發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)無線通信技術應用
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摘要：在火力發(fā)電廠中，輸煤程控系統(tǒng)在公用系統(tǒng)控制中占有舉足輕重的地位。傳統(tǒng)的輸煤遠程控制站與煤場的斗輪機PLC之間，都是采用有線通信的方法來實現(xiàn)信號傳輸。但是因為斗輪機的取煤位置不斷改變，所以控制信號電纜被拉斷等的情況經(jīng)常發(fā)生，這將會對機組上煤造成很大程度的不利影響。而將無線通信技術應用到火力發(fā)電廠的輸煤程控系統(tǒng)中，可以讓這一問題得以有效解決。本文就是對該技術在火力發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)中的應用進行研究。
關鍵詞：火力發(fā)電廠；輸煤程控系統(tǒng)；無線通信技術；遠程控制
1基于無線通信技術的輸煤程控系統(tǒng)設計
在某火電廠的輸煤程控系統(tǒng)中，配煤部分與上煤部分通過熱備S7-400HPLC加ET200站方式進行控制。該PLC是西門子公司所研發(fā)的可編程控制器產(chǎn)品，其數(shù)字量以及模擬量I/O十分豐富，且所有的SIMTIC部件都可以通過STEP7來實現(xiàn)硬件組態(tài)以及通信連接組態(tài)，并有著參數(shù)設置以及可編程的功能，其邏輯控制器有著極高的性能和可靠性。該火電廠的輸煤程控系統(tǒng)可以按照三層來進行劃分，一層是生產(chǎn)管理層，也就是輸煤控制室，二層是現(xiàn)場控制層，也就是PLC控制站，三層是就地控制層，也就是遠程I/O控制系統(tǒng)。借助于PLC系統(tǒng)，可以對現(xiàn)場的何種數(shù)據(jù)進行采集，然后再借助于工業(yè)以太網(wǎng)將這些數(shù)據(jù)傳輸給中心控制室，集中控制室的計算機可以對這些數(shù)據(jù)進行集中的監(jiān)控和管理。因為系統(tǒng)設備有著很強的干擾性和連鎖性，且設備十分分散，所以該火電廠設置了一個控制主站和多個I/O控制分站，主站應用的是S7-400HPLC控制系統(tǒng)，I/O控制分站包括輸煤控制樓、碎煤機室站（2號）、1號遠程站以及煤倉遠程站（3號），這些分站主要采用的是ET200分布式的I/O。在這個系統(tǒng)中，現(xiàn)場設備主要包括皮帶保護信號、卸料小車以及皮帶傳動設備等，當現(xiàn)場設備的信號進入到附近I/O遠程控制分站時，借助于PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡的設置冗余，就可以與系統(tǒng)的主站進行通信，通過這樣的方式，可以大量減少I/O的接線數(shù)量。這樣就可以將系統(tǒng)主站作為控制中心，將配煤以及上煤等的過程組成一個遠程監(jiān)控網(wǎng)，進而實現(xiàn)對該系統(tǒng)中所有設備的集中管理與分散控制。為保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，主站的PLC系統(tǒng)采用了互為熱備用的機架結構，并借助于光纖來進行數(shù)據(jù)的同步更新和保存。在該系統(tǒng)中，輸入模塊和輸出模塊主要控制數(shù)字量和模擬量的輸入與輸出。可以將這些模塊統(tǒng)稱為信號模塊，其數(shù)字量與模擬量的輸入輸出參數(shù)如表1所示。在該系統(tǒng)的接口模塊中，應用了6ES7153-02B01-0XBO，表2就是該系統(tǒng)的I/O點配置表。由表2可知，在該系統(tǒng)中，數(shù)字量I/O點以及模擬量I/O點都有著很低的負載率，因此在設計過程中可以不將其作為考慮的重點。在進行S7-400HPLC控制系統(tǒng)的應用過程中，只需要對RAN的存儲容量加以重點考慮即可。表3是該系統(tǒng)內存使用情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在該PLC系統(tǒng)中，CPU的RAM儲存是1—400—KB，—同時，系統(tǒng)也可以插入8—MB的微儲存卡來進行擴容。通過表3可以看出，該PLC系統(tǒng)需要的內存總量為784.8—KB，占用的容量比例非常小，可有效保障系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。