输煤控制系统的问题及其优化升级的研究应用

张 胜

1 设备现状及问题分析

1.1 设备概况

某发电厂2×330MW 机组输煤系统配置12面PLC 控制柜，包含输煤本地站电源柜、1 号主机柜、2 号控制柜、3 号控制柜、4 号控制柜、5号继电器柜、6 号继电器柜、7 号继电器柜；远程站1 号电源柜、2 号控制柜、3 号控制柜、4 号继电器柜。该套输煤程控系统采用上位机、可编程控制器（PLC）相结合的控制方式。系统监控对象有十二条带式输送机、四台叶轮给煤机、六台电磁除铁器、六台电动三通挡板、六台刮水器、两台斗轮堆取料机、两台筛分机、两台碎煤机、三十台电动犁煤器、三十四台振打器、二十二台堵煤装置、四台电子皮带秤、十六个原煤仓、三十二台除尘器。

1.2 存在问题

330MW 机组输煤PLC 控制系统自2001 年投运至今，连续使用年限已大大超过PLC 控制系统推荐使用的12 年的寿命周期，设备老化严重，软硬件设备存在不少问题。同时，2016 年330MW 机组输煤程控系统功能扩展、优化控制升级改造［1］与2×600MW 机组输煤系统实现全厂煤集统一控管理后，仍不能实现新旧机组输煤PLC 控制系统相互配合管理，且不便于全厂输煤集控系统集中管理。改造前，PLC 控制系统硬件版本低，监控软件和组态软件版本不支持新的操作系统，操作员站故障后更换操作复杂，与600MW 输煤程控系统上位机和下位机组态软件不同，难以实现330MW 输煤与新机组600MW 输煤统一监控，两套输煤系统无法实现互通兼容、操作设备无法统一操作，四机一控集中管理未能完全实现。

1.3 探索研究

工作人员针对330MW 机组输煤程控系统设备现状，进行现场设备调查研究［2-3］，发现设备状况主要表现为：电子元器件已老化，继电器故障频繁出现，运行中设备控制失灵及误发故障信号常出现，设备故障重发率高，输煤系统运行不稳定，威胁机组稳定运行，系统可靠性不断降低；PLC 控制系统硬件版本低，运行软件InTouch9.5和组态软件CONCEPT V.2.5 两者都不方便逻辑查看和修改，不支持新的操作系统，操作员站故障后更换不便，目前新更新的PLC 系统已淘汰此软件。

在实现了与新建机组输煤集控系统集中管理后，运行中发现新旧机组输煤系统无法兼容；结合330MW 与600MW 煤场互通的需求，要求330MW 输煤与600MW 输煤统一监控，相关设备也要统一进行操作，而330MW 输煤系统上位机及下位机组态软件与600MW 输煤系统不同，无法兼容，满足不了上述需求。

综上所述，依据日常设备运行、维护中遇到的问题，确定将原PLC 输煤系统升级为施耐德最新的“昆腾+”，同时对现场所有设备的就地控制箱进行改造与对输煤皮带现场拉绳跑偏开关的进行编码改造。在原有输煤集控室迁移改造基础上［1］，选用新PLC 系统，更换新操作员站，将原操作画面移植并增加新设备操作监控画面，提升设备运行的安全可靠性，提高设备自动化控制水平，优化控制程序等，以达到满足安全生产工作需要的目标十分必要。

2 设备升级改造

2.1 改造内容

对控制设备全面改造升级，选择与600MW输煤程控同一品牌的PLC 系统，实现两套输煤系统互通兼容的目的，更换输煤系统12 面PLC控制柜，包含输煤本地站电源柜、1 号主机柜、2 号控制柜、3 号控制柜、4 号控制柜、5 号继电器柜、6 号继电器柜、7 号继电器柜；远程站1 号电源柜、2 号控制柜、3 号控制柜、4 号继电器柜；其中，本地站8 号控制柜为2015 年加装的新机柜，负责输煤照明系统及叶轮给煤机的控制，本次改造在软硬件兼容的前提下不进行改造。

2.2 输煤程控系统升级

本次输煤程控系统升级改造主要包含PLC 硬件升级［1，4］、现场控制箱控制回路改造［5］、上位监控系统升级［6］。

2.2.1 PLC 硬件

PLC 硬件升级为施耐德“昆腾+”系列产品，主机采用双机热备配置，控制主机选用集成热备功能的BMEP582040 冗余控制器，离散量输入模块选用32 通道的BMXDDI3202K 模块，离散量输出模块选用32 通道的BMXDDO3202K 模块，模拟量输入模块选用8 通道的BMXAMI0800 模块，所有离散量测点采用日本欧姆龙中间继电器进行隔离，所有模拟量测点采用隔离器进行隔离。I/O查询电压改造为DC48V，总线采用最新的以太网环网技术，在本地主站与远程站敷设多模光缆，将本地站与远程站通过光缆连接，该PLC 升级改造后系统界面见图1。

