一、概述

　　電力是現代人類(lèi)文明社會(huì )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(guò)燃燒釋放出熱能加熱工質(zhì)，再通過(guò)熱力原動(dòng)機驅動(dòng)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(chǎng)產(chǎn)生的大量灰、渣, 除少量灰分排入大氣外, 余者都以灰、渣形式由除灰系統送至灰場(chǎng)。除灰系統分機械除灰（適于小電廠(chǎng)的鏈條爐）,氣力除灰和水力除灰三種工藝。除灰系統包括除塵器下的灰斗、輸送風(fēng)機、液態(tài)化風(fēng)機、灰庫及灰庫附屬設備、輸送設備、管道、泵、閥門(mén)等?，F代自動(dòng)化控制技術(shù)以PLC（可編程控器）為核心，能夠按照預定的程序，定時(shí)、自動(dòng)地對除灰系統倉泵等設備進(jìn)行操作，并具有對除灰過(guò)程中可能發(fā)生的異常情況進(jìn)行智能處理。

　　本系統采用氣力除灰工藝，氣力除灰系統是將省煤器及電除塵下集灰斗所收集到的飛灰，通過(guò)氣力輸送排放到灰庫，然后用車(chē)裝運?？刂葡到y實(shí)時(shí)監控灰斗料位、氣源壓力、倉泵料位、倉泵壓力、灰庫料位、灰管壓力等參數，實(shí)現進(jìn)料、流化、輸灰、吹堵等除灰過(guò)程的全自動(dòng)控制。該程控系統采用可編程序控制器為主控設備,完成對除灰工藝全過(guò)程的程序控制，模擬顯示監控站采用工業(yè)總線(xiàn)工控機,管理集控式模擬盤(pán)顯示、鍵盤(pán)操作，上位機采用組態(tài)王監控軟件,承擔管理、編程、網(wǎng)絡(luò )數據采集、定值修改等任務(wù),并設計相應的除灰監控系統軟件。該電廠(chǎng)四臺燃煤鍋爐的除灰系統共用一臺PC機進(jìn)行統一控制,以簡(jiǎn)化管理,降低成本。除灰程序控制系統具有完善的聯(lián)鎖保護、故障診斷、多種運行方式和人機對話(huà)功能,安全、實(shí)用、可靠。系統中PLC與監控計算機之間采用以太網(wǎng)通訊方式,提高了通訊速度，并保證數據的可靠性。監控畫(huà)面模擬顯示倉泵狀態(tài)、壓力、料位,灰庫料位以及灰管壓力等各種工況參數,并具備操作步驟,報警等信號,IO監控點(diǎn)有200點(diǎn)左右，均有PLC從各個(gè)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?保證了系統的可靠性,提高了機組運行的安全性能,而監控軟件的采用更提高了系統的自動(dòng)化程度,同時(shí)減少了操作人員的工作量,直觀(guān)地畫(huà)面使操作簡(jiǎn)單、可靠、方便,避免了誤操作。

    二、系統工藝及設計方案

    1、系統工藝

    火力發(fā)電廠(chǎng)輸灰流程：電除塵器灰斗→鎖氣器→斜槽→飼料機→倉泵→灰庫→灰場(chǎng)，而從除塵器灰斗至灰庫部分具體輸灰程序為：首先在倉泵泵體內無(wú)壓力的情況下，打開(kāi)進(jìn)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(dòng)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(jìn)料閥送入倉泵內，當泵內的灰料到達一定的程度時(shí)，停止鎖氣器運轉，關(guān)閉進(jìn)料、放氣器兩閥，打開(kāi)出料閥，再開(kāi)進(jìn)風(fēng)閥，利用壓縮空氣將泵內的灰料通過(guò)輸灰管道至灰塔。然后再進(jìn)行料放氣，周而復始，完成將電除塵器分離出的灰送至灰庫塔的任務(wù)。該系統在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中具有重要的作用，正常運行時(shí)能確保鍋爐燃煤燒后產(chǎn)生的灰粉及時(shí)的輸送出去。
　　
    倉泵除灰控制系統的工作原理：

