PLC在電廠輸煤自控系統中的應用

可編程邏輯控制器（PLC）是八十年代發展起來的新一代工業控制裝置，是自動控制、計算機和通信技術相結合的產物，是一種專門用于工業生產過程控制的現場設備。

由于控制對象的復雜性，使用環境的特殊性和運行的長期連續性，使PLC在設計上有自己明顯的特點：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已經成為一種重要的基本控制單元，在工業控制領域中應用前景極其廣泛。在筆者參與開發的某電廠輸煤自控系統中，系統要求在遠離輸煤廊的主廠房控制室里，對兩條輸煤線的18臺設備進行控制，并實時監測設備的運行狀態及皮帶跑偏的情況。

鑒于電廠輸煤系統的重要性，我們采用PLC實現輸煤設備的聯鎖控制以保證其可靠性和特殊性，工業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，包括給煤機、皮帶機、振動篩、破碎機等共18臺設備，在電廠中有著極為重要的地位，一旦不能正常工作，發電就會受到影響。為了保證生產運行的可靠性，輸煤系統采用自動（聯鎖）、手動（單機）兩種控制方式，自動、手動方式由開關進行切換。由于輸煤廊環境惡劣，全部操作控制都在主廠房的主控制室里進行，儀表盤上設有各個設備的啟、停按鈕，還有為PLC提供輸入信號的控制開關。輸煤設備控制功能由PLC實現，設備狀態監測和皮帶跑偏監測以及事故紀錄功能則由上級工業控制計算機完成。

為了保證輸煤系統的正常、可靠運行，該系統應滿足以下要求：

· 供煤時，各設備的啟動、停止必須遵循特定的順序，即對各設備進行聯鎖控制；
·各設備啟動和停止過程中，要合理設置時間間隔（延時）。啟動延時統一設定為12s。停車延時按設備的不同要求而設定，分為10s、20s、30s、40s、60s幾種，以保證停車時破碎機為空載狀態，各輸煤皮帶上無剩余煤；
·運行過程中，某一臺設備發生故障時，應立即發出報警并自動停車，其前方（指供料方向）設備也立即停車。其后方的設備按一定順序及延時聯鎖停車；
·各輸煤皮帶設有雙向跑偏開關，跑偏15度時發出告警信號，跑偏30度時告警并自動停車；
·可在線選擇啟動備用設備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關設備組成交叉供煤方式；
·可在線選擇啟動備用設備。在特殊情況下可由兩條輸煤線的有關設備組成交叉供煤方式；
·可顯示各機電設備運行狀況，并對輸煤過程有關情況（報警、自動停機等）做出實時紀錄。

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。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點輸入，10點輸出；可擴展7個模塊；128個定時器；128個計數器；4個硬件中斷、1個定時器中斷；實時時鐘；高速計數器；可利用PPI協議或自由口進行通信；3級密碼保護。擴展模塊選用EM221,8個輸入點；EM223,16個輸入點，16個輸出點。

2.2 系統關系 系統關系如圖1所示。

圖1 系統關系

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

輸煤控制PLC則根據控制開關的輸入信號，執行對應程序塊，控制電機實現對應的功能：向上級工業控制計算機發送工作組態信息，接收上級工業控制計算機發送的事故停車信號，實現事故停車處理功能并啟動報警設備。二者配合共同實現輸煤系統的監測和控制功能。

上級工業控制計算機同時實現對電廠其他系統的監控，由工業控制計算機、輸煤系統PLC和其他系統的現場設備（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運行輸煤一線和輸煤二線。交叉模式是由輸煤一線和輸煤二線的有關設備組成的，僅在特殊情況下選用。

2.3.1并行模式

并行一線：
聯鎖開車順序：10＃皮帶機→8＃皮帶機→6＃皮帶機→2＃破碎機→2＃振動篩→4＃皮帶機→2＃皮帶機→2＃（3＃）給煤機→4＃給煤機。
聯鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設定。2＃、3＃給煤機某中一臺備用。

并行二線
聯鎖開車順序：9＃皮帶機→7＃皮帶機→5＃皮帶機→1＃破碎機→1＃振動篩→3＃皮帶機→1＃皮帶機→1＃給煤機。
聯鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設定。

2.3.2 交叉模式

交叉線
聯鎖開車順序：9＃皮帶機→7＃皮帶機→6＃皮帶機→2＃破碎機→2＃振動篩→4＃皮帶機→2＃皮帶機→2＃（3＃）給煤機。
聯鎖停車順序：與開車順序相反，延時時間按上述要求設定。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現，設計程序流程如圖2所示。

圖2 主程序流程

2.4.1 程序說明

·子模塊0：初始化子程序。在PLC加電時根據各個開關的位置設立標志位。僅在第一個掃描周期執行。
·子模塊1：并行一線聯鎖啟停控制程序。根據啟動標志位1實現并行一線的聯鎖啟動、聯鎖停車，并判斷事故停車信號以實現事故停車。
·子模塊2：并行二級聯鎖啟停控制程序。根據啟動標志位2和實現并行二線的聯鎖啟動、聯鎖停車，并判斷事故停車信號以實現事故停車。
·子模塊3：交叉線聯鎖啟停控制程序，根據啟動標志位3實現交叉線的聯鎖啟動、聯鎖停車，并判斷事故停車信號以實現事故停車。
·PLC的輸出信號控制電機的接觸器，啟動送高電平，停止送低電平。但是，1＃破碎機功率達90kW，2＃破碎機功率達110KW，需要降壓啟動，所以啟動時PLC送一個正脈沖，停車時PLC送一個負脈沖。

2.4.2 程序特點

·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）僅在第一個掃描周期執行，而在以后的掃描周期不再執行。這樣，個別標志位在PLC加電后不受開關變化的影響。例如，并行模式和交叉模式對應標志位僅在關掉主控開關后才能改變。

·內部標志位的使用：在程序中，利用標志位來表示不同的現場情況和程序狀態，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。
·定時器的使用：程序中，利用不同的定時器來設定不同設備的延時時間，可以靈活地根據控制要求進行延時時間的設定。

2.5 部分程序梯形圖

圖3 部分聯鎖起停控制梯形圖

圖3所示為部分聯鎖啟停控制梯形圖，T37用于控制設備的啟動延時，T40～T46用于控制相應設備的停車延時，接收到停車信號時，經過相應的延時，對應定時器置位從而實現聯鎖停車。Q0.3是1#破碎機的啟動控制輸出通道，啟動1＃破碎機時送出一個寬度為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作為現場控制設備，能夠可靠、準確地完成控制操作，并且可以通過與上級工控機通信，組成分布式系統共同完成輸煤系統的監測、控制要求，是現代工業控制中比較先進的控制方案，應用前景廣泛。

目前，本系統已經在內蒙古伊化集團蘇尼特堿礦電廠投入運行，能夠可靠、準確地完成控制操作，實時監測和記錄輸煤過程運行狀況，并且能對現場出現的各種突發事件及時做出響應，取得了良好的效果。~