基于PLC控制的火电厂输煤系统标准设计.docx

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基于PLC控制的火电厂输煤系统标准设计

摘要

从1996年开始中国发电量就稳居世界第二，而在中国煤炭资源丰富，热力发电厂大部分全部是火力发电厂，火电厂中输煤系统是其关键组成部分。

因为火电厂中运行环境差和劳动强度大，我们想迫切地想用一个非人力工作来替换我们人体手工劳动。

改变这种情况时间是人类发明了可编程逻辑控制器（programmablelogiccontroller，简称PLC），依据电厂实际情况，在输煤系统自动化改造工程中通常采取可编程逻辑控制器实现对生产设备自动检测和控制。

电厂输煤程控系统通常包含卸煤系统、储煤系统、上煤系统和配煤系统多个部分，含有组成设备多且位置分散、设备间联锁关系强、设备运行环境恶劣、安全性可靠性要求高等方面特点，通常采取以可编程控制器（PLC）为关键控制设备监控系统来实现对整个工艺过程控制。

本文在了解输煤步骤和设备基础上，经过输煤步骤图和输煤皮带保护图统计出设备数目,进而统计所需I/O点数目，进行PLC选型。

介绍PLC在输煤控制系统中应用，关键是经过输煤皮带控制、控制犁煤器抬起落下和叶轮给煤机控制来实现，最终提出输煤系统控制策略。

从而改善了火电厂工作坏境，提升了火电厂工作效率。

关键词输煤系统，PLC，火电厂

Abstract

Since1996ourcountry'spowerisrankssecondintheworld,andinmycountryisrichincoalresources,thermalpowerplantsaremostlycoal-firedpowerplants,coalconveyingsysteminthermalpowerplantsisanimportantpartofit.Duetothermalpowerplantsrunningintheenvironmentandtheintensityoflaborisbig,wewanttodesperatelywanttoworkwithakindofhumantoreplaceourhumanmanuallabor.Changethistimeishumaninventedtheprogrammablelogiccontroller（programmablelogiccontroller,PLC）,accordingtotheactualsituationofpowerplant,commonlyusedinautomatedreconstructionprojectofacoalconveyingsystemprogrammablelogiccontrollertorealizetheautomaticdetectionandcontroloftheproductionequipment.PowerplantcoalSPCsystemgenerallyincludescoalunloadingsystem,storagesystem,coalandcoalblendingsystemparts,compositionofequipmentandmoredispersed,stronginterlockingrelationshipbetweenequipment,equipmentoperationsafetyconditions,reliabilityrequirementsofhighercharacteristic,generallyUSEStheprogrammablecontroller（PLC）asthemaincontrolequipmentmonitoringandcontrolsystemtoimplementthecontroloftheentireprocess.

Basedontheunderstandingofcoal,onthebasisofprocessandequipment,throughtheflowchartofcoalandcoalconveyingbeltprotectionfigurestatisticsthenumberofdevices,andstatisticsneeded,thenumberofI/OpointsofPLCselection.IntroducestheapplicationofPLCinthecoalconveyingcontrolsystem,mainlythroughthecoalconveyingbeltcontrol,controlofcoalploughupdownandimpellercoalfeedercontrol,finallybringforwardthecontrolstrategyofacoalconveyingsystem.Coal-firedpowerplantswereimprovedworkingenvironment,improvetheefficiencyofcoal-firedpowerplants.

KeyWordsCoalBlendingSystem，PLC，heat-engineplant

1引言

1.1选题意义

世界各国工业大多数用是皮带传输，原因是皮带传输系统因其结构简易，使用方便，制造成本低廉，所以被广泛应用于工业、商业、农业、医药、军事等方面，在采矿运输、冶金送料、车站及码头货物运输更是广泛使用，一样，发电厂输煤系统也采取皮带传输。

