PLC在電廠(chǎng)輸煤自控系統中的應用

摘 要： 結合SIEMENS S7-200型PLC的特點(diǎn)以及電廠(chǎng)輸煤系統的特殊要求，介紹了PLC在電廠(chǎng)輸煤系統中用于聯(lián)鎖控制的程序設計及應用。

關(guān)鍵詞： 可編程邏輯控制器（PLC）輸煤自控系統 聯(lián)鎖控制 工業(yè)控制計算機

可編程邏輯控制器（PLC）是八十年代發(fā)展起來(lái)的新一代工業(yè)控制裝置，是自動(dòng)控制、計算機和通信技術(shù)相結合的產(chǎn)物，是一種專(zhuān)門(mén)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制的現場(chǎng)設備。由于控制對象的復雜性，使用環(huán)境的特殊性和運行的長(cháng)期連續性，使PLC在設計上有自己明顯的特點(diǎn)：可靠性高，適應性廣，具有通信功能，編程方便，結構模塊化。在現代集散控制系統中，PLC已經(jīng)成為一種重要的基本控制單元，在工業(yè)控制領(lǐng)域中應用前景極其廣泛。

在筆者參與開(kāi)發(fā)的某電廠(chǎng)輸煤自控系統中，系統要求在遠離輸煤廊的主廠(chǎng)房控制室里，對兩條輸煤線(xiàn)的18臺設備進(jìn)行控制，并實(shí)時(shí)監測設備的運行狀態(tài)及皮帶跑偏的情況。鑒于電廠(chǎng)輸煤系統的重要性，我們采用PLC實(shí)現輸煤設備的聯(lián)鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業(yè)控制計算機則作為上位機與PLC互相配合，共同完成輸煤系統的監控功能。

本文將主要介紹PLC的控制應用。

１ 輸煤系統控制要求

輸煤系統有兩條輸煤線(xiàn)，包括給煤機、皮帶機、振動(dòng)篩、破碎機等共18臺設備，在電廠(chǎng)中有著(zhù)極為重要的地位，一旦不能正常工作，發(fā)電就會(huì )受到影響。為了保證生產(chǎn)運行的可靠性，輸煤系統采用自動(dòng)（聯(lián)鎖）、手動(dòng)（單機）兩種控制方式，自動(dòng)、手動(dòng)方式由開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換。由于輸煤廊環(huán)境惡劣，全部操作控制都在主廠(chǎng)房的主控制室里進(jìn)行，儀表盤(pán)上設有各個(gè)設備的啟、停按鈕，還有為PLC提供輸入信號的控制開(kāi)關(guān)。輸煤設備控制功能由PLC實(shí)現，設備狀態(tài)監測和皮帶跑偏監測以及事故紀錄功能則由上級工業(yè)控制計算機完成。

為了保證輸煤系統的正常、可靠運行，該系統應滿(mǎn)足以下要求：

· 供煤時(shí)，各設備的啟動(dòng)、停止必須遵循特定的順序，即對各設備進(jìn)行聯(lián)鎖控制；

·各設備啟動(dòng)和停止過(guò)程中，要合理設置時(shí)間間隔（延時(shí)）。啟動(dòng)延時(shí)統一設定為12s。停車(chē)延時(shí)按設備的不同要求而設定，分為10s、20s、30s、40s、60s幾種，以保證停車(chē)時(shí)破碎機為空載狀態(tài)，各輸煤皮帶上無(wú)剩余煤；

·運行過(guò)程中，某一臺設備發(fā)生故障時(shí)，應立即發(fā)出報警并自動(dòng)停車(chē)，其前方（指供料方向）設備也立即停車(chē)。其后方的設備按一定順序及延時(shí)聯(lián)鎖停車(chē)；

