热电厂气力除灰PLC控制系统设计

热电厂气力除灰ＰＬＣ控制系统设计

莫晓晖１．郭火庆：

（１．金陵科技学院信息技术学院，江苏南京２１０００１；２．孝感供电公司农电工作部，湖北孝感４３２１００）

摘要：介绍了气力除灰装置的结构组成和正压浓相气力除灰的工作流程，提出了以Ｍｏｄｉｃｏｎ

ＯＵＡＮＴＵＭ１４０系列可编程控制器（ＰＬＣ）和Ｉｎｔｅｌｌｕｔｉｏｎ的ｉＦｉｘ监控软件相结合的系统设计方案．

该方案以具有高速数据处理能力和组态’灵活方便的ＰＬＣ为控制核心．ＰＬＣ配置为双机热备方式．实现了系统的可靠性要求．采用梯形图以模块化方式编写控制程序．实现了除灰系统的启动关闭控制、仓泵循环控制、故障报警等功能，同时，基于ＭｏｄｂｕｓＰＩｕｓ’协议实现ＰＬＣ和上位机的数据通信实现了系统的远程监控。实际表明该除灰控制系统具有可靠性高、实用、性能好的特点。关键词：仓泵；气力除灰；ＰＬＣ；双机热备中图分类号：ＴＭ

６２１．７＋３

文献标识码：Ｂ文章编号：１００６—６０４７（２００６）１０—００８ｌ一０４

在热电厂辅助系统中主要包括化学补给水处理系统、输煤系统、除渣系统和除灰系统等，这些系统的工艺流程多以顺序控制和开关量控制为主．采用可编程控制器（ＰＬＣ）构成独自的控制子系统单独控制。同时．ＰＬＣ系统通过相应的通信模块挂在分散控制系统（ＤＣＳ）通信总线上，实现数据通信，以便ＤＣＳ系统掌握各辅助工艺系统情况，协调全厂工作。

以某石化自备热电厂为例．在其４×５０ＭＷ机组（４台锅炉）的气力除灰控制系统中采用０ＵＡＮＴＵＭ１４０系列ＰＬＣ控制，它具有结构紧凑、功能强、系统构成灵活等特点，硬、软件均采用模块化结构和多种灵活方便的软件编程、调试方式…。

压浓相气力除灰［２］。此系统适用多灰斗分散输送．浓相输送气灰比高，具有输量大、对管道磨损小、输送距离远、布置比较灵活的优点。１．１气力除灰装置组成

该除灰系统为单元制布置．每单锅炉１个单元系统．４台锅炉的除灰装置完全相同。现以ｌ号锅炉为例分析。除灰装置如图１所示。

该除灰装置主要由６部分组成：电除尘器、灰斗、仓泵、灰斗气化管路、仓泵进气管路、输灰管路。在１号锅炉上安装了３个电除尘器．将锅炉烟道中的粉煤灰，收集储存在电除尘器下方的灰斗中。每个电除尘器下面有２个灰斗．每个灰斗下布置ｌ台仓泵。由仓泵将干灰送入灰库。第ｌ电场的灰从除尘器经灰斗进入仓泵，输送至原灰库，经分选系统分选，粗灰进入粗灰库．经旋风收集器收集的灰输入细灰库；第２、３电场灰从除尘器经灰斗进入仓泵，输送至细灰库。

ｌ气力除灰系统概述

该热电厂４台２２０ｔ／ｈ锅炉除灰系统采用了正

收稿日期：２００６—０６一０６

ｅ；．、坜瞄℃ｊ＾蝣、坜、坜、翰峤≈看＾饬、翰岈、翰惭岈、场、翰岈岈峤Ｙ｝彳岈岈曲畅岈ｉ场曲曲岈、％岈畅翰岈岈姊愦岈岈岈物畅物～二，．、

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ｔｈｒｏｕｇｈｄａｔａｍｏｄｅｌｔｕｎｉｎｇａｎｄｍｅｒｇｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．

ＫｅｙｗＯｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｍｏｄｅｌ；ｄａｔａｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｄａｔａｍｏｄｅｌ；

