1. 引言
高速發(fā)展的中國經(jīng)濟(jì)對能源和環(huán)保提出了越來越高的要求,，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)測算，每兩噸秸稈的發(fā)電量相當(dāng)于一噸煤,，不僅如此,，環(huán)境國際能源機(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)目可以通過出售溫室氣體減排量來獲取建設(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)電在我國得到了廣泛應(yīng)用，成為利國利民的“朝陽”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)場控制站（LK大型PLC）,、串口通訊系統(tǒng)以及在線檢測傳感器等構(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)信號及數(shù)據(jù)信號并對以上設(shè)備發(fā)送控制信號,；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,、拉繩等在線檢測開關(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RS 485模式使其通訊距離延長,，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)開發(fā)及工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，充分借鑒國外主流產(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,、現(xiàn)場控制級和就地控制級三層結(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)先級分別為就地控制級最高,，其次為現(xiàn)場控制級,，最低為生產(chǎn)管理級。由LK大型PLC組成的PLC站位于該系統(tǒng)的的現(xiàn)場控制級,，作為現(xiàn)場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：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)對主要工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)過程的工藝參數(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)場控制級：即PLC控制級,，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；皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài),、反饋電流及各皮帶機(jī)的在線檢測開關(guān)信號?，F(xiàn)場控制級接受生產(chǎn)管理級的調(diào)度，但并不依賴于生產(chǎn)管理級而運(yùn)行：若監(jiān)控計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障或并沒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,，對整個(gè)工藝過程沒有影響。
•就地控制級：將設(shè)備切換到現(xiàn)場手動(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，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)通過將PLC控制站接入原有DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對工藝流程的監(jiān)測、控制以及數(shù)據(jù)的處理,、存儲,、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)表顯示和打印：采用了DDE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)的存儲與檢索：對重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲,，數(shù)據(jù)的存儲時(shí)間最長為10年?？梢酝ㄟ^歷史報(bào)表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數(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來啟動(dòng)和停止現(xiàn)場的設(shè)備,。
•操作記錄：對重要設(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，對應(yīng)著不同的安全級別,，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級用戶,、8級區(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RS485的串口通訊方式,，將現(xiàn)場PLC控制站與監(jiān)控計(jì)算機(jī)連接起來,，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?？刂葡到y(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，滿足國內(nèi),、國際的安全標(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)場控制站PLC對工藝過程的控制不會(huì)因監(jiān)控計(jì)算機(jī)的癱瘓而受影響,。
•現(xiàn)場控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠運(yùn)行，平均無故障間隔時(shí)間（MTBF）15年,。
●強(qiáng)大的功能
•PLC的編程語言符合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)以及二次開發(fā)功能完善且易用,。
6. 結(jié)束語
經(jīng)過兩個(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，在市場中具備強(qiáng)有力的競爭力,，為熱電廠行業(yè)增添了一套完善的解決方案,。