·各輸煤皮帶設有雙向跑偏開(kāi)關(guān)，跑偏15度時(shí)發(fā)出告警信號，跑偏30度時(shí)告警并自動(dòng)停車(chē)；

·可在線(xiàn)選擇啟動(dòng)備用設備。在特殊情況下可由兩條輸煤線(xiàn)的有關(guān)設備組成交叉供煤方式；

·可在線(xiàn)選擇啟動(dòng)備用設備。在特殊情況下可由兩條輸煤線(xiàn)的有關(guān)設備組成交叉供煤方式；

·可顯示各機電設備運行狀況，并對輸煤過(guò)程有關(guān)情況（報警、自動(dòng)停機等）做出實(shí)時(shí)紀錄。

２ PLC控制系統設計

2.1 PLC選型

根據輸煤系統的自控要求，我們選用了德國SIEMENS 公司最新推出的S7-200型PLC，具有可靠性高、體積小、擴展方便，使用靈活的特點(diǎn)。

基本CPU單元選用的是CPU214，性能如下：2048程序存儲器；2048數據存儲器；14點(diǎn)輸入，10點(diǎn)輸出；可擴展7個(gè)模塊；128個(gè)定時(shí)器；128個(gè)計數器；4個(gè)硬件中斷、1個(gè)定時(shí)器中斷；實(shí)時(shí)時(shí)鐘；高速計數器；可利用PPI協(xié)議或自由口進(jìn)行通信；3級密碼保護。

擴展模塊選用EM221,8個(gè)輸入點(diǎn)；EM223,16個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)。

2.2 系統關(guān)系

系統關(guān)系如圖1所示。

在輸煤自控系統中，工業(yè)控制計算機作為上位機和輸煤控制PLC進(jìn)行通信，對皮帶跑偏信號和設備的運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并在屏幕上顯示輸煤系統仿真畫(huà)面，可以直觀(guān)地察看設備的狀態(tài)。當皮帶跑偏（跑偏15度）時(shí)，在屏幕上顯示報警畫(huà)面；當設備發(fā)生故障或皮帶嚴重跑偏（跑偏30度）時(shí)，在屏幕上顯示報警畫(huà)面并向PLC發(fā)送事故停車(chē)信號。

輸煤控制PLC則根據控制開(kāi)關(guān)的輸入信號，執行對應程序塊，控制電機實(shí)現對應的功能：向上級工業(yè)控制計算機發(fā)送工作組態(tài)信息，接收上級工業(yè)控制計算機發(fā)送的事故停車(chē)信號，實(shí)現事故停車(chē)處理功能并啟動(dòng)報警設備。二者配合共同實(shí)現輸煤系統的監測和控制功能。

上級工業(yè)控制計算機同時(shí)實(shí)現對電廠(chǎng)其他系統的監控，由工業(yè)控制計算機、輸煤系統PLC和其他系統的現場(chǎng)設備（PLC、監控儀表）共同構成分布式系統（DCS）。

2.3 運行模式

根據輸煤過(guò)程的要求，本系統設計了兩種運行模式。在一般情況下，采用并行模式，可根據需要單獨選用或同時(shí)運行輸煤一線(xiàn)和輸煤二線(xiàn)。交叉模式是由輸煤一線(xiàn)和輸煤二線(xiàn)的有關(guān)設備組成的，僅在特殊情況下選用。

2.3.1并行模式

并行一線(xiàn)：

聯(lián)鎖開(kāi)車(chē)順序：10＃皮帶機→8＃皮帶機→6＃皮帶機→2＃破碎機→2＃振動(dòng)篩→4＃皮帶機→2＃皮帶機→2＃（3＃）給煤機→4＃給煤機。

聯(lián)鎖停車(chē)順序：與開(kāi)車(chē)順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設定。2＃、3＃給煤機某中一臺備用。

并行二線(xiàn)

聯(lián)鎖開(kāi)車(chē)順序：9＃皮帶機→7＃皮帶機→5＃皮帶機→1＃破碎機→1＃振動(dòng)篩→3＃皮帶機→1＃皮帶機→1＃給煤機。

聯(lián)鎖停車(chē)順序：與開(kāi)車(chē)順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設定。

2.3.2 交叉模式

交叉線(xiàn)

聯(lián)鎖開(kāi)車(chē)順序：9＃皮帶機→7＃皮帶機→6＃皮帶機→2＃破碎機→2＃振動(dòng)篩→4＃皮帶機→2＃皮帶機→2＃（3＃）給煤機。