发电厂输煤系统是热工厂中较为很庞大一个控制系统，其任务是卸煤、配煤、上煤以达成按时、保质、保量为机组提供燃煤目标。

1.1.1课题起源及研究目标和意义

近20年以来，尤其是近10多年时间里。

中国电力工业得到了快速性、全方面性发展。

中国连续超越了很多发达国家，从1996年开始就稳居世界第二。

基础上扭转了长久困扰中国经济发展和人民生活需要电力严重短缺局面。

对于热力发电厂来说燃料是一个至关电厂发展关键能源，而在中国煤炭资源丰富，热力发电厂大部分全部是火力发电厂，显而易见地输煤系统在火电厂中含有举足轻重地位，火电厂中输煤系统是其关键组成部分。

伴随中国电力事业飞速发展，火电厂锅炉、汽轮机等单机容量及生产过程控制模块不停增大，冗余参数越来越高，主辅机及其对应热力设备和系统愈加错综复杂。

输煤系统是电力生产燃料供给有利保障，是电厂辅助系统关键组成部分之一。

所以在输煤系统中选择比较有优势PLC控制系统，整个控制过程含有正常运行及事故处理、多种参数监测，报警信号发出、装置调整、控制及设备危险时保护功效。

实践证实PLC系统能够有效预防事故扩大，确保设备和人身安全。

传统热电厂输煤控制系统是一个基于继电接触器，现场环境十分恶劣，工大家经过开动承前起后皮带运输机及取煤机向锅炉前储煤仓输煤，常常有皮带跑偏、皮带撕裂及落煤管堵塞等等故障。

但对热电厂而言，加热水产生蒸汽炉膛是不许可断煤。

输煤系统工作时尽可能将煤装满储煤仓，不仅能够确保输煤系统故障时，工大家有足够时间排除故障，也能够确保输煤设备有充足时间用来检修。

伴随发电厂机组快速增加，输煤系统作用日益突出，而传统输煤系统已无法满足热电厂需要，所以需要对传统发电厂输煤系统进行改造。

传统输煤系统含有以下特点：

（1）任务重。

为了确保工业所需用煤，输煤系统必需一直处于完好状态。

日累计运行时间达8-10h以上。

（2）运行环境差、劳动强度大。

因为多种原因造成输煤系统运行环境恶劣、脏污，需要占用大量辅助劳动力。

（3）一次起动设各多，安全联锁要求高。

同时起动设备高达20-30台以上，在起动或停机过程中含有十分严格联锁需求。

1.1.2中国外在输煤系统方向研究和现实状况分析

从1996年以来中国电力生产能力已稳居世界第二，但人均占有发电量排位靠后，伴随中国经济高速发展，电力生产自动化水平提升和管理水平不停进展将更为关键。

而电厂辅助系统是火电厂正常稳定运行关键组成步骤，输煤系统就是其中之一步骤。

现在，中国大部分火电厂输煤系统全部已采取PLC进行控制。

对电厂未采取PLC控制输煤系统部分进行控制改造已成为一个时尚。

现在中国大中型火力发电厂输煤系统普遍采取PLC进行程序控制，以替换系统继电器强电集中控制方法。

但多数火电厂输煤程控系统仅利用了PLC基础开关量逻辑组合功效，其模拟量处理、回路调整等高级功效还未开发和应用。

输煤控制系统关键是以可编程控制器（PLC）为主，实现输煤系统自动化控制，和强电集中控制相比，在技术上含有控制功效强，编程简单易懂，实现工艺联锁很方便，可省去大量硬件接线，维护方便，能够作在线调试、修改等特点。

PLC不仅能完成复杂继电器逻辑控制，而且也能实现模拟量控制，甚至智能化控制；并能实现远程通讯，联网及上位机监控等。

可为全厂实现计算机控制和管理发明有利条件。

对地域分布较广系统还能够增加远程控制站及闭路电视监视系统。

伴随火电厂规模和锅炉、汽轮机等单机容量不停扩大，很多大型工况设备在输煤系统得到大规模地应用，现在多数含有自动或半自动化设备，如翻车机、斗轮机、入场煤采样机、入炉煤采样机和环式给煤机等全部有各自PLC控制系统。

