十、辅助系统与车间控制工程
案例:
辅助系统与车间控制
输煤系统
化水车间控制
除灰系统
LK PLC在电厂输煤程控系统中的解决方案
电厂输煤程控系统就是完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务，一般包括卸煤系统、堆煤系统、上煤系统和配煤系统几个部分。输煤程控系统是保证机组稳发满发的重要系统，是机组安全可靠运行的重要支撑系统。
电厂输煤程控系统具有组成设备多且位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等方面特点，采用以和利时公司HOLLiAS LK系列PLC为主的监控系统来实现对整个工艺过程的控制，系统性价比高、易于维护、使用方便、性能稳定、可大大减少运行和维护人员的工作量、减少事故发生，对电厂的安全高效运行有很大帮助。
1、输煤程控系统设计
输煤程控采用双主机（热备）配置的HOLLiAS LK系列PLC完成上煤及配煤控制等功能，PLC置于输煤程控室。在粗碎机室、1#转运站、2#转运站、细碎机室、煤仓层、输煤综合楼设6组远程I/O站，各信号就近引接至附近的I/O站，各I/O站及PLC之间采用冗余PROFIBUS-DP现场总线通讯。该网络能满足输煤程控的实时要求。在输煤程控室设上位监控系统，通过两台上位监控机LCD进行输煤系统的集中监测及控制，不再设常规模拟屏及仪表。
图1 输煤程控系统结构图
◆系统结构
整个系统可以分为三层，包括生产管理层（输煤程控室）、现场控制层（PLC控制站）及就地控制层。现场各种数据通过PLC系统进行采集，并通过主干通讯网络——环形工业以太网传送到中心控制室监控计算机集中监控和管理，通讯速率为100Mbps，通讯介质根据通讯距离可以选择光纤或屏蔽双绞线。同样，中心控制室监控计算机的控制命令也通过上述通道传送到PLC的测控终端，实施各单元的分散控制。
根据输煤系统的设备间联锁关系强、地理较分散的特点，系统设有一个主站和若干个远程I/O分站，现场设备信号直接接入附近的远程I/O分站，并通过冗余的PROFIBUS-DP总线网络实现与系统主站的通讯，由系统主站完成对所有系统内设备的监控和管理。
考虑到输煤程控系统在安全性、可靠性方面的要求，系统主站采用HOLLiAS LK PLC具有冗余功能的CPU模块LK210，支持电源冗余、CPU冗余、以太网冗余、总线冗余，以保证整个系统的不间断运行。
◆控制方式
输煤程控系统控制方式设计为现场设备就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制三种控制模式。三种模式的级别由高到低依次为就地手动控制、远程手动控制、程序自动控制。
2、输煤工艺控制方案
不同的电厂由于其机组的大小，厂外来煤方式、煤场到原煤仓距离的远近和输煤设备等方面的不同，在输煤系统工艺形式上也存在着较大差异。但按照工艺段和功能的不同，一般输煤工艺可以划分为卸煤流程、堆煤流程、上煤流程和配煤流程几个部分。
图2 输煤系统工艺流程示意图
◆控制策略
输煤系统控制就是通过对输煤设备的监控，完成将煤场的煤输送到煤仓或煤筒的任务。系统的控制要求遵循如下原则:
•上煤原则
1）流程预启:进行流程选择，并启动相应流程上的预启动设备，做好启动准备；
2）流程启动:接收到流程启动允许信号后，系统主设备按逆煤流方向延时顺序启动；
3）流程停止:停止指令下达后，系统主设备按顺煤流方向延时顺序停止；
4）故障联锁停机:当所选流程上的系统主设备发生故障时，立即联锁跳停设备故障点上游（逆煤流方向）的主设备；
5）重故障信号:急停、拉绳、重跑偏、重堵塞、打滑等指令或信号将直接导致系统联锁跳停。
•配煤原则
1）顺序配煤:先设定一个尾仓，从第一个原煤仓开始进行配煤，煤斗以相同的时间（或依据煤仓料位）依次配煤，直到尾仓和尾仓前所有煤斗发出高煤位信号为止。顺序配煤时，如有煤仓出现低煤位信号，则停止顺序配煤，优先给低煤位配煤；
