摘  要 本文介紹基于和利時(shí)公司 LK系列PLC的熱電廠(chǎng)秸稈上料自動(dòng)化控制系統，根據系統工藝要求提供了一種降低成本、增加可靠性的控制方案，實(shí)現了對熱電廠(chǎng)秸稈上料系統工藝過(guò)程及生產(chǎn)設備的監測與自動(dòng)控制。該系統為冗余熱備CPU配置，性能穩定、功能齊全、性?xún)r(jià)比高、擴展靈活。

　　關(guān)鍵詞  秸稈發(fā)電；上料系統；LK；

　　1 引言

　　高速發(fā)展的中國經(jīng)濟對能源和環(huán)保提出了越來(lái)越高的要求，利用秸稈燃燒發(fā)電是充分利用能源，保護生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一。據測算，每?jì)蓢嵔斩挼陌l(fā)電量相當于一噸煤，不僅如此，環(huán)境國際能源機構的研究表明，秸稈還是一種很好的清潔可再生能源，其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量卻高達1%。除了具有較好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，秸稈發(fā)電還具有可觀(guān)的社會(huì )效益，根據清潔發(fā)展機制（CDM），秸稈發(fā)電項目可以通過(guò)出售溫室氣體減排量來(lái)獲取建設資金。因此，從節能環(huán)保、充分利用農村再生資源、建設環(huán)境友好型社會(huì )的角度出發(fā)，利用秸稈燃燒發(fā)電在我國得到了廣泛應用，成為利國利民的“朝陽(yáng)”產(chǎn)業(yè)。

　　本文介紹的基于LK系列PLC的控制系統在滿(mǎn)足熱電廠(chǎng)設備安全、高效運行的同時(shí)，具有良好的經(jīng)濟價(jià)值，社會(huì )效益和推廣前景，目前已成功應用于連云港協(xié)鑫熱電廠(chǎng)和寶應協(xié)鑫熱電廠(chǎng)秸稈上料系統現場(chǎng)。

　　2 工藝流程介紹

　　2.1 秸稈發(fā)電工藝介紹

　　協(xié)鑫熱電廠(chǎng)采用秸稈為原料，將其打碎并包裝成捆，上料系統將深加工后的秸稈燃料通過(guò)散包機進(jìn)行二次打碎，并將二次打碎后的燃料分散成碎料送至皮帶機，皮帶將分散后的秸稈碎料送入蒸汽爐的加熱系統內充分燃燒，使蒸汽爐循環(huán)水轉變?yōu)樗魵馔苿?dòng)汽輪機旋轉，再由動(dòng)能轉化為電能。整個(gè)上料系統包括散包機的原料分散和皮帶機的物料輸送兩部分。

　　2.2 秸稈發(fā)電上料系統

　　散包機原料分散系統

　　散包機由壓料輥、導料輥、輸送輥、一次側散包機、二次側散包機幾部分組成。秸稈燃料進(jìn)入散包機后，先由壓料輥將其進(jìn)行二次粉碎，粉碎后的燃料通過(guò)導料輥進(jìn)入輸送輥。后由輸送輥送入一次側散包機進(jìn)行分散作業(yè)，分散后再次經(jīng)由輸送輥送至二次側散包機進(jìn)行二次分散作業(yè)。

　　皮帶機物料輸送系統

　　經(jīng)二次分散作業(yè)后的秸稈燃料由散包機進(jìn)入皮帶機內，燃料由0#皮帶機/1#皮帶機→2#皮帶機→3#皮帶機，最后由3#皮帶機將其送入加熱爐的爐膛內進(jìn)行燃燒。

圖  1   上料系統結構示意圖

　　3 自動(dòng)化控制系統設計

　　協(xié)鑫秸稈發(fā)電廠(chǎng)控制系統分為生產(chǎn)管理級、現場(chǎng)控制級和就地控制級三層結構，利用高速工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）進(jìn)行連接以實(shí)現信息和資源的共享，其優(yōu)先級分別為就地控制級最高，其次為現場(chǎng)控制級，最低為生產(chǎn)管理級。由LK組成的現場(chǎng)控制站位于該系統的的現場(chǎng)控制級，并接入電廠(chǎng)原有的DCS系統中。

圖  2 自動(dòng)化控制系統結構

　　生產(chǎn)管理級

　　位于蒸汽爐、汽輪機聯(lián)產(chǎn)系統控制室內，由原有DCS監控系統構成。各監控計算機對主要工藝設備的運行狀態(tài)和生產(chǎn)過(guò)程的工藝參數進(jìn)行數據采集及顯示。上料輸送系統的PLC控制站通過(guò)串口通訊，與DCS系統的通訊服務(wù)器連接并由該服務(wù)器將PLC控制站數據傳入DCS的I/O服務(wù)器內，I/O服務(wù)器上運行的監控軟件將該數據進(jìn)行顯示并下發(fā)控制命令。