Ｗｅｂ－ｂａｓｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

万方数据　

８１

电力自动化设备

第２６卷

锅炉卜一

电除尘器ｌ

电除尘器２

电除尘器３

＝＝二＿｛灰斗１灰斗２ｌ灰斗３灰斗４ｌ灰斗５灰斗６灰斗气

化管路仓泵进囫进料阀囫囫豳豳场气管路

鎏气蕊料商

Ｑｌ。ｌ＿ｌ—ＨＱ。：ＩＪ—ＨＱｎｊ＿ｌ—叫Ｑ一。Ｊ＿－—ＨＱ。ｌ－ｌ＿ＨＱ。

牵压栅组Ｌ——塑堕塑呈堕。扣ｉ示葛斗兰譬兰麻

灰管路

空压机组Ｌ＿——————叫坚竺堡ｒ’］—１型竺堡

千

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十

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一．

Ｉ粗灰库Ｉ电加热器气化风机电加热器

灰库气化管路

１●为进气阀

讶为进、出料阀

Ｑ－ｔ～Ｑ ｓ为仓泵代号

图１１号锅炉除灰装置示意圈

Ｆｉｇ．１ＢｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆａｓｈｒｅｍｏｖａｌｄｅＶｉｃｅ

ｆｏｒｂｏｉｌｅｒＮｏ．１

每个仓泵有３条管路与之相通。第ｌ条管路为１．２气力除灰系统工作流程

仓泵是该除灰系统的主要设备。由进料圆顶阀、出料圆顶阀、泵本体、进气装置、排气平衡阀、压力开中：进料圆顶阀密封和出料圆顶阀密封的作用是防止仓泵在进气过程和输灰过程中发生漏气现象。仓泵ａ．进料阶段。排气平衡阀打开后，进料圆顶阀打开，物料自由落下，填充泵体，进气阀和出料阀保持关闭状态。此时无空气消耗。

ｂ．增压阶段。当仓泵中的任何物料达到仓泵内料位计高度或达到设定的填充时间时．进料圆顶阀和排气平衡阀关闭．进料圆顶阀密封圈充气密封．进气阀组打开，压缩空气进入泵内，压力升高至设定的上限值（指开泵压力）。

ｃ．输送阶段。当压力升至设定的上限值时，出

料圆顶阀密封圈泄压。打开出料圆顶阀，输送物料，

压缩空气将灰从仓泵输送到灰库。

ｄ．清扫阶段。在进气管线上设有压力开关，当探测到管道内的压力下降到设定的下限值（指吹扫压力）．表明输灰结束，吹扫几秒后，关闭压缩空气入口阀，系统复位等待下一次循环。

对同一列各仓泵．其循环时间是错开的．当一半

仓泵在进料时，另一半正在出料。仓泵工作循环的

交替保证进入输送管的飞灰流量均等。

万　

方数据２气力除灰控制系统硬件组成

在热电厂中．除灰系统关系着全厂能否连续生产，因此对系统的可靠性要求很高．为此，ＰＬＣ采用双机热备（硬热备）配置［４－引。通过２套配置完全相

同的ＰＬＣ主机、电源、通信和热备处理模块，形成主

备形式。在正常状态下，主机负责处理程序运行，进

行Ｉ／０服务．更新备用机的状态及数据．备用机则监

视主机的运行状态。当主机发生故障时。备用机切换成主机，接替故障机的处理工作．切换时间不超

过５０ｍｓ。此外，２台平行工作、互为备用的工控机作

为操作站．形成“ＰＬＣ＋上位机”控制系统。

图２为控制系统硬件结构框图．主要有操作员站（上位机）、下位机控制器２大部分组成，图中ＲＩＯ

（ＲｅｍｏｔｅＩｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）指远程站。

裂描＝

上位机

上位机ＩＰＣ，

ＩＰＣ２

打印机ＨＰ６Ｌ

ＳＡ８５网卡ＳＡ８５网卡

Ｌ＿七工＝＝＝二三

与Ｄｃｓ数据通信

世磐跫竺固

ｌ旦！Ｑ！｝＝：：：＝爿ＲＩｏ』

图２控制系统硬件结构框图

Ｆｉｇ．２

Ｈａｒｄｗａｒｅ８ｔｍｃｔｕｒｅｏｆ

ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ

２．１

操作员站

操作员站为２台装有ｉＦｉｘ３．５软件包的工控机．２台工控机功能完全相同，互为备用。具体配置为：ＰＩＩＩｌＧＢＣＰＵ、２５６ＭＢ内存、６０ＧＢ硬盘、３．５时软驱、２ｌ时彩色显示器、１０１键盘＋光电鼠标。另配置ＨＰ６Ｌ激光打印机１台，用于报表、程序、故障记录等的打印。２台工控机通过ＭＯＤＩＣＯＮ专用网卡ＡＭ—