    倉泵輸送系統在整個(gè)除灰控制系統中具有十分重要的意義，主要是通過(guò)壓縮空氣將干灰沿除灰管道輸送至灰庫或中轉倉，其過(guò)程主要通過(guò)對各個(gè)閥門(mén)的控制來(lái)實(shí)現，示意圖如圖1所示。進(jìn)料閥由錐閥，連桿和活塞開(kāi)關(guān)等部分組成，當活塞缺的活塞被氣壓推至上部時(shí)，連桿帶動(dòng)搖臂桿使錐閥落下，進(jìn)料閥開(kāi)啟；反之，當活塞開(kāi)關(guān)的活塞處于下部時(shí)，靠活塞開(kāi)關(guān)內的彈簧的壓力把錐閥推至上方，并與橡膠圈壓緊，此時(shí)進(jìn)料閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

    倉泵工藝流程圖如圖2所示，進(jìn)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(kāi)度讓一定量的壓縮空氣進(jìn)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(shí)，按下啟動(dòng)按鈕，系統投入運行，排氣閥打開(kāi)，通過(guò)時(shí)間繼電器的延時(shí)：延時(shí)時(shí)間到，進(jìn)料閥打開(kāi)，進(jìn)料此時(shí)也是通過(guò)一個(gè)時(shí)間繼電器來(lái)計量何時(shí)料滿(mǎn)：料滿(mǎn)延時(shí)時(shí)間到，就關(guān)閉放氣閥與進(jìn)料閥。此時(shí)生產(chǎn)應轉入下一過(guò)程，當倉泵壓力達到一個(gè)給定值時(shí)，倉泵就應進(jìn)行出料的生產(chǎn)過(guò)程。此時(shí)進(jìn)氣閥與出料閥都打開(kāi)，出料延時(shí)時(shí)間繼電器開(kāi)始延時(shí)，出料完，及出料延時(shí)時(shí)間到，關(guān)進(jìn)氣閥與出料閥，生產(chǎn)自動(dòng)切換到進(jìn)料過(guò)程，開(kāi)放氣閥，然后開(kāi)進(jìn)料閥，如此循環(huán)往復的進(jìn)行生產(chǎn)。

    在倉泵輸灰控制過(guò)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(kāi)放氣閥降壓而禁止開(kāi)進(jìn)料閥，進(jìn)料和放氣兩閥未完全關(guān)閉時(shí)則禁止打開(kāi)進(jìn)風(fēng)閥，以防止返灰；②在灰管壓力較允許值高時(shí)則閉鎖打開(kāi)出料閥和進(jìn)風(fēng)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(shí)閉鎖打開(kāi)進(jìn)風(fēng)閥，防止堵管；④在進(jìn)風(fēng)閥未完全關(guān)閉時(shí)，閉鎖大開(kāi)放氣閥和進(jìn)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定值時(shí)，連鎖打開(kāi)出料計進(jìn)風(fēng)閥進(jìn)行出料；當空氣母管壓力降到規定值后，連鎖關(guān)閉進(jìn)風(fēng)、出料閥，停止出料；另外還者有閥門(mén)故障檢測系統，當一閥門(mén)從全關(guān)位置到全開(kāi)位置或從全開(kāi)位置到全關(guān)位置的動(dòng)作時(shí)間超過(guò)一定時(shí)間值時(shí)，則發(fā)出聲報警信號，提醒運行人員，該閥門(mén)已卡，應立即進(jìn)行處理。

　　2、方案設計

    本系統以PLC為控制主體，并配置組態(tài)軟件作為監控系統，來(lái)實(shí)現對除灰系統的數據監視和流程控制。系統網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單，PLC通過(guò)工業(yè)總線(xiàn)形式從各設備傳感器、壓力儀表等采集數據，通過(guò)軟件設計控制程序，對現場(chǎng)開(kāi)關(guān)、閥門(mén)等進(jìn)行監控處理，并可以以多種工作方式進(jìn)行操作，如就地操作模式、遠程操作模式、自動(dòng)流程控制等，將設備進(jìn)行集中控制管理，并監視其運行狀況，方便進(jìn)行故障處理。
    
    PLC控制站同監控計算機之間通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行數據通訊，控制終端均設置在除灰監控中心，由工作人員進(jìn)行監控。上位機根據工藝流程設計監控畫(huà)面，具有數據采集顯示、數據存儲管理、報警輸出、歷史數據存儲及報表生成等功能，并連接網(wǎng)絡(luò )打印機，方便生產(chǎn)過(guò)程中需要生成各種報表文件。該系統設計了冗余的配置模式，兩臺上位機通過(guò)以太網(wǎng)相連接，正常時(shí)主機進(jìn)行于PLC的通訊，而主機發(fā)生異常時(shí)由從機與下位控制系統通訊，數據同步備份，保證了數據一致和完整性，使生產(chǎn)安全穩定的運行。