2）优先配煤:当有煤仓出现低煤位信号时，正常进行配煤的煤斗停止配煤并记忆。先补低煤位仓直至低煤位消失，再按记忆煤斗的正常顺序把煤仓逐个加到高煤位。当多个仓同时出现低煤位时，对这些仓按从前向后的顺序进行轮换的配煤，直至低煤位消失；
3）余煤配煤:当停机信号发出后，皮带上余煤均匀配给每个仓，直至原煤仓皮带机停止运行。
◆流程控制
流程选择、流程预启
上煤顺序启停控制
配煤流程控制
事故处理
3、系统特点
电厂输煤程控系统解决方案以和利时公司HOLLiAS LK PLC为核心控制器，采用冗余的以太网络、PROFIBUS-DP总线网络将中心控制室计算机和PLC系统主站、PLC系统主站与远程I/O分站联系起来，构成一个分布式的控制系统。系统具有如下主要特点:
•冗余的解决方案
输煤程控系统设计为冗余配置，包括电源冗余、CPU冗余、以太网络冗余、PROFIBUS-DP总线网络冗余，无论哪个环节出现故障都不会造成系统停车，这样就最大限度地保证了系统的可靠性和安全性。
•集中管理、分散控制
输煤程控系统设计为一个主站多个从站的网络结构，由系统主站统一管理系统内的设备，远程I/O分站只负责数据采集与设备驱动。这样的系统结构既满足了系统设备间联锁关系强的要求，又满足了系统设备位置分散的要求。
•软件界面友好、功能强大
PowerPro编程软件符合IEC61131-3标准，易学、易懂、易用。FacView组态软件图库丰富，网络功能强大，报警、报表、历史数据以及二次开发功能完善而易用。
•开放性
输煤程控系统设计为一个开放的系统，工业以太网、PROFIBUS-DP总线网络是目前应用最广泛和开放性好的工业通讯网络，系统软件支持DDE、OPC、ODBC、SQL，且提供丰富的API编程接口。另外，系统还支持Modbus/TCP协议、Modbus RTU协议、自由口协议等多种接口形式，可以方便地进行系统扩展或与全厂辅控网、MIS和其他子系统进行无缝连接。
PLC在电厂化学水处理系统中的解决方案
电厂化学水处理系统作为电厂辅机程控系统的重要组成部分，其运行关系到整个锅炉的安全性与经济性，并影响着整个电厂的工作安全性和机组的使用寿命。
随着化学水处理工艺的不断更新变化，复杂程度越来越高，对系统自动控制的要求也越来越严格，基于和利时公司HOLLiAS LK系列可编程控制器（PLC）的化学水处理自动控制系统，结合现场总线网络的控制系统来实现，功能包括对化学水处理过程的自动化控制、状态监视、数据采集、实时报警、统计打印等。系统充分发挥了LK PLC在可靠性、易用性、灵活性等方面技术的优势。与常规控制方案相比，具有控制功能更强大、控制水平更高、开放性更优秀等方面特点。
1、系统设计
化学水处理自动化控制系统由两台操作员站、一台工程师站和三个冗余PLC控制站构成。上位计算机系统采用工业级计算机构成功能强大的监测与控制系统，计算机上安装和利时公司的FacView工业监测与控制系统软件，通过合理的系统设计和系统组态，实现对整个化学水处理工艺流程的动态监视和控制。通过上位计算机系统和强大的工业控制传输网络，实现对整个生产工艺工程的自动化管理和控制。
图1 化学水处理自控系统示意图
PLC选用和利时公司HOLLiAS LK系列PLC冗余控制器，控制系统采用双机热备冗余方式，通过远程I/O的方式连接现场需要监测与控制的点。冗余的主控制站可以保证系统的停机维护时间为零，最大限度的减少人对系统的干预。主控制系统热备系统和远程I/O控制站之间采用高性能的冗余PROFIBUS-DP工业总线传输网络，实现信息的可靠、安全、稳定的传输。PROFIBUS-DP是一种高速和高性价比的现场总线，它专门设计为自动控制系统和设备级分散的I/O之间进行通信使用。
上位计算机系统与PLC控制单元之间采用工业以太网传输网络。以太网属国际标准，工业以太网已达到高传输安全性和可靠性要求，现已广泛用于程序维护、向MIS和MES系统传递工厂数据、监控、连接人机界面、记录事件和告警。工业以太网具有高传输速率(目前达到100Mbps)、交换机技术的确定性、不需考虑网络的拓扑结构、传输物理介质多样(双绞线、光纤、同轴电缆)、集线器的应用可不考虑网络的扩展等优点。