ＳＡ８５一０３２与ＰＬＣ的ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ接口相接．实现上

位机和ＰＬＣ的数据通信．完成对整个系统的监视和

控制。

２．２下位机控制器

除灰系统的ＰＬＣ控制系统是一个较复杂的程控项目．其主要控制对象为：输送风机、气化风机、仓泵、加热器、各类阀门、卸灰装置、布袋除尘器、收灰风机及管道压力等。Ｉ／０实际点数分布为ＤＩ

５１０，

ＤＯ２９２，ＡＩ１２０；配景点数为ＤＩ６０８，ＤＯ３８４，ＡＩ１４４，

冗余量达到２０％。整个控制器由ＰＬＣ主站和５个

远程Ｉ／Ｏ（ＲＩＯ）站组成［６１。

ＰＬＣ主站为整个控制系统的核心，ＣＰＵ模块一方面接受远程Ｉ／Ｏ输入模块传来的检测信号，通过运行程序输出控制信号至远程Ｉ／Ｏ输出模块控制整个系统的协调工作：另一方面将寄存器中的数据上传至上位机．向上位机提供工况信息，并接收上位

灰斗气化管路．空气压缩机供给的压缩空气经电加热器加热后．通过该管路送人灰斗气化装置对灰斗进行气化．一方面防止粉煤灰潮湿集结．另一方面使灰斗内的粉煤灰在除灰过程中容易落入仓泵中：第２条管路为仓泵进气管路．压缩空气经该管路进入仓泵，使仓泵内的飞灰流态化：第３条管路为输灰管路，在除灰过程中，仓泵的出料阀打开后。粉煤灰流出仓泵。压缩空气将灰通过该管路从仓泵输送到灰库。

关、料位计等组成。排气平衡阀的作用是在装料时。使仓泵和灰斗的气压相等．有利于粉煤灰落入仓泵采用循环工作方式【３】，１个工作周期分成４个阶段。

８２

第ｌＯ期

莫晓晖，等：热电厂气力除灰ＰＬＣ控制系统设计

机的指令控制程序运行．完成控制功能。主站ＣＰＵ

为１４０ＣＰＵ５３４１４Ａ３２位处理器，内存为４ＭＢ．根据

工艺可靠性要求，同时视其核心作用．采用双机热备的方式．ＣＰＵ双机热备采用光纤用ＣＨＳ２１０００模块进行互相监视和切换。

各远程Ｉ／Ｏ站采用１６槽底板，设有电源模块、通信模块．另外还有数字量输入模块１４０ＤＤＩ３５３００（３２点开关量输人）、１４０ＤＤＯ３５３００（３２点开关量输

出）、１４０ＡＣＩ０３０００（８点模拟量输入），用于同现场设

备相连接．实现信号输入与设备控制，除此之外。还预留若干插槽供系统扩充用。

２．３网络通信

本系统的网络通信分为２部分：第１部分为ＰＬＣ主站．通过ＮＯＭ模块上的ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ接口与上位机相连．ＰＬＣ到上位机采用了ＭｏｄｂｕｓＰｌｕｓ协议ｆ７］，使用Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ专用双绞线．这是一个总线型令牌传

递网络，以１Ｍｂｉｔ／ｓ速率通信。使用双绞线，传输距离可达１．８ｋｍ．如使用双绞线中继器或光纤传输距离可达１３．５ｋｍ。此外，通过Ｍｏｄｂｕｓ接口完成与主

ＤＣＳ控制系统间的数据通信．运用了Ｍｏｄｂｕｓ协议。Ｍｏｄｂｕｓ是一主／从协议。传输速率９６００ｂｉｔ／ｓ，是一种受到３００多家工业产品供应商支持的工业标准．任何计算机的串口都支持在线编程或数据采集应用．在主ＤＣＳ控制系统中安装Ｉ／Ｏｄｒｉｖｅｒ后．即可采集到实时数据：第２部分为由ＲＩＯ通信从模块１４０ＣＲＡ９３２００及相应卡件组成５个远程Ｉ／０站．和主站ＲＩＯ通信主模块１４０ＣＲＰ９３２００之间．采用双同轴电缆构成冗余远程Ｉ／Ｏ高速网通信。网络距