怎样控制好和管理好这些大型生产设备，使整个输煤系统在最高效率状态下运行，是中国火电厂输煤系统发展课题中需要处理首要问题。

全集成化输煤过程控制器系统是能够满足对输煤设备管理和控制要求好方法。

和优异主机控制系统相比，现在输煤控制系统则显得十分落后。

以武汉阳逻电厂输煤控制系统为例，基础上为集中加就地控制模式，其PLC控制系统仅仅满足了皮带输送机集中控制功效。

简言之，其PLC控制器仅仅替换了皮带输送机及其辅助设备（如挡板、振打器等）启、停按钮功效，其完成仅仅是部分设备次序控制功效，无法达成整个系统协调控制，而斗轮机、翻车机、环式给煤机均处于各自相对独立情况下运行，其结果是运行岗位人员设置过多，人职员效率低，系统设备间配合不协调、设备空转造成电能损耗、设备磨损等损耗较大。

PLC在输煤系统中应用基础上限于设备级，各设备或系统处于各自PLC控制之下，相互间基础独立。

伴随中国火电厂机组扩建和PLC技术快速发展，和当初输煤设备控制从就地走向集中一样，输煤系统PLC控制也将从设备级发展到车间级。

近些年来，伴随电子技术、计算机技术、控制技术、信息网络技术飞速发展，现代工业生产正向着生产过程控制高度自动化、工艺设备及测控设备高度智能化、生产管理高度自动化等方向发展，作为大型火电厂燃料输煤系统也不例外，而且伴随电气自动化产品价格大幅度下调，可靠性大大提升，过去那种认为燃料输煤系统不需要较高自动化程度见解已显得很不合时宜，从率先实现设备程控化、现场联网化和可视化，再到和MIS系统联网，和伴随WFT3嵌入技术深入到元件级和网速度可靠性深入提升，实现透明工厂和移动工业智能控制完全可能成为现实。

1.2传统火电厂输煤系统和目前火电厂输煤系统比较

1.2.1传统火电厂输煤系统介绍

传统发电厂输煤系统是一个基于继电接触器和人工手动方法半自动化系统，现场环境十分险恶，工大家经过开动承前起后皮带运输机及取煤机向锅炉前储煤仓输煤，常常有皮带跑偏、皮带撕裂和落煤管堵塞等。

但对发电厂而言，蒸汽产生工序炉膛是不许可断煤；于是，蒸汽机前通常有一个很大储煤仓。

输煤系统工作时尽可能将煤装满储煤仓，不仅能够确保输煤系统故障时，工大家有足够时间排除故障，也能够确保输煤设备有充足时间检修。

1.2.2目前火电厂输煤系统介绍

火电厂种类很多，但从能量转换见解分析，其生产过程基础相同，全部是将燃料化学能转变为热能，推进涡轮机（蒸汽轮机、燃气轮机）做功产生机械能，经发电机转化为电能，最终经过变压器将电能送入电力系统。

目前火电厂输煤系统是趋向于无人操作自动化控制系统。

火电厂输煤控制系统关键任务就是卸煤、堆煤、上煤和配煤，以达成按时保质保量为机组（原煤仓）提供燃煤目标。

整个输煤控制系统是火电厂需要十分钟支持系统，它是确保机组稳定满负荷运转关键条件。

考虑到输煤控制系统在整个火电厂中关键性，而且煤厂面积大、工作条件恶劣、人工作业通讯极难通畅等特点，利用现代成熟PLC和现代总线网络通讯实现其控制，用上位机软件来实现现场监控和现场无人化操作，以达成自动化控制目标，大大减轻了工人工作量，提升了电厂工作效率，为发电机组源源不停提供燃料，确保机组正常运行。

输煤控制系统在整个电厂辅助控制系统中饰演着十分关键角色，正是这么该系统负担任务量是很重，且运行环境差、劳动强度大，控制过程中开启设备很多，同时开启设备高达20－30台以上，在开启或停机过程中有严格联锁要求。

这么对自动化程度要求就很高，重视系统稳定性。

采取组态王结合PLC对输煤控制中各步骤进行控制，经过以太网进行数据传输，采取双网冗余技术，确保了系统安全性和稳定性，充足表现了自动化技术在输煤系统中关键作用。

1.3输煤系统控制方法及其功效特点

火力发电厂输煤系统是火电厂辅机系统关键组成部分，伴随火电厂中单机容量和总装机容量不停扩大，一个高出力、高可靠性和灵活性燃料输送系统是机组乃至整个电厂稳定运行关键确保。

