摘要 介紹了組態王在燃煤發電機組氣力除灰控制系統中的應用。該系統在硬件結構上采用上、下位機雙機熱備用冗余結構，提高了監控系統的可靠性。文中著重介紹了組態軟件進行雙機熱備冗余、PLC軟件編程及其硬件實現方法。
一、概述
電力是現代人類文明社會的必需品，而火力發電是電力生產的主要組成部分，火力發電是指使用化石燃料（即煤炭、石油、天然氣），通過燃燒釋放出熱能加熱工質，再通過熱力原動機驅動發電機的發電方式。火電裝機容量占全國發電裝機總容量的75%。燃煤電廠產生的大量灰、渣, 除少量灰分排入大氣外, 余者都以灰、渣形式由除灰系統送至灰場。除灰系統分機械除灰（適于小電廠的鏈條爐）,氣力除灰和水力除灰三種工藝。除灰系統包括除塵器下的灰斗、輸送風機、液態化風機、灰庫及灰庫附屬設備、輸送設備、管道、泵、閥門等。現代自動化控制技術以PLC（可編程控器）為核心，能夠按照預定的程序，定時、自動地對除灰系統倉泵等設備進行操作，并具有對除灰過程中可能發生的異常情況進行智能處理。
本系統采用氣力除灰工藝，氣力除灰系統是將省煤器及電除塵下集灰斗所收集到的飛灰，通過氣力輸送排放到灰庫，然后用車裝運。控制系統實時監控灰斗料位、氣源壓力、倉泵料位、倉泵壓力、灰庫料位、灰管壓力等參數，實現進料、流化、輸灰、吹堵等除灰過程的全自動控制。該程控系統采用可編程序控制器為主控設備,完成對除灰工藝全過程的程序控制，模擬顯示監控站采用工業總線工控機,管理集控式模擬盤顯示、鍵盤操作，上位機采用組態王監控軟件,承擔管理、編程、網絡數據采集、定值修改等任務,并設計相應的除灰監控系統軟件。該電廠四臺燃煤鍋爐的除灰系統共用一臺PC機進行統一控制,以簡化管理,降低成本。除灰程序控制系統具有完善的聯鎖保護、故障診斷、多種運行方式和人機對話功能,安全、實用、可靠。系統中PLC與監控計算機之間采用以太網通訊方式,提高了通訊速度，并保證數據的可靠性。監控畫面模擬顯示倉泵狀態、壓力、料位,灰庫料位以及灰管壓力等各種工況參數,并具備操作步驟,報警等信號,IO監控點有200點左右，均有PLC從各個設備采集，充分發揮了組態軟件及可編程序控制器的軟件功能。可編程序控制器的應用,保證了系統的可靠性,提高了機組運行的安全性能,而監控軟件的采用更提高了系統的自動化程度,同時減少了操作人員的工作量,直觀地畫面使操作簡單、可靠、方便,避免了誤操作。
二、系統工藝及設計方案
1、系統工藝
火力發電廠輸灰流程：電除塵器灰斗→鎖氣器→斜槽→飼料機→倉泵→灰庫→灰場，而從除塵器灰斗至灰庫部分具體輸灰程序為：首先在倉泵泵體內無壓力的情況下，打開進料閥和放氣閥（有倉泵導電除塵器灰斗，以保證倉泵內空氣的排放）、啟動鎖氣器，把電除灰塵灰斗內的灰料經鎖氣器→斜槽→飼料機→進料閥送入倉泵內，當泵內的灰料到達一定的程度時，停止鎖氣器運轉，關閉進料、放氣器兩閥，打開出料閥，再開進風閥，利用壓縮空氣將泵內的灰料通過輸灰管道至灰塔。然后再進行料放氣，周而復始，完成將電除塵器分離出的灰送至灰庫塔的任務。該系統在整個生產過程中具有重要的作用，正常運行時能確保鍋爐燃煤燒后產生的灰粉及時的輸送出去。
倉泵除灰控制系統的工作原理：
圖1 倉泵輸送系統示意圖
倉泵輸送系統在整個除灰控制系統中具有十分重要的意義，主要是通過壓縮空氣將干灰沿除灰管道輸送至灰庫或中轉倉，其過程主要通過對各個閥門的控制來實現，示意圖如圖1所示。進料閥由錐閥，連桿和活塞開關等部分組成，當活塞缺的活塞被氣壓推至上部時，連桿帶動搖臂桿使錐閥落下，進料閥開啟；反之，當活塞開關的活塞處于下部時，靠活塞開關內的彈簧的壓力把錐閥推至上方，并與橡膠圈壓緊，此時進料閥處于關閉狀態。
倉泵工藝流程圖如圖2所示，進氣閥是由閥上的上下氣流壓力差與彈簧之間平衡作用維持一定的開度讓一定量的壓縮空氣進去缺體，使缺體內物料氣化后，借缸體與管道的壓差，將氣化的物料送至輸送管道。倉泵工作時，按下啟動按鈕，系統投入運行，排氣閥打開，通過時間繼電器的延時：延時時間到，進料閥打開，進料此時也是通過一個時間繼電器來計量何時料滿：料滿延時時間到，就關閉放氣閥與進料閥。此時生產應轉入下一過程，當倉泵壓力達到一個給定值時，倉泵就應進行出料的生產過程。此時進氣閥與出料閥都打開，出料延時時間繼電器開始延時，出料完，及出料延時時間到，關進氣閥與出料閥，生產自動切換到進料過程，開放氣閥，然后開進料閥，如此循環往復的進行生產。
