电厂输煤系统设计

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1、装订线 电厂输煤系统设计摘 要随着我国经济的飞速发展，我国电力能源的需求量也不断飙升。电力生产的运行效率和安全可靠性越来越重要。电厂输配煤控制系统是火电厂十分重要的支持系统, 它是保证机组稳定的重要条件。发电厂输煤程控系统的配置和管理直接关系到燃料系统的安全运作。本文介绍了发电厂的输煤程控中的配煤系统的基本构成和配置，分析了配煤程控的基本功能和MCGS组态软件的应用。通过深入研究学习，设计了一种先进、安全、可靠的控制系统：以PLC和工控机为核心的输煤程控系统，可以对输煤系统中的各种设备进行实时监测和控制。该系统不仅具有报警、保护和强大的系统控制管理功能，而且提高了火电厂输煤系统自动控制和管理水

2、平关键词：发电厂；输煤系统；可编程控制（PLC）；MCGS组态软件。AbstractWith the rapid development of Chinas economy, Chinas electric power demand soaring. Operation of power production efficiency and security and reliability become increasingly important. Power transmission and distribution of coal thermal power plant control s

3、ystem is a very important support system, it is important to ensure stable conditions for generating units. Coal power plant control system configuration and management is directly related to the safe operation of the fuel system. In this paper, the coal power plant coal blending program in the basi

4、c composition and configuration, an analysis of the basic functions of blending program and the application of MCGS configuration software. Through in-depth research study, the design of an advanced, safe and reliable control system: PLC and IPC in the heart of the coal for the program-controlled sy

5、stem, coal conveying system on a variety of devices in real-time monitoring and control. The system not only has the alarm, protection and control of a powerful system management capabilities, and improved coal thermal power plant automatic control and management system.Key words：power plant; coal s

6、ystem; programmable control (PLC); MCGS configuration software.目 录摘 要1Abstract2第一章 绪论41.1 引言41.2 PLC发展概况及应用61.2.1 PLC的发展概况61.2.2 PLC的应用81.3 PLC的主要功能和特点91.3.1 PLC的主要功能91.3.2 PLC的主要特点91.3.3 PLC的发展趋势101.4输煤程控配煤控制系统应用研究工业背景及意义111.5毕业论文的主要任务11第二章 输煤系统的工艺流程122.1概述122.2 输煤系统的主要组成132.2.1上煤系统132.2.2配煤系统132.3

7、输煤程控设备的组成与控制要求142.4 输煤系统设备16第三章 输煤配煤控制系统的设计173.1输煤系统的设计原则及方案173.3.1设计原则173.3.2总体方案的设计173.2输煤配煤系统的全局流程183.3配煤系统的实现223.3.1自动配煤控制程序的设计233.4输煤控制系统原煤仓料位计253.4.1常用料位计简介253.4.2料位计的分析选型263.4.3 超声波式料位计的使用27第四章 监控画面的设计与开发304.1 MCGS组态软件的介绍304.2 MCGS组态软件的功能314.3 MCGS的基本构成324.3.1 MCGS组态软件的整体结构324.3.2 MCGS组态软件五大组

8、成部分334.4监控画面的制作344.4.1静态监控画面的制作344.4.2动态监控画面的制作364.4.3 MCGS与S7200 PLC的连接38第五章 输煤程控分煤控制系统程序设计405.1 S7200 micro PLC 介绍405.2程序设计基础及流程分析425.3利用S7200 Micro/Win 3.2 PLC编程445.4 PLC 硬件接线端子列表45论文总结47致 谢48参考文献49附 录50附录1：PLC S7-200 语句程序.50附录2：MCGS 脚本控制程序58第一章 绪论1.1 引言火电厂单机容量和总装机容量在不断扩大,一个高出力、高可靠性、高灵活性的燃料输送系统是机

9、组乃至整个电厂稳定运行的重要保证,输煤控制系统就是火电厂热工控制系统中最大的辅控系统之一,其运行的好坏直接影响着电厂的安全运行。输煤控制系统是火力发电厂的重要组成部分,其作用就是将煤从煤场输送到煤仓。由于煤场离煤仓距离较远,所以组成输煤系统的环节较多。输煤系统由卸煤、上煤、配煤等环节所组成,设备分散且与控制室相距较远,又由于整个输煤过程中,不可避免的煤粉飞扬,使得整个系统环境非常恶劣,这些都决定了必须提高输煤系统的自动化水平。火电厂输煤系统国内普遍采用皮带运输的方式,该方式结构简单、运输的长短便于调整、负荷便于分担、便于添加中间环节。输煤系统的作用就是将煤从煤场输送到煤仓。由于煤场离煤仓距离较