聯(lián)鎖停車(chē)順序：與開(kāi)車(chē)順序相反，延時(shí)時(shí)間按上述要求設定。2＃、3＃給煤機其中一臺備用。

2.4 PLC程序設計

針對輸煤系統的控制要求以及具體控制方案的實(shí)現，設計程序流程如圖２所示。

2.4.1 程序說(shuō)明

·子模塊0：初始化子程序。在PLC加電時(shí)根據各個(gè)開(kāi)關(guān)的位置設立標志位。僅在第一個(gè)掃描周期執行。

·子模塊1：并行一線(xiàn)聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?。根據啟動(dòng)標志位1實(shí)現并行一線(xiàn)的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車(chē)，并判斷事故停車(chē)信號以實(shí)現事故停車(chē)。

·子模塊2：并行二級聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?。根據啟動(dòng)標志位2和實(shí)現并行二線(xiàn)的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車(chē)，并判斷事故停車(chē)信號以實(shí)現事故停車(chē)。

·子模塊3：交叉線(xiàn)聯(lián)鎖啟?？刂瞥绦?，根據啟動(dòng)標志位3實(shí)現交叉線(xiàn)的聯(lián)鎖啟動(dòng)、聯(lián)鎖停車(chē)，并判斷事故停車(chē)信號以實(shí)現事故停車(chē)。

·PLC的輸出信號控制電機的接觸器，啟動(dòng)送高電平，停止送低電平。但是，1＃破碎機功率達90kW，2＃破碎機功率達110KW，需要降壓?jiǎn)?dòng)，所以啟動(dòng)時(shí)PLC送一個(gè)正脈沖，停車(chē)時(shí)PLC送一個(gè)負脈沖。

2.4.2 程序特點(diǎn)

·特殊標志位的使用：使用特殊標志位SM0.1，使得初始化子程序（子模塊0）僅在第一個(gè)掃描周期執行，而在以后的掃描周期不再執行。這樣，個(gè)別標志位在PLC加電后不受開(kāi)關(guān)變化的影響。例如，并行模式和交叉模式對應標志位僅在關(guān)掉主控開(kāi)關(guān)后才能改變。

·內部標志位的使用：在程序中，利用標志位來(lái)表示不同的現場(chǎng)情況和程序狀態(tài)，增加了程序的可靠性和靈活性。

·程序模塊化：程序由不同子模塊構成，各子模塊獨立完成各自功能，互不干擾，因而程序結構清晰，便于修改。

·定時(shí)器的使用：程序中，利用不同的定時(shí)器來(lái)設定不同設備的延時(shí)時(shí)間，可以靈活地根據控制要求進(jìn)行延時(shí)時(shí)間的設定。

2.5 部分程序梯形圖

圖３所示為部分聯(lián)鎖啟?？刂铺菪螆D，T37用于控制設備的啟動(dòng)延時(shí)，T40～T46用于控制相應設備的停車(chē)延時(shí)，接收到停車(chē)信號時(shí)，經(jīng)過(guò)相應的延時(shí)，對應定時(shí)器置位從而實(shí)現聯(lián)鎖停車(chē)。Q0.3是1#破碎機的啟動(dòng)控制輸出通道，啟動(dòng)1＃破碎機時(shí)送出一個(gè)寬度為2s的正脈沖。Q0.7、Q1.0分別是2＃給煤機、3＃給煤機的控制輸出通道，M0.1、M0.2 是內部標志位，用于保證2＃、3＃給煤機始終為一臺工作，一臺備用。

總之，本系統中，PLC作為現場(chǎng)控制設備，能夠可靠、準確地完成控制操作，并且可以通過(guò)與上級工控機通信，組成分布式系統共同完成輸煤系統的監測、控制要求，是現代工業(yè)控制中比較先進(jìn)的控制方案，應用前景廣泛。

目前，本系統已經(jīng)在內蒙古伊化集團蘇尼特堿礦電廠(chǎng)投入運行，能夠可靠、準確地完成控制操作，實(shí)時(shí)監測和記錄輸煤過(guò)程運行狀況，并且能對現場(chǎng)出現的各種突發(fā)事件及時(shí)做出響應，取得了良好的效果。