浙江中控PCS400在煤泥泵送控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

張靈輝+翟慎波

摘 要：兗礦集團(tuán)濟(jì)三電廠是利用煤泥、矸石等燃料混合燃燒的低熱值燃料綜合利用電廠。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造的440t/h循環(huán)流化床鍋爐，DCS系統(tǒng)采用HONEYWELL公司的tps3000系統(tǒng)，原設(shè)計煤種的配比為65%洗中煤、10%矸石、25%的煤泥。每臺鍋爐配備2臺16t/h進(jìn)口煤泥泵（采用西門子PLC）和2套30t/h的國產(chǎn)煤泥泵送設(shè)備（采用西門子PLC）。為提高煤泥然用量，降低生產(chǎn)成本，增加4套煤泥煤泥泵送系統(tǒng)，并對原有煤泥泵送控制系統(tǒng)進(jìn)行改造升級，以滿足生產(chǎn)需求。為了研究解決循環(huán)流化床鍋爐燃用煤泥難，煤泥泵送系統(tǒng)之間距離遠(yuǎn)，國產(chǎn)浙江中控PCS400在電廠控制系統(tǒng)實現(xiàn)，并與HONEYWELL控制系統(tǒng)第一次實現(xiàn)通訊。循環(huán)流化床鍋爐煤泥泵送控制系統(tǒng)將通過軟件編程及硬件組態(tài)等手段，實現(xiàn)所有設(shè)備集中到PLC及DCS控制，進(jìn)一步提高了煤泥泵送系統(tǒng)的控制水平，提高經(jīng)濟(jì)效益和工作效率，減少了設(shè)備故障率和人員傷害，真正實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：煤泥泵送；控制；PCS400；PLC；DCS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.082

近年來，煤泥泵送作為一種煤泥輸送形式以其輸送過程封閉、輸送物料濃度高、無污染、輸送距離遠(yuǎn)、完全滿足坑口電廠對沒你輸送的要求等特點(diǎn)，越來越多的被綜合利用電廠所采用。

作為煤泥泵送的控制系統(tǒng)，國內(nèi)外一般都采用PLC單獨(dú)來控制?？刂频攸c(diǎn)一般都選擇在煤泥泵安裝地或控制室內(nèi)。PLC多采用西門子等外國品牌，沒有實現(xiàn)國產(chǎn)PLC的本地應(yīng)用。本文研究解決循環(huán)流化床鍋爐燃用煤泥難，煤泥泵送系統(tǒng)之間距離遠(yuǎn)，國產(chǎn)浙江中控PLC在電廠控制系統(tǒng)實現(xiàn)，浙江中控PLC與HONEYWELL控制系統(tǒng)第一次實現(xiàn)通訊。循環(huán)流化床鍋爐煤泥泵控制系統(tǒng)將通過軟件編程及硬件組態(tài)等手段，實現(xiàn)所有設(shè)備集中到PLC及DCS控制，進(jìn)一步提高了煤泥泵送系統(tǒng)的控制水平，提高經(jīng)濟(jì)效益和工作效率，減少了設(shè)備故障率和人員傷害，真正實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

1 設(shè)計原則

（1）集成原則：系統(tǒng)全面集成，集中控制。

（2）先進(jìn)性和成熟性原則：采用當(dāng)前國內(nèi)外先進(jìn)的、成熟的系統(tǒng)平臺及開發(fā)工具平臺。

（3）安全、可靠原則：系統(tǒng)必須具有良好的安全性設(shè)計，保證數(shù)據(jù)安全，軟件能滿足長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）易操作性原則：系統(tǒng)的操作應(yīng)該方便，界面友好、美觀、大方。

（5）可維護(hù)性原則：系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可維護(hù)力，保證維護(hù)方便、簡捷。

（6）標(biāo)準(zhǔn)化和開放性原則：系統(tǒng)采用國際流行的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實施，具有良好的開放性，滿足未來擴(kuò)展的需求。

2 選型原則

（1）選用可靠性高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性強(qiáng)的設(shè)備。

（2）選用結(jié)構(gòu)合理的設(shè)備，便于布線走線。

（3）系統(tǒng)的硬件部分要充分考慮到將來擴(kuò)充需要，存儲器的選用要留有足夠的余量。

（4）系統(tǒng)的軟件部分要充分考慮編程的難易程度及操作的方便程度。

（5）系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口要配置完善，為將來連接到MIS系統(tǒng)預(yù)留接口。