10、远,所以不可能由一条皮带实现直接输送,应该由多条皮带组成,这样输煤系统的实现路径比较好设计;同时输煤系统是火力发电厂的众多环节中的一个重要环节,煤不经输煤系统的运输,就不能达到锅炉的燃烧炉膛,锅炉无煤,就不能将水转换为蒸汽,无蒸汽,气轮机就不能带动发电机,发电机未能转动,就无法正常进行发电生产。可见,火力发电厂煤炭运输是十分重要,因此输煤系统必须可靠。为了提高可靠性,必须采用备用路径方式。一般来说,输煤系统由3条输煤机架和一条分煤机架相串连接完成输煤及分煤的。这四条机架的输煤原理是完全一样的,都是机架上的皮带运输机,在电机正转时带动皮带机,正向送煤。经落煤管导煤进入下一级输煤机架,落煤管实为承

11、上启下的输煤接续器,由于将每条路径分成四段,而且两条路径的各段都互为备用,这将大大提高了输煤系统的可靠性。随着大容量、高参数火力发电机组的迅速发展,为满足大规模火力发电企业的要求,大型火电厂燃料输送系统也发生了质的变化,从过去抓斗机+推煤机十胶带输送机制模式发展为大型翻卸设备、堆取料设备和胶带机系统有机结合、密切协作的燃料输送系统。燃料输送系统的功能主要包括卸煤和贮煤、配煤、上煤、煤的粗处理等几个方面。卸煤和贮煤设备主要包括翻车机、斗轮机和相应的胶带机系统,配煤设备主要为环式给煤机和筒仓,上煤设备主要为犁煤器和相应的胶带机系统,煤的粗处理设备主要包括除铁器、滚轴筛和碎煤机等。由于大型火电厂在一

12、定时间内煤量相差很大。用煤量亦相差很大,煤质差别也可能较大,同时为满足配煤和煤的粗处理的要求,燃料输送系统必须具有多种多样、十分灵活的运行方式,才能满足机组稳发满发的要求。输煤控制系统的控制方式有计算机控制方式、操作台控制方式和就地控制方式。三种控制方式可能通过选择开关选择。计算机控制方式就是操作人员通过计算机键盘选择和启动输煤系统,将指令传送到PLC系统,PLC系统按照梯形图程序启动有关设备,并将相关信息传送给计算机。操作台控制方式就是操作人员通过操作台上的开关和按钮进行选择和控制,同时相关信息通过模拟屏进行显示。就地控制方式是通过位于电机旁的控制箱进行现场控制。对输煤控制系统的要求主要是根

13、据生产工艺注意输煤顺序之间的连锁和输煤系统各电机启动和停止的顺序,遇有紧急情况时能紧急停车。PLC作为一种应用在工业控制中的自动装置，其本身具有一定抗干扰能力，也比较适应工业现场环境。部分热电厂输煤程控系统就采用PLC-CRT监控方式，分上位机监控管理子系统，下位PLC程序控制子系统，现场传感子系统，控制箱子系统，工业电视子系统等五部分。国外PLC技术取得了飞跃，其容量成倍扩大、体积不断缩小、功能不断增强，不但具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能.还具有PID等特殊控制功能。可直接进行A/D, D/A转换，还开发管控一体化。使操作、使用和项目开发变得简单、方便。与此同时，PLC技术在电厂输煤设

14、备中亦得到了广泛的应用，除翻车机、斗轮机、胶带机系统等大型工矿设备，实现了PLC控制外，环式给煤机、入厂煤采样机等中型设备亦实现了PLC控制，另外PLC还被应用于实物校验装置、入炉煤采样机等小型设备上。目前，PLC在输煤系统中的应用基本上限于设备级，各设备或系统处于各自的PLC控制之下，相互间基本独立。与当初输煤设备的控制从就地走向集中一样，输煤系统的PLC控制也将从设备级发展到车间级，甚至工厂级，这是输煤系统降耗、增效的需要，也是生产管理和监控的需要。输煤系统实现程序控制和工业电视系统监视对提高输煤系统的可靠性、自动化程度，减少岗位人员和他们的劳动强度，加强输煤过程的运行管理和节能管理，实现

15、状态检修具有非常重要的意义。1.2 PLC发展概况及应用1.2.1 PLC的发展概况PLC是在20世纪60年代后期和70年代初期问世的，开始主要用于汽车制造业，当时汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。汽车的每一次改型都直接导致生产流水线中的继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样继电器控制装置就需要经常的重新设计和安装，十分费时、费工、费料。为了改变这种状况，美国通用汽车公司率先于1968年公开招标，要求研制新的控制装置取代原继电器控制装置。研制新的控制装置来取代继电器控制装置这一想法得到了美国数字设备公司的积极响应。1969年

