摘要：本文針對(duì)熱電廠秸稈上料系統(tǒng)，采用和利時(shí)公司LK大型PLC，根據(jù)系統(tǒng)工藝要求提供了一種降低成本、增加可靠性的控制方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱電廠秸稈上料系統(tǒng)工藝過(guò)程及生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)與自動(dòng)控制。該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、功能齊全、性價(jià)比高、擴(kuò)展靈活，目前已成功應(yīng)用于連云港協(xié)鑫熱電廠和寶應(yīng)協(xié)鑫熱電廠秸稈上料系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)。 　　關(guān)鍵詞：熱電廠；秸稈上料系統(tǒng)；LK大型PLC 　　　　 　　1. 引言 　　高速發(fā)展的中國(guó)經(jīng)濟(jì)對(duì)能源和環(huán)保提出了越來(lái)越高的要求，利用秸稈燃燒發(fā)電是充分利用能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一。據(jù)測(cè)算，每?jī)蓢嵔斩挼陌l(fā)電量相當(dāng)于一噸煤，不僅如此，環(huán)境國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的研究表明，秸稈還是一種很好的清潔可再生能源，其平均含硫量只有３.８‰，而煤的平均含硫量卻高達(dá)１％。除了具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，秸稈發(fā)電還具有可觀的社會(huì)效益，根據(jù)清潔發(fā)展機(jī)制（CDM），秸稈發(fā)電項(xiàng)目可以通過(guò)出售溫室氣體減排量來(lái)獲取建設(shè)資金。因此，從節(jié)能環(huán)保、充分利用農(nóng)村再生資源、建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的角度出發(fā)，利用秸稈燃燒發(fā)電在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，成為利國(guó)利民的“朝陽(yáng)”產(chǎn)業(yè)。本文介紹的基于和利時(shí)LK大型PLC的控制系統(tǒng)在滿足熱電廠設(shè)備安全、高效運(yùn)行的同時(shí)，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，社會(huì)效益和推廣前景。 　　 　　2. PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 　　2.1工藝流程介紹 　　協(xié)鑫熱電廠采用秸稈為原料，將其打碎并包裝成捆，上料系統(tǒng)將深加工后的秸稈燃料通過(guò)散包機(jī)進(jìn)行二次打碎，并將二次打碎后的燃料分散成碎料送至皮帶機(jī)，皮帶將分散后的秸稈碎料送入蒸汽爐的加熱系統(tǒng)內(nèi)充分燃燒，使蒸汽爐循環(huán)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵馔苿?dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，再由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。整個(gè)上料系統(tǒng)包括散包機(jī)的原料分散和皮帶機(jī)的物料輸送兩部分。 　　 　　散包機(jī)原料分散系統(tǒng) 　　散包機(jī)由壓料輥、導(dǎo)料輥、輸送輥、一次側(cè)散包機(jī)、二次側(cè)散包機(jī)幾部分組成。 　　秸稈燃料進(jìn)入散包機(jī)后，先由壓料輥將其進(jìn)行二次粉碎，粉碎后的燃料通過(guò)導(dǎo)料輥進(jìn)入輸送輥。后由輸送輥送入一次側(cè)散包機(jī)進(jìn)行分散作業(yè)，分散后再次經(jīng)由輸送輥送至二次側(cè)散包機(jī)進(jìn)行二次分散作業(yè)。 　　皮帶機(jī)物料輸送系統(tǒng) 　　經(jīng)二次分散作業(yè)后的秸稈燃料由散包機(jī)進(jìn)入皮帶機(jī)內(nèi)，燃料由0#皮帶機(jī)→1#皮帶機(jī)→2#皮帶機(jī)→3#皮帶機(jī)，最后由3#皮帶機(jī)將其送入加熱爐的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒。 　　2.2系統(tǒng)控制功能 　　該電廠原有的蒸汽爐及汽輪機(jī)等設(shè)備均由和利時(shí)公司DCS進(jìn)行控制，根據(jù)熱電廠上料工藝流程要求以及現(xiàn)有總體布局情況，設(shè)計(jì)采用將秸稈上料系統(tǒng)的PLC控制站作為現(xiàn)場(chǎng)控制站接入原有DCS控制系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)“集中監(jiān)視，分散控制”的整體布局。系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)監(jiān)控站（電廠原有的DCS監(jiān)控站）、現(xiàn)場(chǎng)控制站（LK大型PLC）、串口通訊系統(tǒng)以及在線檢測(cè)傳感器等構(gòu)成。 　　自動(dòng)控制單元實(shí)現(xiàn)的功能分別是： 　　采集原料分散系統(tǒng)中負(fù)責(zé)控制壓料輥、導(dǎo)料輥、送料輥、一次側(cè)散包輥和二次側(cè)散包輥等設(shè)備的變頻器的狀態(tài)信號(hào)及數(shù)據(jù)信號(hào)并對(duì)以上設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)；實(shí)時(shí)讀取并控制物料輸送系統(tǒng)中各皮帶機(jī)的工作狀態(tài)，包括各皮帶機(jī)組的A/B兩條皮帶的啟停控制及防撕裂、打滑、堵料、跑偏、拉繩等在線檢測(cè)開(kāi)關(guān)。 　　2.3硬件選型 　　協(xié)鑫熱電廠上料輸送控制系統(tǒng)采用串口通訊方式接入原有DCS系統(tǒng)。該串口通訊應(yīng)用MODBUS RTU 通訊協(xié)議并通過(guò)RS 485模式使其通訊距離延長(zhǎng)，抗干擾效果增強(qiáng)。