设置中间变量以满足各种控制方式 的实现i3 1 对于配煤部分 通过控制犁煤器的抬落来控制煤流 的走向 这些可以按照原煤仓料位计和高料位开关提供 的反馈以及对煤仓 犁煤器等的设置来实现配煤的自动 化 图2 为配煤部分逻辑控制的一部分 它实现了各种 配煤方式的自动选择 3 2 上位机监控 上位机主画面设置了控制方式选择 流程选取 急 停和连锁等选择按钮 可以实时监控设备的运行状态 在程序输煤画面 可以选择程控方式或带连锁的集控方 式或是手动方式来启动设备 若选择程控方式还需要选 择流程然后才可以启动设备 另设配煤画面实现配煤的 顺序配煤 优先配煤和匀煤配煤三种自动配煤方式 顺 序配煤还可以选择顺煤流和逆煤流方式 还设置了手动 配煤方式 在本设计中将对开关量状态改变 模拟量越限等数 据变化存入到历史数据库中 然后再通过编写程序查询 报警历史 本设计采用建立A cce s s 数据库 通过配置 O D B C 连接和对iF ix 中A l a r mO D B CS e r v e r 的配置来建 立报警历史数据库 通过向导可以实现按时间段或是按 图2 配煤系统主程序实现 I F ig 2M a inp r o m g r a mf o rco a ld is t r ib u t io n 照某一点或是某类数据来查询历史数据库问 考虑到煤量 的统计和对煤仓煤位的监视 我们对以上模拟量做了历 史趋势表 可以实时显示 跟踪和查询以上数据 4 结束语 本设计运行稳定可靠 已经成功应用在某火力发电 I 厂的输煤控制系统中 得到了用户的认可 在设计阶段 l 充分考虑了系统的稳定性和可靠性 并通过P L C 主机冗 余热备 控制层的双缆双网冗余和管理层以太网的环网 设计以及上位机的双机配置实现了系统的全冗余设计 I同时本设计还对