摘要：除灰渣系統是火電廠十分重要的支持系統，也是保證機組連續正常發電的重要條件。本文介紹了基于LK系列PLC的電廠除灰除渣集中控制系統的組成和功能，并從工藝要求、硬件設計、軟件編制等幾個方面闡述了PLC的優點。

關鍵詞：火電廠除渣除灰； LK系列PLC

1  引言

1.1 火電廠除灰系統裝置簡述

    除灰裝置是火力發電廠重要的輔助設備，其作用主要是把鍋爐電除塵器收集的粉煤灰輸送到灰庫，保證鍋爐系統安全正常運行。根據工作原理的不同，除灰裝置可以分為：水力除灰裝置、氣力除灰裝置和機械式除灰裝置三種。近年來，氣力除灰裝置得到廣泛應用，經常使用的氣力除灰裝置有：正壓氣力除灰裝置、低正壓氣力除灰裝置、負氣壓力除灰裝置和空氣輸送槽四種。氣力除灰系統的主要任務是將省煤器及電除塵下集灰斗所收集的飛灰，通過氣力排放到灰庫，然后用車裝運，或攪拌成濕灰裝船運走。整個過程濕密封管道輸送。

1.2 火電廠除灰除渣系統主要控制功能

    除灰除渣裝置的控制系統是一個比較復雜的控制項目，其主要控制對象：輸送風機、氣化風機、氣鎖閥、加熱器、各類閥門、卸灰裝置、布袋除塵器、收灰風機及管道壓力、底渣斗、貯水池以及灰庫等設備。

1.3 火電廠除渣系統裝置簡述

    大型機組除渣系統主要分為以下幾種方式：

    （1）水力噴射器除渣水力輸送方式。爐底渣經碎渣機破碎后由水力噴射器送至灰漿池，再通過灰漿泵送至灰場。

    （2）刮板撈渣機除渣水力輸送方式。

    （3）水力除渣汽車運輸方式。鍋爐底渣采用水力方式輸送至脫水倉，渣經脫水倉脫水后用汽車運至用戶或渣場。

    （4）水力除渣皮帶運輸方式。鍋爐底渣經螺旋撈渣機撈入碎渣機破碎后，由渣溝流至渣漿泵房前池，再由渣泵送往脫水倉，渣經脫水后上皮帶至灰場。

    （5）刮板撈渣機除渣皮帶運輸方式。排渣系統為爐底渣由刮板撈渣機撈出輸送至管帶輸送機，由管帶輸送機輸送并提升至渣倉，再由汽車運至灰場。

    （6）刮板撈渣機除渣汽車運輸至灰場的方式。爐底渣由刮板撈渣機直接輸送并提升至渣倉，再由汽車運至灰場。

1.4 火電廠除灰除渣系統主要工藝系統組成

    大型機組的除灰除渣系統通常包括：磨煤機排出的石子煤處理、鍋爐底部渣的處理、省煤器、空氣預熱器和電氣除塵器飛灰的處理。

    （1）石子煤的處理：

    石子煤的成分主要是磨煤機無法磨碎的石子，在機組調試初期，還常含有大量的煤。處理方式有機械方式和水力噴射泵輸送方式。

    （2）底渣部分的處理：

    底渣是鍋爐底部燃燒產生的廢物，大排渣溫度高，需要有貯渣及水冷裝置。如水封式排渣或刮板撈渣機的水槽，經過連續的冷卻水冷卻，然后采用機械方式和水力噴射泵輸送方式，另外還有適于北方干旱少雨缺水地區的空氣冷卻后加機械輸送的輸送方式。

    （3）灰的處理：

    大型機組的省煤器、空氣預熱器和電氣除塵器飛灰一般采用氣力輸送系統，以便灰綜合利用和保護廠區環境。灰庫中的灰可進一步經分選裝置，把粗灰中的細灰分離出來，提高細灰產量，同時達到商品優質灰的細度要求。