PLC系統(tǒng)采用由和利時(shí)公司自主研發(fā)的LK大型PLC產(chǎn)品。作為國(guó)內(nèi)首款大型PLC，LK大型PLC是和利時(shí)公司在總結(jié)了十五年控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)及工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分借鑒國(guó)外主流產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)，完善技術(shù)性能，大膽創(chuàng)新架構(gòu)設(shè)計(jì)，推出的一款開(kāi)放性、可靠性、易用性俱佳的高端產(chǎn)品。 　　系統(tǒng)選用如下硬件產(chǎn)品： 　　表1 PLC系統(tǒng)硬件選型表 　　 　　其中， CPU雙機(jī)熱備的冗余結(jié)構(gòu)使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。 　　 　　3. 系統(tǒng)功能介紹 　　協(xié)鑫熱電廠原有的DCS控制系統(tǒng)分為生產(chǎn)管理級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和就地控制級(jí)三層結(jié)構(gòu)，利用高速工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）進(jìn)行連接以實(shí)現(xiàn)信息和資源的共享，其優(yōu)先級(jí)分別為就地控制級(jí)最高，其次為現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，最低為生產(chǎn)管理級(jí)。由LK大型PLC組成的PLC站位于該系統(tǒng)的的現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)，作為現(xiàn)場(chǎng)控制站接入電廠原有的DCS系統(tǒng)中。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下: 　　 　　·生產(chǎn)管理級(jí)：位于蒸汽爐、汽輪機(jī)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)控制室內(nèi)，由原有DCS監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。各監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)主要工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)過(guò)程的工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及顯示。上料輸送系統(tǒng)的PLC控制站通過(guò)串口通訊，與DCS系統(tǒng)的通訊服務(wù)器連接并由該服務(wù)器將PLC控制站數(shù)據(jù)傳入DCS的I/O服務(wù)器內(nèi)，I/O服務(wù)器上運(yùn)行的監(jiān)控軟件將該數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并下發(fā)控制命令。 　　·現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)：即PLC控制級(jí)，由LK大型PLC構(gòu)成。其功能是讀取上料系統(tǒng)中散包機(jī)和各皮帶機(jī)的運(yùn)行參數(shù)并根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)下發(fā)的指令來(lái)控制系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行。采集數(shù)據(jù)主要包括散包機(jī)各組成部分變頻器的運(yùn)行狀態(tài)、反饋電流以及故障信號(hào)；皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、反饋電流及各皮帶機(jī)的在線檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)?，F(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)接受生產(chǎn)管理級(jí)的調(diào)度，但并不依賴于生產(chǎn)管理級(jí)而運(yùn)行：若監(jiān)控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或并沒(méi)有投入使用亦或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，該控制站仍能正常工作，對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程沒(méi)有影響。 　　·就地控制級(jí)：將設(shè)備切換到現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地手動(dòng)控制。就地手動(dòng)控制具有最高的優(yōu)先級(jí)，主要應(yīng)用在設(shè)備調(diào)試、維護(hù)階段。 　　 　　4. 控制系統(tǒng)特點(diǎn) 　　協(xié)鑫熱電廠上料輸送系統(tǒng)通過(guò)將PLC控制站接入原有DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)工藝流程的監(jiān)測(cè)、控制以及數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)、分析以及報(bào)表打印等任務(wù)。 　　·工藝流程顯示：顯示工藝流程的同時(shí)將所有的設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)以及各控制回路的詳細(xì)參數(shù)等進(jìn)行了有針對(duì)性的實(shí)時(shí)采集與顯示。 　　·設(shè)定值顯示：包括所有必需參數(shù)的設(shè)定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)以及其它連鎖值、報(bào)警值等。 　　·報(bào)警顯示：包括實(shí)時(shí)報(bào)警、歷史報(bào)警。