    三、系統配置及功能實(shí)現

　　1、系統配置

    硬件：監控中心配置2臺工控機，安裝組態(tài)王軟件并配有除灰監控系統用于工作人員進(jìn)行監控操作，并配置雙機熱備模式；同時(shí)安裝歐姆龍PLC，對現場(chǎng)設備進(jìn)行數據采集和監控，并通過(guò)以太網(wǎng)交換機連接到2臺上位機，進(jìn)行數據通訊。

    軟件：由組態(tài)王設計的除灰系統監控軟件對采集數據和工藝流程進(jìn)行管理、控制；PLC 編程軟件將控制程序下裝到PLC，并對PLC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )組態(tài)。硬件配置具有擴展性，用于增加設備或與其他系統進(jìn)行通訊。

　　2、系統功能實(shí)現

    根據系統工藝需求，該系統設計了豐富的畫(huà)面顯示，形象動(dòng)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(lái)反映各設備的運行狀態(tài)。該系統具有模擬、遠操、自動(dòng)、手動(dòng)等控制功能，可以實(shí)現對設備的多種控制方式。上位機監控系統通過(guò)棒圖、趨勢圖等顯示時(shí)間、電流、壓力等數據形成有效的數據分析圖。該系統具有完善的報警處理，系統出現報警時(shí)，自動(dòng)彈出報警畫(huà)面、顯示報警內容，并對報警進(jìn)行記錄，以便查詢(xún)、打印。為了提高系統安全，故障出現時(shí)，可根據故障類(lèi)型，自動(dòng)采取相應保護措施，對過(guò)流、過(guò)載、介質(zhì)異常等具有保護功能。該系統軟硬件配置均具有可擴展性，可以方便的擴展到全廠(chǎng)輔控系統中，實(shí)現全廠(chǎng)集中控制。

    * 畫(huà)面顯示功能：包括倉泵系統監控畫(huà)面、灰庫監控畫(huà)面等，如圖3、圖4 所示，對現場(chǎng)設備進(jìn)行監控。

    灰庫監控系統中對2個(gè)灰庫進(jìn)行監控，灰庫系統中的監控設備有管道切換閥、灰庫料位計、加熱器、攪拌機、散裝機以及氣化風(fēng)機。畫(huà)面中每個(gè)管道中有切換閥，其狀態(tài)清晰的反映了現場(chǎng)閥位信號，并可以由工作人員進(jìn)行操作?；規熘邪惭b了先進(jìn)技術(shù)的射頻導納料位傳感器，可以準確地將灰位信號傳給PLC進(jìn)而顯示在組態(tài)畫(huà)面中，可以使工作人員清楚地分析灰位情況。

    * 數據管理功能：該系統對數據進(jìn)行采集反映在模擬畫(huà)面中，通過(guò)報表工具生成實(shí)時(shí)報表，并通過(guò)組態(tài)王歷史記錄功能進(jìn)行存儲，用于生成歷史趨勢、歷史報表，為工藝數據分析提供了可靠的依據。歷史數據畫(huà)面如圖5所示，實(shí)時(shí)報表畫(huà)面如圖6所示，系統可以方便的對這些數據分析結果進(jìn)行文件生成，用于輸出或進(jìn)行存儲。

    * 系統網(wǎng)絡(luò )功能：系統利用組態(tài)王的雙機熱備功能，將監控中心兩臺上位機配置為冗余模式，保證了系統的安全,歷史數據可以進(jìn)行一致性處理，保證了數據的可靠和完整。網(wǎng)絡(luò )的可擴展性為全廠(chǎng)輔控系統提供了通訊接口，可方便的進(jìn)行通訊。

    四、結語(yǔ)

　　整個(gè)系統具有可靠的PLC對設備進(jìn)行集中控制，而雙機熱備的上位機系統為軟件提供了安全保證，該系統具有完善的組態(tài)功能，提高了該電廠(chǎng)除灰生產(chǎn)自動(dòng)化水平，保證了機組的正常運行。通過(guò)項目長(cháng)時(shí)間運行的情況來(lái)看，設備運行正常，維護、檢修工作量減少，大大降低了維護檢修費用。通過(guò)監控系統工作人員能準確了解倉泵的料位及運行狀態(tài)，對倉泵的操作便有了有效信號依據，提高倉泵等設備的運行效率，降低了設備的損耗及能源的浪費，保證了整個(gè)系統按工藝要求正常運行，為電廠(chǎng)正常運轉提供了有利的保障。