离可达４．５ｋｍ．最多可挂接３１个远程站．传输速率达到１．５４４Ｍｂｉｔ／ｓ．由于采用了双电缆的远程Ｉ／Ｏ，

使系统免受电缆断裂中断通信的危险。

３

气力除灰控制系统软件设计

３．１下位机组态（ＰＬＣ编程）

下位机的组态软件为ＭＯＤＩＣＯＮＣｏｎｃｅｐｔＶ２．６，

它是基于Ｗｉｎｄｏｗ８环境的先进的编程工具［８］。它支持ＩＥＣｌｌ３ｌ一３国际标准中的所有５种语言．即顺序功能图（ＳＦＣ）、功能块图（ＦＢＤ）、梯形图（ＬＤ）、结构化文本（ＳＴ）和指令表。其中，梯形图语言其电路图符号和表达式与继电器电路原理图非常接近。控制过程形象、直观、易于掌握、易于修改，在程序设计中选用了梯形图（ＬＤ）进行编程。此外，Ｃｏｎｃｅｐｔ２．６还有实用的功能块和在线仿真功能，不需要停止ＣＰＵ运行．就可以下载修改的配置与逻辑，丰富的功能可以满足系统的各种要求。

在该系统中．ＰＬＣ主要完成过程点位的检测和控制．向上位机提供工况信息，并接收上位机的

指令．完成控制功能。为了减轻操作员的工作负

担．提高自动化程度和系统的容错能力，上位机的

万　

方数据控制指令尽量缩减．在设计时充分考虑了现场工况

可能产生的各种问题．特别是工艺之间的连锁互

动和保护。

由于本系统除灰装置共有８００多个输入／输出信号，其功能非常复杂。因此．ＰＬＣ的软件基于模块化的设计架构【９ｊ．此种方式既便于修改．增加可读性，又便于现场调试。整个系统程序由１个主程序模块和９个功能模块组成，各模块功能描述如下：

ａ．主程序主要完成系统的初始化以及对各功能模块的调用。协调整个程序工作：

ｂ．除灰系统启动程序主要完成系统的启动。系统运行方式的判定及联锁：

ｃ．运行方式选择程序主要包括输送方式选择、工作时间方式选择和压力是否参与控制的选择：

ｄ．除灰系统关闭程序主要完成正常关闭系统的操作和系统运行非正常时紧急退出．实现风机停止，电磁阀的顺序关闭等功能：

ｅ．仓泵循环程序对排气平衡阀、进气阀、进料阀、出料阀等协调控制，将灰自仓泵经输灰管人灰库；

ｆ．备用风机启动程序通过调用除灰系统关闭程序及电磁阀的控制。实现除灰系统风机切换．关闭故障风机。自动投入备用风机：

２．管道切换阀切换程序，在细灰或粗灰子系统发生故障情况下．通过对管道切换阀的控制，将两系统合二为一．使系统能连续工作：

ｈ．灰斗气化系统的启动、关闭程序，主要完成气化风机和电加热器的启停控制．该辅助系统独立于输送系统．可以单独操作控制：

ｉ．灰库气化系统的启动、关闭程序，主要完成气化风机和电加热器的启停．在卸灰过程中使灰处于气化状态，便于卸灰，该辅助系统独立于输送系统，可以单独操作控制：

ｊ．报警程序，主要完成检测报警来源，向上位机发送报警点名和状态．根据报警的级别和点位自动采取不同的措施．如关闭指定的阀门、紧急退出系统运行等．同时启动蜂鸣装置。

仓泵循环控制过程的程序流程图如图３所示。

图３仓泵控制程序流程围

Ｆｉｇ．３

ｎｏｗｃｈａｒｔｏｆｂｉｎｐｕｍｐｃｏｎｔｍｌ

３．２上位机监控软件设计

系统上位机采用了ｉＦｉｘ工控组态软件，ｉＦｉｘ

是强大的人机界面／管理控制及数据采集ＨＭＩ／

８３

电力自动化设备

ＳＣＡＤＡ系统，可以进行过程的图形化监视．数据采集和管理．实时和历史趋势绘制．具有极强的

交互性、动态演示功能（Ｊ０】。

该系统的监控画面主要包括工艺流程的动态显

与液压．２００５（１２）：１３５—１３７．

ＨＵｏｆ

Ｔａｏ，ＳＵＰＬＣ

ａｎｄ

第２６卷

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Ｙｕｎ－ｆｅｎｇ．Ｆｅａｔｕｒｅｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄｓｅａｌｐｎｅｕ—ａｓｈ