系統(tǒng)可在線診斷各類故障，查找故障部位并報(bào)警。包括工藝數(shù)據(jù)報(bào)警、設(shè)備故障報(bào)警、系統(tǒng)故障報(bào)警，根據(jù)不同的報(bào)警信息提供不同的報(bào)警畫面，在故障確認(rèn)后可實(shí)現(xiàn)報(bào)警解除。 　　·報(bào)表顯示和打?。翰捎昧薉DE技術(shù)，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報(bào)表。借助Excel的強(qiáng)大功能，用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報(bào)表?？梢允菍?shí)時(shí)數(shù)據(jù)的報(bào)表，也可以是歷史數(shù)據(jù)的報(bào)表。 　　·歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與檢索：對(duì)重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間最長(zhǎng)為10年?？梢酝ㄟ^(guò)歷史報(bào)表或者歷史趨勢(shì)曲線的方式來(lái)檢索歷史數(shù)據(jù)。 　　·控制：在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上可以進(jìn)行遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，使用鼠標(biāo)、鍵盤控制PLC來(lái)啟動(dòng)和停止現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備。 　　·操作記錄：對(duì)重要設(shè)備的操作、重要參數(shù)的修改均會(huì)自動(dòng)記錄，包括登錄的操作員、對(duì)設(shè)備進(jìn)行的操作、時(shí)間以及修改前的參數(shù)值、修改后的參數(shù)等，以利于管理及事故分析。 　　·系統(tǒng)的安全管理：系統(tǒng)設(shè)置為多用戶、多區(qū)域方式，各類用戶均有自己的用戶名和密碼，對(duì)應(yīng)著不同的安全級(jí)別，決定了操作員可觀察的范圍、可使用的功能、可修改的參數(shù)等。最多可以設(shè)置為8級(jí)用戶、8級(jí)區(qū)域。 　　5. 控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 　　本方案以PLC和DCS監(jiān)控計(jì)算機(jī)為核心，通過(guò)RS485的串口通訊方式，將現(xiàn)場(chǎng)PLC控制站與監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 　　●先進(jìn)性 　　·本方案設(shè)計(jì)中不僅采用了先進(jìn)的軟、硬件，而且著眼于企業(yè)“管控一體化”的需求，貫徹了數(shù)字化、信息化電廠的先進(jìn)思想，使企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步智能應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。該方案使控制系統(tǒng)有機(jī)地成為企業(yè)整個(gè)IT架構(gòu)的一部分。 　　·本系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，主要用于熱電廠的生產(chǎn)控制、運(yùn)行操作、監(jiān)視管理。控制系統(tǒng)配有可靠的硬件設(shè)備，和功能強(qiáng)大，運(yùn)行可靠，界面友好的系統(tǒng)軟件、編程軟件和控制軟件。 　　●高可靠性 　　·控制系統(tǒng)在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行。系統(tǒng)組件的的設(shè)計(jì)符合真正的工業(yè)等級(jí)，滿足國(guó)內(nèi)、國(guó)際的安全標(biāo)準(zhǔn)。并且易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，抗腐蝕，適應(yīng)較寬的溫度變化范圍。 　　·CPU雙機(jī)熱備，任何一個(gè)故障均不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 　　·現(xiàn)場(chǎng)控制站PLC對(duì)工藝過(guò)程的控制不會(huì)因監(jiān)控計(jì)算機(jī)的癱瘓而受影響。 　　·現(xiàn)場(chǎng)控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，平均無(wú)故障間隔時(shí)間（MTBF）15年。 　　●強(qiáng)大的功能 　　·PLC的編程語(yǔ)言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)、易懂、易用。 　　·高速工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸、高度數(shù)據(jù)共享。 　　·組態(tài)軟件圖庫(kù)豐富，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，報(bào)警、報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)以及二次開(kāi)發(fā)功能完善且易用。 　　6. 結(jié)束語(yǔ) 　　經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的調(diào)試和試運(yùn)行，由LK大型PLC控制的協(xié)鑫熱電廠秸稈上料輸送系統(tǒng)已于2007年9月初正式投入運(yùn)行。實(shí)踐證明，LK大型PLC能較好地滿足秸稈上料系統(tǒng)的控制要求，對(duì)整個(gè)上料系統(tǒng)及熱電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有力保障。該設(shè)計(jì)方案整體成本較低、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)成本低、可操作性高，在市場(chǎng)中具備強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)力，為熱電廠行業(yè)增添了一套完善的解決方案。