    （4）廠外輸送：

    出于安全運行方面的因素，底渣和飛灰輸送到灰渣場。常有的輸送方式有灰渣泵水力輸送或干灰調濕后皮帶、汽車、裝船等。

2 集控系統設計

    鑒于電廠除灰除渣系統工藝設備較分散，距離較遠，范圍大，運行時要按嚴格的相關條件和聯鎖關系及壓力參數來控制運行。據此特點，本系統采用和利時LK大型可編程序控制器（PLC）為核心的全自動化程序控制。在除灰除渣控制室設置PLC控制機柜及上位機，PLC控制站同監控計算機之間通過以太網進行數據通訊。

                                     圖1   除灰除渣自動化控制系統圖

    現場PLC控制系統是隸屬主控系統又相對獨立的智能控制系統，配備CPU模塊、網絡模塊、通信模塊、開關量輸入模塊、開關量輸出模塊、模擬量輸入模塊、電源模塊等，它接收主控機下發的參數設定、運行指令，并以預訂的方式對輸灰系統進行控制。這樣，既保障了全系統的集中監控管理，又保證了各種保護的實時性，真正做到了分散控制，集中管理。

    監控計算機采用雙機冗余配置，安裝FacView監控組態軟件，兩臺上位機通過以太網相連接，正常時主機與PLC控制系統進行通訊，而主機發生異常時由從機與PLC控制系統通訊，數據同步備份，保證了數據一致和完整性，使生產安全穩定的運行。

    以某電廠的除灰除渣系統為例，系統采用水力噴射除渣+氣力除灰處理工藝，其主要控制對象：水泵，輸送風機、氣化風機、氣鎖閥、加熱器、各類閥門、卸灰裝置、布袋除塵器、收灰風機及管道壓力、底渣斗、貯水池以及灰庫等設備。控制系統主要設備配置如下：



    序號    設備名稱               型號及規格                            數量

    除灰控制站（DI:161 DO:60 AI:43 RTD:27 A0:6）

      1     電源模塊5A           LK910,電源模塊，                          2
                                 輸入120/230VAC，輸出24VDC，5A   
      
      2     CPU模塊              LK210,冗余CPU模塊，533MHZ，
                                 位指令0.013ms/K，程序16M，
                                 數據64MB＋1MB掉電保持區                   2

      3    通信接口模塊          LK231,PROFIBUS-DP通信接口模塊             3

      4    16點數字量輸入模塊    LK610,16通道數字量輸入模塊，
                                 12/24V DC，漏型                           11

      5    16點數字量輸出模塊    LK710,16通道常開晶體管輸出模塊，24V DC     4

      6    8點模擬量輸入模塊     LK411,8通道模擬量輸入模塊，16位，
                                 電流信號                                    6

      7    4點模擬量輸出模塊     LK511,4通道模擬量輸出模塊，
                                 12位，電流信號，隔離                        2

      8    6點熱電阻輸入模塊     LK430，6點熱電阻，                          5

      9    本地背板              LK121,本地背板，冗余CPU插槽，10 IO槽        1

     10    擴展背板              LK111,本地背板，10 IO槽                     2

     11    擴展電纜 3M           LKX002                                      4

     12    LK I/O端子矮蓋板      LKC110                                      28

     13   I/O端子矮蓋板透明標簽    LKL022                                    28

     除渣控制站（DI:140 DO:59 AI:35 RTD:38 A0:7）

      1    電源模塊5A            LK910,電源模塊，輸入120/230VAC，
                                  輸出24VDC，5A                               2

      2    CPU模塊               LK210,冗余CPU模塊，533MHZ，
                                位指令0.013ms/K，程序16M，
                                 數據64MB＋1MB掉電保持區                      2

      3    通信接口模塊          LK231,PROFIBUS-DP通信接口模塊                3

      4    16點數字量輸入模塊    LK610,16通道數字量輸入模塊，
                                  12/24V DC，漏型                             9