圖 2 倉泵工藝流程圖
在倉泵輸灰控制過程中有大量連鎖及閉鎖。如：①在倉泵體仍有余壓得情況下就只能開放氣閥降壓而禁止開進料閥，進料和放氣兩閥未完全關閉時則禁止打開進風閥，以防止返灰；②在灰管壓力較允許值高時則閉鎖打開出料閥和進風閥，以防灰管堵塞或堵塞故障變大；③在空氣母管壓力較低時閉鎖打開進風閥，防止堵管；④在進風閥未完全關閉時，閉鎖大開放氣閥和進料閥；⑤當倉泵內的灰料高度已達到預定位置、同側的另一臺倉泵不再出料狀態且空氣母管壓力已達到規定值時，連鎖打開出料計進風閥進行出料；當空氣母管壓力降到規定值后，連鎖關閉進風、出料閥，停止出料；另外還者有閥門故障檢測系統，當一閥門從全關位置到全開位置或從全開位置到全關位置的動作時間超過一定時間值時，則發出聲報警信號，提醒運行人員，該閥門已卡，應立即進行處理。
2、方案設計
本系統以PLC為控制主體，并配置組態軟件作為監控系統，來實現對除灰系統的數據監視和流程控制。系統網絡結構簡單，PLC通過工業總線形式從各設備傳感器、壓力儀表等采集數據，通過軟件設計控制程序，對現場開關、閥門等進行監控處理，并可以以多種工作方式進行操作，如就地操作模式、遠程操作模式、自動流程控制等，將設備進行集中控制管理，并監視其運行狀況，方便進行故障處理。
PLC控制站同監控計算機之間通過以太網進行數據通訊，控制終端均設置在除灰監控中心，由工作人員進行監控。上位機根據工藝流程設計監控畫面，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。該系統設計了冗余的配置模式，兩臺上位機通過以太網相連接，正常時主機進行于PLC的通訊，而主機發生異常時由從機與下位控制系統通訊，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。
三、系統配置及功能實現
1、系統配置
硬件：監控中心配置2臺工控機，安裝組態王軟件并配有除灰監控系統用于工作人員進行監控操作，并配置雙機熱備模式；同時安裝歐姆龍PLC，對現場設備進行數據采集和監控，并通過以太網交換機連接到2臺上位機，進行數據通訊。
軟件：由組態王設計的除灰系統監控軟件對采集數據和工藝流程進行管理、控制；PLC 編程軟件將控制程序下裝到PLC，并對PLC進行網絡組態。硬件配置具有擴展性，用于增加設備或與其他系統進行通訊。
2、系統功能實現
根據系統工藝需求，該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。
* 畫面顯示功能：包括倉泵系統監控畫面、灰庫監控畫面等，如圖3、圖4 所示，對現場設備進行監控。
圖3 1#爐倉泵監控畫面
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。
圖4 灰庫監控畫面
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。
* 數據管理功能：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，并通過組態王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。歷史數據畫面如圖5所示，實時報表畫面如圖6所示，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。
圖5倉泵歷史曲線監控畫面
圖6 系統報表監控畫面
* 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，如圖7所示，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7 系統報警監控畫面
* 系統網絡功能：系統利用組態王的雙機熱備功能，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。
四、結語
整個系統具有可靠的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。通過項目長時間運行的情況來看，設備運行正常，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。