输煤系统由卸煤、上煤、配煤、煤场堆取和混煤等步骤组成，系统有两条输煤线，包含斗轮机、翻车机、皮带输送机、给煤机、皮带机、振动筛、碎煤机及犁煤器等关键设备组成。

输煤系统负担从煤码头或卸煤沟至储煤场或主厂房原煤仓运煤任务。

输煤系统始点是翻车机卸下来煤，经过皮带机既可输送到煤罐，也可输送到煤场贮备，然后再经过斗轮机和皮带机再输送到煤罐。

煤罐中粗煤经过在煤罐低部环式给煤机，连续均匀地分配给上煤皮带输送机，再经过筛分和碎煤机加工，进入原煤仓，为了使多个原煤仓煤量合理分配，可经过控制犁煤器抬落，根据次序配煤和优先配煤标准，完成输煤系统任务。

输煤系统关键控制形式大致可分为三种：

（1）就地手动控制

关键控制设备是装有一至数台设备启停控制按钮小型就地控制箱，并设有工况、报警状态简单提醒。

就地手动控制不能实现系统复杂联锁要求，现多数只作为设备检修、调试时辅助控制手段。

（2）集中手动控制

设备启停控制集中在一个控制屏上，其联锁保护通常由继电器逻辑阵列实现。

控制屏上有设备运行工况模拟指示、信号报警等。

集中手动控制能够实现简单运行方法控制及设备开启联锁通常要求。

其缺点是电缆敖设量大，连线复杂，一旦制造完成其运行方法及不易改变。

（3）集中程序控制

这是以可编程控制器为主控设备集中自动控制，它用可编程控制器逻辑软件替换继电器逻辑阵列，能够实现输煤系统复杂运行方法控制要求。

和其它控制方法相比，它含有可靠性高、控制方法灵活等优点，是现在输煤控制系统主流。

以上3种控制方法能够经过选择开关选择。

输煤控制系统控制方法有计算机控制方法、操作台控制方法和就地控制方法。

三种控制方法能够经过选择开关选择。

计算机控制方法就是操作人员经过计算机键盘选择和开启输入，将指令传送到PLC系统，PLC系统根据梯形图程序开启相关设备，并将相关信息传送给计算机。

操作台控制方法就是经过操作台上开关、按钮进行选择和控制，同时相关信息可经过模拟屏进行显示。

就地控制方法是经过在电机旁控制箱进行现场控制。

对输煤控制系统要求关键是依据生产工艺处理输煤次序之间连锁和输煤系统各电机开启和停止次序，当有紧急情况时能紧急停车。

1.4输煤系统概况及工艺要求

输煤系统安全、可靠运行是确保电厂安全、高效运行不可缺乏步骤。

系统控制设备多、步骤复杂分散和控制室相距较远。

又因为上煤过程中不可避免煤粉飞扬，使得整个系统环境很恶劣。

同时输煤系统中设备、现有控制方法大部分为单独直接控制方法操作，可靠性差，自动化水平低。

为了提升火电厂自动化水平，为电厂安全稳定发电发明条件，这些全部决定了必需提升输煤系统自动化平，这么才能减轻劳动强度，改善劳动环境，提升输煤系统效率和管理水平。