      5    16點數字量輸出模塊    LK710,16通道常開晶體管輸出模塊，24V DC       4

      6    8點模擬量輸入模塊     LK411,8通道模擬量輸入模塊，16位，電流信號    5

      7    4點模擬量輸出模塊     LK511,4通道模擬量輸出模塊，12位，
                                  電流信號，隔離                              2

      8    6點熱電阻輸入模塊      LK430，6點熱電阻，                          7

      9    本地背板               LK121,本地背板，冗余CPU插槽，10 IO槽        1

     10    擴展背板               LK111,本地背板，10 IO槽                     2

     11    擴展電纜 3M            LKX002                                      4

     12    占空模塊               LKC131                                      1

     13    LK I/O端子矮蓋板       LKC110                                      28

     14    I/O端子矮蓋板透明標簽    LKL022                                    28

    運行人員通過上位機（LCD操作員站），根據工藝流程設計監控畫面，對除灰除渣控制系統進行集中監控；LCD畫面能夠顯示工藝流程、測量參數、設備運行工況；具有數據采集顯示、數據存儲管理、報警輸出、歷史數據存儲及報表生成等功能，并連接網絡打印機，方便生產過程中需要生成各種報表文件。能以不同顏色顯示參數越限報警及控制對象故障(信號報警功能)；能打印測量參數、報警信號等(記錄儀功能)。

    系統使用雙回路電源供電，能在電源柜中互為備用，自動切換。當工作電源出現故障時，自動快速切換到備用電源，而不影響控制系統正常工作，確保在任一路電源故障情況下，均不會導致系統的任一部分失電。為確保電源不間斷，系統接入了UPS不間斷電源裝置更加確保了系統電源的穩定性。

    在工藝系統設備附近，設有就地操作箱。操作箱設有自動/手動轉換開關及手操開關，便于設備自動投運前的調試和運行過程中發生故障后的檢修。

3  控制模式

    系統設置有自動、軟手操、就地等三種方式。自動、半自動、軟手操在模擬控制臺上或者LCD操作員站上，經PLC對設備進行控制。“就地”是通過就地的操作箱自動/手動切換開關及手動開關，對設備進行一對一控制操作。

3.1 手動操作

    手動操作分為就地現場箱手動操作和上位機手動操作（即上位機軟手操）。

    在系統工藝設備附近，設有就地操作箱。操作箱設有自動/手動轉換開關及手操開關，便于設備自動投運前的調試和運行過程中發生故障后的檢修。

    進行上位機軟手操。

3.2 自動控制

    當需要通過PLC程序進行自動運行時，操作前也必須滿足以下條件：

    就地操作箱上“手動/自動”旋鈕位于“自動”位； 

    切換上位機“手動/自動”旋鈕至“自動”位。

    自動運行條件下，現場被人為切換時，則會出現故障報警，即程序停止，現場所有閥門關閉。灰管疏通后，將倉泵內殘留的灰手動吹掃干凈后，返回到相應畫面進行報警和故障復位，完畢后在自動操作條件滿足的情況下方可進行新一輪的自動運行操作。

4  系統功能

    根據系統工藝需求，系統設計了豐富的畫面顯示，形象動態的顯示除灰倉泵、輸灰管閥布置圖，并采用不同顏色的顯示來反映各設備的運行狀態。該系統具有模擬、遠操、自動、手動等控制功能，可以實現對設備的多種控制方式。上位機監控系統通過棒圖、趨勢圖等顯示時間、電流、壓力等數據形成有效的數據分析圖。該系統具有完善的報警處理，系統出現報警時，自動彈出報警畫面、顯示報警內容，并對報警進行記錄，以便查詢、打印。為了提高系統安全，故障出現時，可根據故障類型，自動采取相應保護措施，對過流、過載、介質異常等具有保護功能。該系統軟硬件配置均具有可擴展性，可以方便的擴展到全廠輔控系統中，實現全廠集中控制。

4.1 工藝流程圖顯示

    工藝流程圖包括1#爐負壓系統操作監控圖，用于對1#爐進行實時監控、操作；2#爐負壓系統操作監控圖，用于對2#爐進行實時監控、操作；負壓系統監控圖，用于對負壓系統進行實時監視；倉泵系統監控圖，用于對正壓倉泵系統進行實時監控、操作。