3 主要內(nèi)容

3.1 系統(tǒng)配置原則

根據(jù)先實際情況：系統(tǒng)共配置3個站，且公用系統(tǒng)站同時作為控制系統(tǒng)的主站。每個站都采用單獨(dú)的CPU來控制，便于系統(tǒng)的檢修與維護(hù)。每個分站與主站之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

一號站由現(xiàn)有的兩套中礦煤泥泵送系統(tǒng)和新增加的兩套直供煤泥泵送（MNB-20型）系統(tǒng)組成，按照一套煤泥泵送系統(tǒng)一套控制系統(tǒng)進(jìn)行配置，共需四臺PLC柜。二號分站由四套德國SHW公司煤泥泵送系統(tǒng)組成，每兩套煤泥泵送系統(tǒng)對應(yīng)一臺鍋爐。因此我們按照1臺爐一套控制系統(tǒng)進(jìn)行配置，共需2臺PLC柜。三號分站屬于新上系統(tǒng)，采用一套控制系統(tǒng)進(jìn)行配置，需要1臺PLC柜。

每臺柜子對應(yīng)相應(yīng)的煤泥泵送系統(tǒng)的控制卡件，不進(jìn)行交叉使用，避免出現(xiàn)狀況時互相影響，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和安全性，給系統(tǒng)維護(hù)也帶來了極大的便利。在廠外控制室配備3臺操作站，在廠內(nèi)控制室配置4臺操作站，操作站之間可以互為備用。

上位機(jī)軟件提供OPC服務(wù)，保持與全廠生產(chǎn)自動化控制信息系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫和信息管理數(shù)據(jù)庫的良好接口，能夠?qū)崿F(xiàn)信息系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的無障礙存取。

3.2 設(shè)備運(yùn)行時需要收集的數(shù)據(jù)

為全面掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，主要收集以下設(shè)備信息：油泵出口壓力，主油泵油溫、主油箱液位、電機(jī)電流、轉(zhuǎn)速、頻率、各設(shè)備狀態(tài)（如泵的運(yùn)行、停止，電動門的開、關(guān)）。

3.3 可編程控制器的選型及編程

可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。

CPU也稱中央處理器，是由一片或幾片大規(guī)模集成電路芯片組成的，相當(dāng)于人的大腦，是PLC的核心部分；CPU的作用是可通過接口及向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被測參數(shù)進(jìn)行巡回檢測、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算、報警處理及邏輯判斷等，實現(xiàn)對整個PLC的工作過程進(jìn)行控制。

了解國內(nèi)外各種PLC，通過對比選擇國產(chǎn)浙江中控OptiSYS PCS-400可編程序控制器。PLC的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖2。

下位編程軟件采用德國3s公司的CoDeSys V3編程軟件。CoDeSys是一種基于IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)的PLC軟件編程工具，其特點(diǎn)有：

（1）用戶友好、面向任務(wù)的中文圖形化編程環(huán)境；

（2）符合 IEC61131-3 Open PLC 國際標(biāo)準(zhǔn)，提供 6 種編程語言：指令表 IL，梯形圖 LD，結(jié)構(gòu)化文本 ST，功能塊圖 FBD，順序功能塊圖 SFC，連續(xù)功能塊圖 CFC；endprint

（3）集成 I/O 和現(xiàn)場總線配置工具：Profinet、Ethernet/IP、EtherCAT、SERCOS III、CANopen、Profibus、DeviceNet、Modbus 等現(xiàn)場總線；SoftMotion 控制；

（4）HMI 和可視化設(shè)計；

（5）具有在線模擬、在線修改和斷點(diǎn)調(diào)試功能，可方便通過以太網(wǎng)編程與調(diào)試。

3.4 操作畫面設(shè)計

畫面設(shè)計涉及到操作的方便性和安全性，上位軟件采用Optiview自動化管理系統(tǒng)。Optiview繼承了該系列軟件的一關(guān)特殊和核心技術(shù)（包括大規(guī)模組網(wǎng)、分布式在線組態(tài)、大規(guī)模實時數(shù)據(jù)庫、3維HMI界面設(shè)計等），以風(fēng)險最小化和運(yùn)營和諧化為系統(tǒng)集成的目標(biāo)，可深度無縫集成多種子系統(tǒng)，提高運(yùn)營效率，減少成本，同事也可以互聯(lián)多種子系統(tǒng)，實現(xiàn)各個系統(tǒng)之間的聯(lián)動及模式控制。

為了保證鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止單一系統(tǒng)出現(xiàn)故障時無法操作，煤泥泵送控制系統(tǒng)操作畫面分為兩部分，一部分存在于PLC電腦上，另一部分存在于DCS電腦上，兩部分操作畫面都能實現(xiàn)同樣的功能，為避免同時操作，設(shè)計一個允許按鈕，用于選擇允許那部分可以操作煤泥泵送系統(tǒng)。