16、由美国的数字设备公司（DEC）成功研制出世界上第一台可编程序控制器。此后，这项新技术就迅速发展起来，并推动了欧洲各国，日本以及我国对可编程序控制器的研制和发展。1971年日本从美国引进了这项新技术，很快就研制成了日本第一台可编程序控制器DCS-8。1973-1974年西德和法国也开始研制自己的可编程序控制器。我国是在1974年开始研制可编程序控制器的。可编程序控制器问世以来，经过近30年的发展，产品现已发展到第四代。其发展过程大致为：第一代：1969-1972年，特点是： 功能简单，主要是逻辑运算、定时、计数； 机种单一，没有形成系列； 与继电器控制相比，可靠性有一定提高； CPU由中、小规模

17、集成电路组成，存储器为磁芯存储器。典型产品有：美国MODICON公司的084；DEC公司的PDP-14,PDP-14/L；ALLEN-BRA-DLEY公司的PDQ-；日本富士电机公司的USC-4000；立石电机公司的SCY-022，北辰电机公司的HOSC-20；横河电机公司的YODICS。第二代：1973-1975年。特点是： 功能增加。增加了数字运算，传送，比较等功能，能完成模拟量的控制； 初步形成系列； 可靠性进一步提高，开始具备自诊断功能； 存储器采用EPROM。典型产品有：美国MODICON公司的184、284、384；GE公司的LOGISTROT；德国SIEMENS公司的SYMATI

18、C S3系列和S4系列；日本富士电机公司的SC系列。第三代：1976-1983年。特点是： 将微处理器及EPROM，EAROM，CMOSROM等LST电路用在PLC中，而且向多微处理器发展，使PLC的功能和处理速度大大增强； 具有通信功能和远程I/O能力； 增加了多种特殊功能，如浮点数运算、平方、三角函数、相关数、查表、脉宽调制变换等； 自诊断功能及容错技术发展迅速。典型产品有：美国GOULD公司的M84、484、584、684、884；德国SIEMENS公司的SYMATIC S5系列；美国TI公司的PM550、TI550、520、530；日本三菱公司的MELPLAC-50、550；日本富士电

19、机公司的MICREEX。第四代：1983年到现在。特点是： 能完成对整个车间的监控，可在CRT上显示多种多样的现场图像，CRT的画面可代替仪表盘的控制，做各种控制和管理操作，十分灵活方便。最大内存为896K，为第三代PLC的20倍左右； 有的采用32位微处理器，可以将多台PLC连接起来与大系统连成一体，网络资源可以共享； 编程语言除了传统的梯形图，流程图，语句表等以外，还有用于算术运算的BASIC语言，用于机床控制的数控语言等。典型产品有：美国GOULD公司的A5900及MODULAR SYSTEMS RESEARCH公司的TAC系列；德国SIEMENS公司的S7系列。目前，为了适应大中小型企

20、业的不同需要，进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，PLC正朝着以下两个方向发展： (1) 低档PLC向小型、简易、廉价方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制； (2) 中，高档PLC向大型、高速、多功能方向发展，使之能取代工业控制微机的部分功能，对大规模，复杂系统进行综合性的自动控制。从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段。在未来的工业生产中，PLC技术，机器人技术，CAD/CAM和数控技术将成为实现工业生产自动化的四大支柱技术。可编程序控制器及其网络是构成CIMS系统的基础，是现代工业自动化支柱之一。从世界范围来看，PLC及其网络的产量、销量等都非常的高

21、，在我国也呈直线上升，几乎在国民经济的所有部门得到了迅速的普及与推广。全世界PLC及其网络系统的研究与制造达200多家公司，生产着400多个系列的产品。但若按其发展的历史渊源和所受的地域影响来划分，大体可分为三个流派，即美国产品、日本产品及欧洲产品。美国产品中以A-B公司的PLC及其网络产品为代表，日本产品则以OMRON公司的产品为代表，欧洲产品则以著名的德国SIEMENS公司的产品为典型代表。从技术层面上看，目前全世界的PLC及其网络正朝着工作速度越来越快、控制规模越来越大、内部器件越来越多、内存容量越来越大、模块化和高可靠性等方向发展。微电子技术、计算机技术及通讯技术的发展，为PLC的发展

22、提供了基础。目前的PLC己具备热备份、分散化和开放性等高级功能，尤其是把个人计算机连入PLC网络的技术，个人计算机被建设成为PLC网络的超级终端或协议转换网桥的技术发展十分的迅速，各种与之配套的软件的功能己非常的强大，PLC及其网络正逐步具备相当一部分NC和DCS等系统的功能，其技术发展非常的迅猛。本研究课题正是为了推动PLC及其软件技术的发展而做出的，具备一定程度的现实意义。1.2.2 PLC的应用由于PLC的功能特点，因此在工业控制方面目前已广泛应用于冶金、化工、轻工、机械、电力、建筑、运输等领域。按照PLC的控制类型不同，PLC主要应用在以下几个方面。(1)用于逻辑控制逻辑控制是PLC最