ｈａｎｄｌｉｎｇ

示，系统实时／历史的压力、电流趋势显示．历史数据记录及查询、系统运行操作画面、报警信息浏览画面以及系统各设备的状态信息画面等。通过这些画面可以完成以下功能：各种泵阀、电机的启停控制以及程控一远操一就地操作和开关的状态指示：系统参数的设置．修改、气力输送方式的选择、输送时间设置以及压力控制的参与与否：历史数据记录及查询．包括操作、报警、现场数据的数据库存储以及历史数据的回显、历史趋势分析；报警信息包含压力过高、过低、灰斗料位、阀门拒动等，有报警信息时启动蜂鸣装置，发生故障时，允许切换到手动方式；另外，针对系统的特点．对阀门的拒动报警作了特别处理，当报警发生后．及时弹出报警画面，发出报警蜂鸣，同时系统停止正常运行，等待操作人员的处理，如果操作人员处理完毕或者可以确认为误报警后．系统重

新投入运行。

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为保证系统具有良好的安全性，根据人员的职能设定不同的使用权限，各司其职。工程师能利用修改权限及时调整程序和参数：操作人员有操作权限．可以操作控制系统：没有权限的人员只能监视不能控制。

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ｔｈｅｃｏｎｔｍｌ８ｙ８ｔｅｍｏｆｎｙａｓｈ

Ｅｌｅｃ—

４结语

该除灰系统采用ＰＬＣ双机热备方式．提高了系统可靠性，利用ＰＬＣ远程站完善的功能，有效地实现分散系统的自动控制。实践证明该系统投资少、自动化程度高、抗干扰性好、可靠性高、操作简单方便、易于掌握。具有很好的应用前景。

参考文献：

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（责任编辑：康鲁豫）

作者简介：

奠晓晖（１９７２一），男，浙江丽水人，讲师，博士研究生，从事

集散控制系统方面的研究（Ｅ－ｍａｎ：ｘｉａｏｈｕｉｍｏ＠１６３．ｃｏｍ）；

郭火庆（１９６４一），男，湖北安陆人，工程师，从事供电网生产管理方面的工作。

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２．ＸｉａｏｇａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｘｉａｏｇａｎ４３２１００，Ｃｈｉｎａ）

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万方数据　

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热电厂气力除灰PLC控制系统设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

莫晓晖， 郭火庆， MO Xiao-hui， GUO Huo-qing

莫晓晖,MO Xiao-hui(金陵科技学院信,息技术学院,江苏,南京,210001)， 郭火庆,GUO Huo-qing(孝感供电公司,农电工作部,湖北,孝感,432100)电力自动化设备

ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT2006,26(10)1次

参考文献(10条)

1.杨艳慈 PLC双机热备系统在热电厂除灰中的应用[期刊论文]-冶金自动化 2003(04)2.原永涛 火力发电厂气力除灰技术及其应用 2002

3.高云峰 正压密相气力除灰系统的特点及应用[期刊论文]-广东电力 2004(04)4.胡涛;苏建良;石剑锋 PLC技术与应用及其发展分析[期刊论文]-机床与液压 2005(12)5.王亚民;陈青;刘畅生;王水平 组态软件设计与开发 2003

6.刘策;李金伴 PLC在电厂气力除灰装置控制系统中的应用[期刊论文]-机床电器 2003(01)7.于庆广 可编程控制器原理及系统设计 20048.王卫兵 PLC系统通信、扩展与网络互连技术 2004

9.张鹏飞;韩冬臣 PLC远程站在张家口发电厂除灰系统中的应用[期刊论文]-华北电力技术 2002(02)10.赵强;顾德英;汪晋宽 PLC双机热备系统设计及性能优化[期刊论文]-仪器仪表学报 2005(08)

引证文献(1条)

1.陶国正.王斌 可编程控制器在玻璃生产过程控制中的应用[期刊论文]-江苏电器 2008(2)

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