    倉泵系統中對其壓力、時間、料位等參數進行監控，并可以手動設置工藝參數，對設備進行相應控制，系統共對4個機組的倉泵進行監控，畫面中還包括限值報警狀態等信息。

    灰庫監控系統中對2個灰庫進行監控，灰庫系統中的監控設備有管道切換閥、灰庫料位計、加熱器、攪拌機、散裝機以及氣化風機。畫面中每個管道中有切換閥，其狀態清晰的反映了現場閥位信號，并可以由工作人員進行操作。灰庫中安裝了先進技術的射頻導納料位傳感器，可以準確地將灰位信號傳給PLC進而顯示在組態畫面中，可以使工作人員清楚地分析灰位情況。

                                       圖2   工藝流程圖

4.2 數據管理

    該系統對數據進行采集反映在模擬畫面中，通過報表工具生成實時報表，并通過歷史記錄功能進行存儲，用于生成歷史趨勢、歷史報表，為工藝數據分析提供了可靠的依據。系統可以方便的對這些數據分析結果進行文件生成，用于輸出或進行存儲。

4.3 系統報警功能

    系統具有完善的報警功能，在設備監控畫面中用不同的顏色代表狀態，模擬量設有限值報警，開關量設置狀態轉換報警，并專門設置總報警一覽畫面，顯示所有的報警狀態以及相關信息。系統配有語音報警，可以進行語音提示，方便的為工作人員提供了報警信息，即使對事故進行相應的處理。報警可以進行存儲以備事故追憶提供依據。

                                      圖3   系統報警功能

4.4 系統網絡功能

    系統利用監控組態軟件的雙機熱備功能，將監控中心兩臺上位機配置為冗余模式，保證了系統的安全，歷史數據可以進行一致性處理，保證了數據的可靠和完整。網絡的可擴展性為全廠輔控系統提供了通訊接口，可方便的進行通訊。

4.5 故障查詢與處理

    查詢

    在系統運行過程中，有故障發生時工控機發生鳴叫提示報警，操作人員可以通過畫面切換至主畫面處，點 擊“報警一覽”按鈕，打開報警一覽畫面進行查詢。

    處理

    根據故障“報警一覽”中描述項內的提示，操作人員到現場相應位置進行故障排除處理。

    事件記錄查詢

    此系統還提供事件記錄查詢功能（主要是針對倉泵系統）即可以查詢各個閥門的動作情況，以便為故障查 詢提供輔助作用。

5  應用特點

    除灰除渣控制系統采用PLC控制、LCD監視操作這種控制模式，技術先進，功能完善，邏輯性強，保證了電廠除灰除渣控制系統安全、可靠的運行。它有以下特點：

    本自動化控制裝置采用全自動程序控制，自動化程度高。系統定時循環運行，人工參與少；

    監控手段齊全、可靠。除灰除渣控制系統可以在LCD上觀察和控制系統的運行工況，控制系統的LK系列PLC具有雙機熱備系統，當LCD出現故障時即可相互切換，保證系統的正常運行；

    LCD這種控制方式，不僅避免了由于常規控制開關在電廠這種惡劣環境中接點接觸不好及質量不過關等造成的誤動和拒動外，還降低了成本，提高了性能價格比。

6  結束語

    整個系統采用和利時公司高性價比的LK系列PLC對設備進行集中控制，而雙機熱備的上位機系統為軟件提供了安全保證，該系統具有完善的組態功能，提高了該電廠除灰生產自動化水平，保證了機組的正常運行，維護、檢修工作量減少，大大降低了維護檢修費用。通過監控系統工作人員能準確了解倉泵的料位及運行狀態，對倉泵的操作便有了有效信號依據，提高倉泵等設備的運行效率，降低了設備的損耗及能源的浪費，保證了整個系統按工藝要求正常運行，為電廠正常運轉提供了有利的保障。

參考文獻

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