　　現場(chǎng)控制級

　　即PLC控制級，由LK大型PLC構成，采用CPU雙機熱備的冗余結構，使整個(gè)系統運行穩定可靠。其功能是讀取上料系統中散包機和各皮帶機的運行參數并根據生產(chǎn)管理系統下發(fā)的指令來(lái)控制系統中各設備的運行。采集數據主要包括散包機各組成部分變頻器的運行狀態(tài)、反饋電流以及故障信號；皮帶機的運行狀態(tài)、反饋電流及各皮帶機的在線(xiàn)檢測開(kāi)關(guān)信號?，F場(chǎng)控制級接受生產(chǎn)管理級的調度，但并不依賴(lài)于生產(chǎn)管理級而運行，若監控計算機出現故障或并沒(méi)有投入使用亦或通信網(wǎng)絡(luò )出現故障，該控制站仍能正常工作，對整個(gè)工藝過(guò)程沒(méi)有影響。

　　就地控制級

　　將設備切換到現場(chǎng)手動(dòng)狀態(tài)，以實(shí)現設備的就地手動(dòng)控制。就地手動(dòng)控制具有最高的優(yōu)先級，主要應用在設備調試、維護階段。

　　秸稈發(fā)電廠(chǎng)上料控制系統采集原料分散系統中負責控制壓料輥、導料輥、送料輥、一次側散包輥和二次側散包輥等設備的變頻器狀態(tài)信號及數據信號并對以上設備發(fā)送控制信號；實(shí)時(shí)讀取并控制物料輸送系統中各皮帶機的工作狀態(tài)，包括各皮帶機組的A/B兩條皮帶的啟?？刂萍胺浪毫?、打滑、堵料、跑偏、拉繩等在線(xiàn)檢測開(kāi)關(guān)。

　　4 工藝控制策略

　　A/B組傳動(dòng)系統分為兩個(gè)環(huán)節，如圖1所示，系統1是輸送整料的，需要散包機分散，然后進(jìn)入2#皮帶機、3#皮帶機，最后進(jìn)料倉；系統0是輸送散料的，不需要散包機分散，經(jīng)0#皮帶機、2#皮帶機、3#皮帶機進(jìn)入料倉。具體過(guò)程如下4.1 系統0控制

圖  3 系統0控制順序圖

　　系統0啟動(dòng)

　　3#皮帶機是系統的末端，直接進(jìn)料倉或鍋爐。必須先起動(dòng)，否則就會(huì )發(fā)生堵料現象，即優(yōu)先級最高，在皮帶機3# 啟動(dòng)60s正常運行后在啟動(dòng)2#皮帶機。同理順次啟動(dòng)皮帶機0#。

　　系統0停止

　　系統停止控制與啟動(dòng)順序正好相反，從進(jìn)料端順序停止。相應的皮帶機要做延時(shí)停止，保證物料完全被傳送出去。

　　4.2 系統1控制

　　系統1啟動(dòng)

　　3#皮帶機是系統的末端，直接進(jìn)料倉或鍋爐。必須先起動(dòng)，否則就會(huì )發(fā)生堵料現象，即優(yōu)先級最高，在皮帶機3# 啟動(dòng)60s正常運行后在啟動(dòng)2#皮帶機。同理順次啟動(dòng)皮帶機0#、散包機。

　　系統1停止

　　系統停止控制與啟動(dòng)順序正好相反，從進(jìn)料端順序停止。相應的皮帶機要做延時(shí)停止，保證物料完全被傳送出去。

圖  4 系統1控制順序圖

　　故障處理

　　系統中的設備都提供了故障信號，根據故障信號停止相應的設備。一般在系統運行時(shí)，當某一個(gè)皮帶機或散包機發(fā)生故障時(shí)，其相應的聯(lián)鎖設備也會(huì )停止，保障系統的安全。如圖5所示

圖  5故障處理示意圖

　　5 系統功能

　　協(xié)鑫熱電廠(chǎng)上料輸送系統通過(guò)將PLC控制站接入原有DCS系統實(shí)現了對工藝流程的監測、控制以及數據的處理、存儲、分析以及報表打印等任務(wù)。
　
　　工藝流程顯示

　　顯示工藝流程的同時(shí)將所有的設備狀態(tài)、工藝參數以及各控制回路的詳細參數等進(jìn)行了有針對性的實(shí)時(shí)采集與顯示。
　
　　設定值顯示