图1 PLC 系统改造后界面

PLC 编程软件采用施耐德“Unity Pro”编程软件设计编写，输煤系统总共有11 段程序段，皮带机、犁煤器、筛分机、三通挡板、除尘器等设备逻辑均采用模块化设计。

2.2.2 现场控制箱控制回路

现场控制箱控制回路改造［5］，对现场十二条带式输送机的皮带机控制箱、六台电磁除铁器控制箱、六台电动三通挡板控制箱、六台刮水器控制箱、两台筛分机控制箱、两台碎煤机控制箱、三十台电动犁煤器控制箱、三十四台振打器控制箱、三十二台除尘器控制箱等的远方控制回路进行改造，更换了犁煤器、三通挡板限位传感器为洞头华强HQXWS-2050ATK/316 型限位开关，将上述设备控制箱的就地反馈信号改为DC48V 安装隔离继电器，送入PLC 系统。PLC 查询电压由AC220V 改为DC48V，完全消除了现场感应电，确保了设备及人身安全。

以下设备回路在回路改造中需要注意：

（1）输煤程控与斗轮机A 和斗轮机B 联锁信号，堆运行、取运行、停止运行三个状态反馈的查询电压由程控系统提供，堆准备和取准备指令驱动就地继电器电源也由程控系统提供，程控柜内指令共DC48V-。

（2）#11 炉A 侧 和B 侧 犁 煤器抬 落 指令驱动就地控制箱DC48V 继电器电源也与状态反馈查询电压公用DC48V+，程控柜内指令共DC48V-。

（3）煤仓高料位反馈信号为AC220V，程控内已更改柜内配线，更换了隔离继电器。

（4）各皮带机现场警铃为AC220V 电源，电源由程控系统提供，考虑到系统安全，为每个警铃电源提供了单独电源空开，将柜内PLC 供电与现场设备供电隔离。

2.2.3 上位监控系统

本次上位监控软件采用IFIX 组态软件设计编制［6］，在保持原系统风格基础上进行了优化。将330MW 机组输煤工艺流程监控画面与600MW机组输煤工艺流程监控画面整合在一起，在流程图画面中用图形符号来表示设备，灰色表示设备正常停机状态、绿色表示设备流程选中状态、红色表示设备正常运行状态、黄色闪光表示设备故障状态。通过选择“ 总流程图 ”“ 流程选择 ”“ 配煤画面 ”“ 给煤机 ”“ 报警查询 ”“ 电流表 ”“ 实时趋势 ”“ 历史趋势 ”“ 报表管理 ”“ 照 明 控 制 ”“ 参 数 设 置 ”“ 开 关 定 位 系统 ”“ 登录 ”等菜单项，屏幕中部将切换到相应的画面。实现在一台操作员站对330MW 机组和600MW 机组集中监控，优化升级后输煤系统主界面见图2。

图2 输煤程控系统主界面

2.3 皮带保护系统

现场拉绳开关和跑偏开关安装定位编码器［5］，每对皮带配置一台解码控制器，定位编码器与解码控制器采用RS485 通讯方式，通过一条两芯屏蔽线完成数据传输。解码控制器与PLC 系统通过以太网通讯，解码控制器自动搜索并识别该条皮带沿线安装的所有定位编码器，当出现现场保护装置动作，解码控制器可将故障类型及其定位信息通过以太网上传至PLC 系统，从而在上位机上实现对保护装置动作的精确定位。皮带保护定位系统改造界面见图3。

对所有皮带的拉绳、跑偏开关进行定位，当现场开关动作后无法自动复位，运行人员需要去复位时，可在此画面查看动作开关的具体位置，方便现场查找复位。“”表示拉绳开关，“”表示跑偏开关，当相应开关动作时对应的图标显示为红黄闪烁，直到现场复位后该图标消失。

2.4 工业电视系统

工业电视联动改造［6］，可提高工业电视切换稳定准确，监视范围全面且可靠。工业电视与输煤程控系统联动采用以太网通讯协议，通过RS232 串口连接矩阵，配置矩阵IP 地址为192.168.1.1，操作键盘IP 地址为192.168.1.2，同时在矩阵“ 远端站点IP 设置 ”菜单中设置添加与矩阵通讯的计算机IP 地址，并将协议修改为“ 01 ”，本系统用皮带管理计算机与矩阵通讯，故添加皮带秤管理计算机IP 地址192.168.1.31。在皮带秤管理计算机上安装电视联动软件，当系统运行时该软件在后台运行，实时读取PLC 中400249 和400250 寄存器数据，PLC 中400249 寄存器存储监视器号，400250 寄存器存储需要切换的摄像头编号，当输煤程控系统开启电视联动功能后，对应犁煤器落到位时，该软件通过UDP协议将落到位的犁煤器对应摄像机自动显示到当前主监视器上。