3.5 安全輔件設(shè)計

煤泥泵送系統(tǒng)配有工業(yè)電視監(jiān)控子系統(tǒng)，用于監(jiān)視現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況，更加直觀的反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)。

4 浙江中控PCS-400在我廠應(yīng)用中解決了以下問題

4.1 控制系統(tǒng)的安全可靠性

OptiSYS PCS-400/500開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)在可操作性、可維護(hù)性、可擴(kuò)充性、安裝性能和性價比方面都能到達(dá)了令人滿意的結(jié)果，完全滿足了生產(chǎn)的需要。在硬件投入很小的情況下，獲得了最大的效益。采用CoDeSysV3SP4的服務(wù)器-客服機(jī)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。上位機(jī)與下位機(jī)通訊屬無縫連接，使得該系統(tǒng)的監(jiān)控畫面刷新速度由原來的幾十秒提高到4秒以內(nèi)，大大改善了系統(tǒng)的實時監(jiān)控性能，提高了物料輸送工藝質(zhì)量。該系統(tǒng)采用全中文圖形化界面，人機(jī)界面十分友好，操作員只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可完成操作，操作簡單、方便、可靠，大大降低了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。通過煤泥泵送項目的自動控制系統(tǒng)項目的實施，從底層的傳感器到控制層的PLC和作為工廠神經(jīng)中樞的控制網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場總線系統(tǒng)，以及輔助操作員進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和分析的軟件與終端，可以充分滿足各種自動化領(lǐng)域用戶對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、組態(tài)和控制的需求。DCS系統(tǒng)各信號顯示正常；各閥門調(diào)節(jié)靈敏可靠；電機(jī)的啟動、停止操作正?？煽俊?/p>

4.2 與DCS系統(tǒng)的通訊

可與不同廠家的DCS或PLC融為一體實現(xiàn)通訊，具有高檔的PLC所需的高速邏輯和順序控制性能，具備DCS的復(fù)雜模擬回路調(diào)節(jié)能力、友好的人機(jī)界面（HMI）及方便的工程軟件。該控制系統(tǒng)由電廠DCS系統(tǒng)發(fā)出的DO（開關(guān)量輸出）、AO（模擬量輸出）信號傳輸?shù)絇LC的DI（開關(guān)量輸入）、AI（模擬量輸入）模塊來控制煤泥泵的啟停及變頻器調(diào)節(jié)，同時DCS可以接收PLC反饋來的狀態(tài)情況，實現(xiàn)鍋爐DCS系統(tǒng)和煤泥PLC系統(tǒng)雙重控制的目的。具體是在OptiSYS PCS-400/500系統(tǒng)監(jiān)控畫面上增加相應(yīng)的切換開關(guān)，可分別切換為“PLC控制”和“DCS控制”，并且煤泥泵的啟停、變頻器調(diào)節(jié)的相關(guān)參數(shù)反饋到電廠DCS系統(tǒng)的控制畫面。采用這種控制方式的優(yōu)點(diǎn)是：避免了PLC系統(tǒng)與電廠DCS系統(tǒng)的直接通信連接，省去了通信接口的開發(fā)費(fèi)用，實踐證明這種控制方式是穩(wěn)定可靠的。

4.3 操作權(quán)限的設(shè)計

可以對組態(tài)畫面中的按鈕設(shè)置權(quán)限。這是一個非常實用的操作功能，在很多情況下，一些按鈕（例如連鎖、復(fù)位和畫面切換等）不能由操作人員操作，而是由相關(guān)的車間管理人員操作，此時， OptiSYS PCS-400/500可以給這個按鈕設(shè)置登陸用戶名和口令，非常方便用戶的各種要求。在此項目中，給急停的復(fù)位按鈕設(shè)置了權(quán)限，設(shè)備一旦急停，只有權(quán)限的用戶才可以復(fù)位，否則，相關(guān)設(shè)備不能啟動，有利于整個系統(tǒng)的安全。

5 結(jié)束語

通過PCS400在我廠的應(yīng)用，為公司的技術(shù)研究工作積累了經(jīng)驗，拓寬了解決問題的思路，為未來的生產(chǎn)建設(shè)打下了堅實的基礎(chǔ)，培養(yǎng)了人才。技術(shù)改造的成功，使我們認(rèn)識到了科技創(chuàng)新能為公司帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡介：張靈輝（1980-），男，內(nèi)蒙古赤峰人，本科，工程師，從事火電廠自動化控制。endprint