　　包括所有必需參數的設定值、控制方式、調節參數以及其它聯(lián)鎖值、報警值等。

　　報警顯示

　　包括實(shí)時(shí)報警、歷史報警。系統可在線(xiàn)診斷各類(lèi)故障，查找故障部位并報警。包括工藝數據報警、設備故障報警、系統故障報警，根據不同的報警信息提供不同的報警畫(huà)面，在故障確認后可實(shí)現報警解除。

　　報表顯示和打印

　　采用了DDE技術(shù)，從而使用戶(hù)能夠直接使用Excel編制報表。借助Excel的強大功能，用戶(hù)可以隨心所欲地編制各種各樣的報表?？梢允菍?shí)時(shí)數據的報表，也可以是歷史數據的報表。

　　歷史數據的存儲與檢索

　　對重要的數據進(jìn)行在線(xiàn)存儲，數據的存儲時(shí)間最長(cháng)為10年?？梢酝ㄟ^(guò)歷史報表或者歷史趨勢曲線(xiàn)的方式來(lái)檢索歷史數據。

　　控制

　　在監控計算機上可以進(jìn)行遠程手動(dòng)控制，使用鼠標、鍵盤(pán)控制PLC來(lái)啟動(dòng)和停止現場(chǎng)的設備。

　　操作記錄

　　對重要設備的操作、重要參數的修改均會(huì )自動(dòng)記錄，包括登錄的操作員、對設備進(jìn)行的操作、時(shí)間以及修改前的參數值、修改后的參數等，以利于管理及事故分析。

　　系統的安全管理

　　系統設置為多用戶(hù)、多區域方式，各類(lèi)用戶(hù)均有自己的用戶(hù)名和密碼，對應著(zhù)不同的安全級別，決定了操作員可觀(guān)察的范圍、可使用的功能、可修改的參數等。最多可以設置為8級用戶(hù)、8級區域。

　　6 控制系統優(yōu)點(diǎn)

　　本方案以PLC監控計算機為核心，通過(guò)以太網(wǎng)通訊方式，將現場(chǎng)PLC控制站與監控計算機連接起來(lái)，構成一個(gè)分布式控制系統。系統具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　　先進(jìn)性

　　本方案設計中不僅采用了先進(jìn)的軟、硬件，而且著(zhù)眼于企業(yè)“管控一體化”的需求，貫徹了數字化、信息化電廠(chǎng)的先進(jìn)思想，使企業(yè)生產(chǎn)數據的進(jìn)一步智能應用成為現實(shí)。該方案使控制系統有機地成為企業(yè)整個(gè)IT架構的一部分。

　　本系統采用先進(jìn)的計算機控制系統，主要用于熱電廠(chǎng)的生產(chǎn)控制、運行操作、監視管理?？刂葡到y配有可靠的硬件設備，和功能強大，運行可靠，界面友好的系統軟件、編程軟件和控制軟件。
　　
　　高可靠性

　　控制系統在嚴格的工業(yè)環(huán)境下長(cháng)期、穩定地運行。系統組件的的設計符合真正的工業(yè)等級，滿(mǎn)足國內、國際的安全標準。并且易配置、易接線(xiàn)、易維護、隔離性好，結構堅固，抗腐蝕，適應較寬的溫度變化范圍。

　　CPU雙機熱備，任何一個(gè)故障均不影響系統的正常運行。

　　現場(chǎng)控制站PLC對工藝過(guò)程的控制不會(huì )因監控計算機的癱瘓而受影響。

　　現場(chǎng)控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長(cháng)期可靠運行，平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBF）15年。
　　
　　強大的功能

　　PLC的編程語(yǔ)言符合IEC61131-3標準，易學(xué)、易懂、易用。

　　高速工業(yè)以太網(wǎng)作為系統的骨干網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現高速數據傳輸、高度數據共享。

　　組態(tài)軟件圖庫豐富，網(wǎng)絡(luò )功能強大，報警、報表、歷史數據以及二次開(kāi)發(fā)功能完善且易用。

　　7 結束語(yǔ)

　　投運以來(lái)，由LK大型PLC控制的協(xié)鑫熱電廠(chǎng)秸稈上料輸送系統至今運行。實(shí)踐證明，LK大型PLC能較好地滿(mǎn)足秸稈上料系統的控制要求，對整個(gè)上料系統及熱電廠(chǎng)的安全、經(jīng)濟運行提供了有力保障。該設計方案整體成本較低、可靠性好、抗干擾能力強、維護成本低、可操作性高，在市場(chǎng)中具備強有力的競爭力，為熱電廠(chǎng)行業(yè)增添了一套完善的解決方案。

　　參考文獻

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　　[ 5 ]  和利時(shí)公司.  LK大型可編程控制器硬件手冊. 2008.