通过以太网络将上位计算机系统和现场监测与控制点紧密的结合为一个整体，构成一个完整的系统。在这样高速传输网络上，可以很方便的利用PLC系统所特有的功能，实现对整个控制系统的计算机在线远程诊断功能。
2、系统功能
系统实现对化学水处理过程的自动化控制、状态监视、数据采集、实时报警、统计打印等功能。软件系统按工艺过程设计有足够多的监控画面，对每一个工艺处理过程都可监控及操作。各监控界面可用于监视流程状态也可在画面上对流程实施操作，将整个工艺流程在监控画面上反映出来，同时画面以虚拟仪表的方式实时显示现场的信息，具有直观、动态、实时的效果。
运行人员可通过计算机对整个化学水处理系统实现生产过程状态监视、数据采集、实时图形监视、实时报警、统计打印等。即运行人员在控制室就可以对报表、图形实时查询，对生产情况进行了解并作出指导，实现生产管理自动化，并可与上位机联网通讯，提高全厂自动化水平。
具体控制程序设计包括:
•正常制水程序控制
•水箱水位控制
•制水设备自动切换投运的控制
•机械过滤器的清洗、自动切换控制
•除盐与反洗、再生的全自动周期运行控制
•阴床、阳床的再生程序控制
•混床再生的自动周期运行控制
•加酸、加碱系统控制
•废酸、废碱中和系统控制
•压缩空气系统控制
•其他控制功能
一级除盐设备的投运和再生由PLC实现自动控制，也可通过键盘和鼠标在控制室内的操作站上进行远方操作。一级除盐设备的出水导电率超过规定值或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。混合离子交换器的投运和再生由PLC实现自动控制，或者通过键盘和鼠标进行远程操作。当混合离子交换器出水导电率和二氧化硅超过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入再生程序。高效过滤器和活性碳过滤器由PLC实现自动控制，也可采用键盘和鼠标在控制室内的操作站上进行远方操作。当其进出口压差超过规定值，或周期制水量达规定值时，自动解列并报警，然后自动投入反洗程序。以上操作以前都由操作人员完成，本系统中的上述操作都可以不需要操作人员干预。
中间水箱水位由PLC实现自动控制(通过调节阳床入口调节阀)，使一级除盐系统投运时中间水箱水位稳定在正常位置。中间水泵启停与中间水位联锁，低液位启泵、高液位停泵，保证中间水泵的安全使用。
阀门、泵等的控制状态显示，自动/手动/就地操作和选择联锁。系统所有流量、压力可在操作界面上实时监视，原水流量、阴床出口流量、混床出口流量显示、积算并作历史纪录，可分别查看一级除盐、混床再生制水量。
系统控制每列除盐装置的投运、停止和再生程序、自动加酸加碱程序、自动/半自动启动另一列除盐装置程序等。对于顺控设置必要的分步操作、成组操作或单独操作等，并有跳步、中断或旁路等操作功能。系统投运以及活性炭清洗、一级除盐再生和混床再生可由系统自动完成或操作员步延、步进手动干预，在操作站界面上显示各步骤设定时间和剩余时间以及步进、步延指示等。
3、系统特点
•系统先进、可靠、性能价格比高
•系统自动化水平高，有利于保证生产连续、稳定和出水水质的稳定性
•系统控制方式多样，具有完善的联锁、保护功能，自适应能力强
•系统运行方式多样，设置有程控、步进、单操、就地手动等功能
•上位监控软件功能丰富、完备，操作灵活、维护方便
•优良的开放性和可扩展性，预留与其他系统的通讯接口
PLC在电厂除灰除渣系统中的解决方案
电厂除灰除渣系统的任务是把锅炉燃煤后所产生的灰渣进行集中、储存并运输到指定的地点（如灰场、灰库）。整个除灰渣系统是火电厂十分重要的支持系统，也是保证机组连续正常发电的重要系统。除渣系统一般包括排渣系统、渣水分离系统、灰渣输送系统；而除灰系统包括飞灰系统、仓泵、排灰管道、除灰空压机系统及灰库系统等。