因此，在系統(tǒng)的設計過程中，根據(jù)其控制對象，并考慮到系統(tǒng)的通用性、經(jīng)濟性與先進性，最終選擇了如下設計方案，即將S7-400HPLC系統(tǒng)作為主站控制系統(tǒng)，將STMTIC—ET200—I/O系統(tǒng)作為遠程站的控制系統(tǒng)。因為S7-400HPLC系統(tǒng)是一種模板式的系統(tǒng)結構，所以在實際的應用過程中，可以按照實際的需求來進行模板擴展，如電源模板的擴展、信號模板的擴展、中央處理器的擴展、功能模板的擴展以及通信模板的擴展等，并通過繼電器來隔離開關量輸入和輸出，通過隔離器來隔離模擬量輸入和輸出。在該系統(tǒng)的管理層中，應用了ifix5.8作為上位機組態(tài)軟件，并使之與冗余的工業(yè)以太網(wǎng)之間進行連接，以此來對各個設備進行實時監(jiān)控。通過ifix5.8組態(tài)軟件，不僅可以實現(xiàn)設備的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的采集，也可以實現(xiàn)組態(tài)、OPC以及腳本語言等的先進技術。工業(yè)以太網(wǎng)是專門為工業(yè)應用所設計的一種以太網(wǎng)，其有著極強的抗干擾能力，通過標準導軌的應用，可以為各種網(wǎng)絡拓撲結構的組成提供便利。根據(jù)實際的通信距離，可以將光纖或者是屏蔽雙絞線作為工業(yè)以太網(wǎng)通信介質，其自適應的傳輸速率可以達到10—Mb/s到100—Mb/s。同時，該工業(yè)以太網(wǎng)的擴充性也十分良好，可以借助于相關的網(wǎng)絡設置或交換機來實現(xiàn)SIS網(wǎng)或MIS網(wǎng)的連接，進而讓各個設備的信息得到集中的管理與—監(jiān)控。在該系統(tǒng)的控制層中，主要應用的是雙網(wǎng)雙纜冗余的PROFIBUS-DP作為系統(tǒng)網(wǎng)絡，以實現(xiàn)對主機和現(xiàn)場總線的通信控制。在該網(wǎng)絡中，各個節(jié)點之間的傳輸距離最遠可以達到1—000—m，是專門針對工業(yè)控制現(xiàn)場層所設計的網(wǎng)絡系統(tǒng)。通過這個網(wǎng)絡系統(tǒng)，可以實現(xiàn)大容量信息數(shù)據(jù)的傳輸，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俣瓤梢赃_到12—000—kb/s，遠遠大于其統(tǒng)計的傳輸量。
2基于無線通信技術的輸煤程控系統(tǒng)軟件設計
2.1控制程序組態(tài)設計
在本次所研究的火電廠中，輸煤程控可以按照輸煤以及配煤這兩個部分來進行劃分和實現(xiàn)。根據(jù)該火電廠的實際需求以及現(xiàn)場的設備，在本次系統(tǒng)的設計之中，對現(xiàn)場的所有設備進行了詳細合理的劃分，并實現(xiàn)了遠端I/O控制站的就近設置，按照多個流程來進行輸煤線路的劃分，以此為上位機操作提供出更大的便利。為保障集控運行的需求，在設備之間進行了連鎖位的設置，進而使其連鎖得到合理控制，并將中間變量設置在了PLC程序之中，以實現(xiàn)多種的控制方式。在配煤過程中，煤流走向通過犁煤器抬落來控制，同時可以根據(jù)高料位開關以及煤倉料位置所提供的反饋來進行犁煤器和煤倉等的合理設置，進而實現(xiàn)配煤自動化控制。通過這樣的方式，就可以讓系統(tǒng)中的各個控制站實現(xiàn)共同的操作管理與控制，如設備的正常啟停、故障急停、安全互鎖、報警、報警信息的采集以及上位機數(shù)據(jù)的通信和備份等。
2.2上位機畫面的組態(tài)設計
在本次所研究的輸煤控制室中，采用了兩臺上位機對輸煤系統(tǒng)進行集中的監(jiān)測與控制，其中的一臺上位機設置在了操作員站，另一臺設置在了工程師站。在該系統(tǒng)的上位機主畫面中，主要包括流程路徑和控制方式的選擇、緊急情況的連鎖和停車等很多個選擇按鈕。通過上位機，不僅可以將電機以及各個系統(tǒng)運行的情況顯示出來，也可以將其實時的運行參數(shù)以及報警等信息顯示出來，還可以對不同的運行方式進行選擇與切換，并實現(xiàn)手動或者是自動化的操作。在該系統(tǒng)的人機交互界面設計中，人機交互可以通過ifix5.8來實現(xiàn)。在具體設計過程中，首先實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立，并將系統(tǒng)中的開關量以及模擬量等的數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫中，借助于編程來實現(xiàn)各種歷史報警的查詢，然后就可以繪制出系統(tǒng)的靜態(tài)工藝畫面。最后，可以借助于數(shù)據(jù)鏈接來實現(xiàn)動態(tài)鏈接的建立，進而使系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和靜態(tài)工藝畫面之間實現(xiàn)動態(tài)的連接。在具體的應用過程中，操作人員可以借助于先導，按照設備、時間段或者是數(shù)據(jù)類型等的方法來實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫的查詢。