2.5 皮带秤系统

增加皮带秤串口通讯板［4］，从105 皮带和101 皮带各敷设6 芯双绞屏蔽电缆至330MW 输煤PLC 控制柜，在330MW 输煤PLC 电源柜安装一台磨砂串口服务器，四台皮带秤通过串口422 协议与串口服务器通讯，然后通过串口服务器转成以太网接入330MW 输煤PLC 系统交换机。

在上皮带秤管理计算机［2］，安装皮带秤管理软件，通过虚拟串口与四台皮带秤通讯，读取四台皮带秤实时数据（包含累计值、瞬时值、皮带速度），同时运行皮带秤转发软件 ，将读取的105A 皮带秤和105B 皮带秤瞬时和累计煤流值写入PLC 中，上位监控画面从PLC 中读取皮带秤煤流值，并完成分仓计量报表、班报表及日报表。同时，维护人员通过皮带秤管理软件实现皮带秤的远方控制、校验。

3 总结

某电厂利用新设备、新技术、新材料完成了对330MW 输煤控制系统优化升级改造，取得主要成果如下：

第一，330MW 机组输煤程控系统PLC 硬件升级为施耐德“昆腾+”系列产品，主机采用双机热备配置，控制主机选用集成热备功能的BMEP582040 冗余控制器，上位机组态软件采用美国GE 公司的IFIX5.0 软件，下位机编程软件采用法国施耐德公司的UNITY 4.0 软件。I/O 查询电压改为DC48V，总线采用最新的以太网环网技术，重新进行控制逻辑、画面组态，并优化了逻辑画面。通过改造，提高了PLC 系统的稳定性和可靠性，设备故障率大大降低，同时实现了与600MW 输煤控制系统完全兼容，为330MW 机组与600MW 机组煤场实现互通作好了准备。

第二，现场皮带拉绳开关和跑偏开关安装定位编码器，每对皮带配置一台解码控制器，解码控制器自动搜索并识别该条皮带沿线安装的所有定位编码器，当出现现场保护装置动作，解码控制器可将故障类型及其定位信息通过以太网上传至PLC 系统，从而在上位机上实现对保护装置动作的精确定位，确保了输煤皮带的安全运行。

第三，现场控制箱控制回路改造，查询电压由AC220V 改为DC48V，完全消除了现场感应电，确保了设备及人身安全。

第四，工业电视与输煤程控系统实现了联动功能，当每条皮带对应的犁煤器落到位后，电视联动软件通过UDP 协议将落到位的犁煤器对应摄像机自动显示到当前主监视器上，方便及时监控设备运行状态。原工业电视是独立一个系统没有联动，运行人员监控现场设备运行状况，监控画面要靠运行人员手动切换实现，工作量大，且容易操作失误，改造后监控画面无需手动切换，摄像机和输煤系统联动，比如犁煤器落到位，大屏自动显示对应监控画面，无需运行人员操作。

第五，皮带秤系统改造，实现皮带称实时数据在各操作台显示同步。

经过对330MW 输煤控制系统优化升级，设备先进性、可靠性得到了大大提升，取得了预期效果。

改造前，皮带拉绳开关保护经常失灵，造成皮带跑偏，引起输煤煤料溢出，严重时，导致皮带损坏，运行中煤料溢出回收处理，以及皮带损坏抢修常有发生，输煤系统现场环境比较恶劣，现场工作次数多，发生触电、机械伤害等事故几率大。

优化升级后，解决了330MW 输煤控制系统迁移改造和600MW 输煤控制系统实现集中“ 四机一控 ”遗留的“ 无法完全实现互通兼容 ”问题，进一步保障了设备及人身安全，保证输煤皮带的安全可靠运行，极大减少煤料溢出、以及皮带跑偏造成设备异常运行和皮带损坏情况，降低了设备故障率，减少运行、检修人员的工作量，同时减少工作人员在恶劣环境工作暴露次数，也减少了运行人员工作量和降低了职业健康风险。曾经有某电厂工作人员在输煤系统区域作业发生220ACV 触电严重事故，查询电压由AC220V 改为DC48V，完全消除了现场感应电，避免了工作人员作业时可能发生触电事故，提高了330MW机组输煤程控系统运行自动化水平和可靠性，效果明显，值得推广应用。