为了确保输煤系统正常和可靠运行，该系统应满足以下要求：

供煤时，各设备开启、停止必需遵照特定次序，即对设备进行联锁控制。

各设备开启和停止过程中，要合理设置时间间隔。

开启延时统一设定12s，停车延时按设备不一样要求而设定，分为10s，20s，30s，40s，60s多个，以确保停车时破碎机为空载状态，各输煤皮带上无剩下煤。

运行过程中，某一台设备放生鼓掌时，应立即发出报警并自动停车，其前方（指供料方向）设备也立即停车。

其后方设备按一定次序及延时联锁停车。

各输煤皮带设有双向跑偏开关，跑偏15度时发出告警信号，跑偏30度时告警并自动停车。

可在线选择开启设备用设备，在特殊情况下可由2条输煤线相关设备组成交叉供煤方法。

可显示各机电设备运行情况，并对输煤过程相关情况（报警、自动停机等）做出实时统计。

控制系统运行在上位机操作现场及集中控制室均可实现控制功效。

在故障停机情况下，各设备均立即联跳，故障解除后，可将停掉设备以自动控制再次开启。

紧急情况下，可操作集中控制室中控制面板上急停掉电按钮，它将使现场全部运行中受控设备立即停机。

2输煤系统工艺步骤

火电厂输煤系统是辅机系统一个关键组成部分，是确保火电厂稳定可靠运行关键原因之一。

一个高可靠性和灵活性燃料输送系统是机组乃至整个电厂稳定运行关键确保，其运行好坏直接影响到电厂安全运行。

输煤系统关键负担从煤源至储煤场，再由储煤场到主机煤仓，或直接到主机煤仓备煤和上煤任务。

火电厂输煤程控系统关键控制对象包含：

给煤机、三通挡板、皮带机、碎煤机、除铁器、犁式卸煤器等设备。

输煤系统特点：

（1）输煤系统设备较多，相互连锁繁杂。

（2）控制过程含有很强时间性、次序行。

（3）现场环境恶劣，粉尘、潮湿、振动、噪声、电磁干扰全部比较严重，给电设备运行及检修全部带来不便。

（4）整个系统控制分散，覆盖距离远。

图2.1,输煤系统是由翻车机，斗轮机，碎煤机，皮带机及辅助设备组成，燃料输送生产任务关键是卸煤、储煤、输煤、配煤、碎煤和清除煤中杂质，确保立即供给足量合格煤。

图2.1输煤系统部署图

2.1输煤系统控制及关键设备

2.1.1卸煤控制及关键设备

电厂来煤分水路和陆路，水路由大型船舶将煤运至电厂煤码头，再用卸船机进行卸煤。

陆路关键是火车运煤，通常采甩翻斗车或底开车卸煤，通常来说，卸煤部分全部采取单独PLC控制系统，但应参与整个输煤系统连锁控制。

卸煤设备是将煤从车厢中清除下来机械，对其要求是:

卸煤速度快，根本洁净且不损伤车厢。

受卸装置是接收和转运设备总称，对它要求是:

含有一定货位，使之不影响一次或数次卸车，并能将所接收煤立即地转运出去。

（1）陆路卸煤设备和受卸装置

1）螺旋卸煤机。

螺旋卸煤机是利用螺旋体转动将煤从单侧或双侧拨出。

单向螺旋体为单侧卸煤，双向螺旋体为双侧卸煤。

螺旋卸煤机较适合于卸小块煤或碎煤，对于卸冻煤也有一定适应性。

2）翻车机。

翻车机是将敞顶煤车翻转一定角度，使煤靠自重卸下一个卸载专用机械。

在电厂中使用时需对应地设置缝式煤槽或地下煤斗，以组成完整翻卸设施。

翻车机多用在大中型火电厂，有转子式和侧倾式两种。

转子式翻车机是被翻卸车皮中心基础和翻车机转子同心，车皮和转子同时回转，将煤卸入下方受煤斗中。

侧倾式翻车机是被翻卸车皮中心和翻车机转子中心保持一定偏心距离，借助转子悬臂举升车皮，将煤倾卸在一侧受煤斗中。

3）底开车厢。

底开车厢是煤矿至发电厂专用煤车车厢。

车厢底部为两块相互对合可翻动平板，当平板翻动时，因为煤自重，煤由车厢底部卸出。

底开车厢优点是卸煤速度快，卸车时间短，操作简单，清车工作量小，适适用于固定编组专列运行。

4）长缝煤槽受卸装置。

螺旋卸煤机、底开车厢通常和这种受卸装置配合。

煤由铁路两侧算子落入煤槽中，经下边缘长缝口散落在卸煤台上，再由叶轮给煤机单侧或双侧拨到单路或双路带式输送机皮带上。

5）翻车机受卸装置。

煤由单翻车机或双翻车机卸入设有算子受煤斗中，经带式给煤机输送至和翻车机轴线平行或垂直引出带式输送机上。

（2）水路卸煤设备和受卸装置

船舶停靠码头分浮码头和固定码头两类。

浮码头由船、联桥和引桥组成。

固定码头多采取桩基或大量土石方填筑建立钢筋混凝土构筑物，必需时附带建有防浪堤。

设计中尽可能利用或扩建原有港口码头。

如必需新建船舶码头时，可和周围厂矿企业联合建设，统一调度使用。

如无上述条件时则设置电厂专用船舶码头。

1）桥式抓煤机。

卸煤时，它将煤提升到一定高度后，卸入指定受卸设施—固定式或移动式煤斗中，并以相反动作回复原位。

煤斗中煤由皮带输送机送往储煤场或直接送往锅炉房原煤仓。

这种设备缺点是工作效率不太高，卸煤时对环境污染大。

这是因为它在以相反动作回复原位时不抓煤，形成了周期性间断工作，而且煤抓在放煤时易造成煤尘飞扬，从而影响了它工作效率和工作环境。

但因为它使用和维修方便，所以为很多中、小型火力发电厂所采取。

2）链斗式卸煤机。

这种卸煤机由置于壁架前端若干链斗向一个方向连续不停地回转，将煤从船舱中取出，然后倒入置于臂架上皮带输送机，并由皮带输送机送往储煤场或锅炉房原煤仓。

链斗式卸煤机优点是工效高、能耗小，对环境污染也较小。

因为它不像桥式抓煤机那样周期性间断工作，而是连续工作，若干链斗不停地取煤、倒煤，倒煤动作幅度较小。

该机械关键缺点是结构复杂且磨损严重。

3）水路受卸装置

水路来煤受卸设施是指煤码头及码头上煤斗和皮带输送机等。

煤卸船后，均经过码头上皮带运输机接入电厂输煤系统，运到储煤场存放，或直接送进锅炉房。

2.1.2储煤控制及关键设备

电厂来煤通常全部是一次性大量来煤，除了满足锅护燃煤外，剩下煤将由皮带运输机经斗轮堆取料机堆放到露天煤场和干煤棚以备用。

斗轮堆取料机堆煤和取煤作业通常由其自己PC控制系统根据严格控制次序和连锁关系进行控制。

本设计采取悬臂式斗轮堆取料机。

堆料时由集控室通知本机进行何种堆料作业。

司机接通知后进行操作:

首优异行堆料作业起始位置调整。

必需先升起悬臂架到一定高度，然后作回转或行走操作。

调整过程中必需注意预防悬臂架碰到障碍物，然后将分流翻板转换开关扳到堆料状态。

悬臂皮带机开启，并向集控室汇报准备完成，由集控室开启料场皮带机，进行堆料作业。

本设计采取定点堆料方法和水平全层取料法。

定点堆料方法：

是堆料时只把臂架调整到合适高度。

在堆料过程中只需一边堆料一边调整前臂堆料高度，直抵达成要求堆高后，开动行走机构移动一个位置。

或臂架转动一个角度，再将臂架调整到工作位置，继续从下往上堆料。

这种堆料方法，动作单一，消耗功率小，操作比较简单，但在堆垛时，应注意填满堆料时产生峰谷，方便提升取料时效率，此法也称人字堆料法。

取料时先由集中控制室通知本司机，司机接到通知后必需先将悬臂式斗轮堆取料机调整到双料状态，即抬起悬臂架，并将悬臂式斗轮堆取料机开到取料零位处，悬臂式斗轮堆取料机调整及大车行走前全部必需打出警铃，调整到位经检验后，司机立即汇报集中控制室“准备完成”。

这时集中控制室首先开动料场主皮带机，司机应观察尾车上皮带运行无误后，再开动悬臂皮带机，然后空载开启斗轮，斗轮开启后，开动俯仰油缸，将前臂架慢慢下降，使斗轮逐步切入物料，使其达成一定切深后（约小于等于2.6m）就停止俯仰，前臂架不在上下变动，以上全部动作组成一个开始取料反馈信息送至集控室，司机也应电话通知集控室“现在送料开始”。

水平全层取料法：

斗轮机在轨道一侧料堆从上往下