3系統(tǒng)應用過程中的實時性與可靠性解決方法分析
3.1實時性
在該系統(tǒng)的應用過程中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線實時通信，將現(xiàn)場的控制需求作為依據(jù)，將斗輪機的無線控制系統(tǒng)通信周期設計為380—ms。在斗輪機中，如果PLC系統(tǒng)的開關量信號出現(xiàn)變化，斗輪機之中的PLC將會立刻借助于無線通信裝置將采集到的數(shù)據(jù)打包并傳輸?shù)街髡?。在打包的過程中，需要通過CEC對打包的數(shù)據(jù)進行校驗，這樣才可以保障數(shù)據(jù)的準確性。當輸煤主站的PLC系統(tǒng)接收到了打包數(shù)據(jù)之后，會立刻進行數(shù)據(jù)包的解包，然后將相應的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)絇LC開關量控制卡，讓相關的控制為強置為1或者是復位為0，這樣就實現(xiàn)了對繼電器輸出動作的控制，進而實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。在接收到主站發(fā)來的應答包之后，才表明本次的通信成功。在該系統(tǒng)中，一次通信總時間為170—ms，各個流程之中的具體時間參數(shù)如表4所示。因為計算延時需要10—ms的時間，發(fā)送方的超時等待需要200—ms的時間，所以總的通信時間是380—ms。—在本次所研究的這個系統(tǒng)中，因為斗輪機以及輸煤皮帶的信號連鎖對于時間并沒有太過苛刻的要求，所以本次系統(tǒng)設計的通信時間可以與系統(tǒng)控制信號的實時性傳輸需求相符。
3.2可靠性
在系統(tǒng)中分別進行了斷電報錯以及上電告知程序的設計，通過這兩個程序，可以對各個斗輪機數(shù)據(jù)傳輸電臺從站以及輸煤主站數(shù)據(jù)傳輸電臺主站的通信狀態(tài)進行協(xié)調控制。如果系統(tǒng)出現(xiàn)了斷電故障，UPS電源可以繼續(xù)為系統(tǒng)供電，使其維持30—min的正常運轉。在這一時間段之內，系統(tǒng)中的斷電報錯程序就會一直處于執(zhí)行狀態(tài)。由于斷電發(fā)生，將會讓PLC中的某一個輸入點復位，進而讓本站的PLC判斷系統(tǒng)隨之斷電，然后將這個斷電信號發(fā)送到對方站。在接收到斷電站發(fā)來的斷電信號之后，對方站會給斷電站發(fā)送一個響應的信號，并進入到故障狀態(tài)中。在斷電站接收到對方站發(fā)來的響應信號之前，斷電站將會持續(xù)進行數(shù)據(jù)信號的發(fā)送，直到結束超時為止。如果斷電站并沒有收到對方站的響應信號，系統(tǒng)會自動進行斷電信號的重新發(fā)送，若一直收不到對方站發(fā)來的響應信號，就說明這個系統(tǒng)已經(jīng)不能正常運行。如果數(shù)據(jù)傳輸電臺斷電或者是對方的數(shù)據(jù)處理控制單元未開啟，系統(tǒng)將自動發(fā)出報警，以提示操作人員對這些問題加以及時解決。如果沒有數(shù)據(jù)傳輸，輸煤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸電臺主站會定時給斗輪機電臺發(fā)送一個檢測信號，使其對系統(tǒng)的運行狀況進行檢測。
4結論
在火電廠的輸煤程控系統(tǒng)之中，無線通信技術的應用可以有效解決傳統(tǒng)輸煤程控系統(tǒng)的問題，提升現(xiàn)場信號傳輸?shù)男屎头€(wěn)定性，滿足火電廠輸煤系統(tǒng)的生產(chǎn)需求。因此，本文通過具體的實例對無線通信技術在火電廠輸煤程控系統(tǒng)之中的應用進行分析，研究了系統(tǒng)的設計與軟件設計，并分析了系統(tǒng)實際應用之中的相關問題與解決方案。希望本次的分析可以對該技術在火電廠之中的應用提供相應的參考價值。
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作者：袁清 單位：陽城國際發(fā)電有限責任公司