23、基本的应用，它可以取代传统继电器控制装置，如机床电气控制、各种电机控制等；还可用来取代顺序控制和程序控制，如电梯控制、矿山机械提升设备控制和皮带运输机控制等。它既可用于单机控制，又可用于多机群控制以及生产自动化控制。(2)用于闭环控制PLC具有D/A、A/D转换、算术运算及PID运算等功能，可以实现对模拟量的处理，可以实现闭环的位置控制、速度控制和过程控制。如锅炉、冷冻、水处理器、酿酒等的过程控制，比例阀阀芯的位置控制，矿山提升机中主电机的速度控制等。 (3)用于数字控制PLC能和机械加工中的数字控制（NC）及计算机数字控制（CNC）组成一体，实现数值控制。随着PLC技术的迅速发展，有人预言，

24、今后的计算机数控系统将变成以PLC为主的控制系统。(4)用于机器人控制随着工厂自动化网络的形成，使用机器人的领域将越来越广。对于机器人，许多使用单位也选用PLC来控制，自动地处理它的各种机械动作。如美国JEEP公司焊接自动线上使用的29个机器人，每个都有一个PLC进行控制。(5)用于组成多级控制系统近年来，随着自动化控制技术的发展，不但能实现生产过程自动化，还可使生产过程长期在最佳状态下运行，这就需要把生产过程自动化和信息管理自动化结合起来。高功能的PLC具有较强的通讯联网功能，PLC之间、PLC与上位机之间可以通讯，从而形成多级控制系统。在我国，PLC的应用最近几年发展很快。首先应用于一些大

25、中型现代化工厂的引进工程上。如上海宝山钢铁（集团）公司，武汉钢铁（集团）公司和首都钢铁总公司等大型钢铁企业。另外，在旧设备的技术改造上，PLC的应用也较广泛，且取得了可观的经济效益。在产品设计方面，PLC的应用不断扩大，尤其在机械制造业中发展较快。在其他方面，各工厂和研究单位也都不断推出由PLC控制的新产品。1.3 PLC的主要功能和特点1.3.1 PLC的主要功能PLC的主要功能有:逻辑控制；定时控制；数据控制(PLC具有数据处理能力)计数控制；步进(顺序)控制；PID通信和联网；另外，PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如:定位控制模块，CRT模块。1.3.2 PLC的主

26、要特点PLC的主要特点如下:(1)高可靠性 所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离； 各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-20ms； 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰； 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大； 大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统，使可靠性进一步提高。(2)丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如:交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/0模块与工业现场的器件或设备，如:按钮；

27、行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块。为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。(3)采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。(4)编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。(5)安装简单，维修方便PLC

28、不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。1.3.3 PLC的发展趋势PLC通常在两个方向上发展：一是朝体积更小、速度更快、功能更强、价格更低的方向发展，使PLC的使用范围不断扩大，达到了遍地开花的程度；二是朝大型化、网络化、多功能方向发展，不断提高其功能，以便与现代网络相连接，组建大型的控制系统。在具体技术方面，PLC在以下几个方面得到了发展。(1) 在PLC编程语言方面为了完成复杂的控制功能，发展了功能块流程图语言、与计算机兼容的高级语言及专用PLC

29、语言等多种语言。现在，大多数PLC公司已开发了图形化编程组态软件。该软件提供了简捷、直观的图形符号及注释信息，使得用户控制逻辑的表示更加直观明了，操作和使用也更加方便。(2) I/O模块智能化和专用化各模块本身具有CPU，能独立工作，可与PLC主机并行操作，在可靠性、适应性、扫描速度和控制精度等方面都对PLC做了补充。(3) 网络通信功能标准化由于可用PLC构成网络，因此，各种PC、图形工作站、小型机等都可以作为PLC的监控主机和工作站，能够提供屏幕显示、数据采集、记录保持及信息打印功能。(4) 控制技术冗余化采用双处理器或多处理器，由操作系统控制转换，增加了控制系统的可靠性。(5) 机电一体

30、化可靠性高、功能强、体积小、重量轻、结构紧凑及容易实现机电一体化是PLC发展的重要方向(6) 控制与管理功能一体化随着VLSI技术和计算机技术的发展，在一台控制器上可同时实现控制功能和信息处理功能及网络通信功能。采用分布式系统可实现广泛意义上的控管一体化。1.4输煤程控配煤控制系统应用研究工业背景及意义随着我国电力事业的飞速发展，火电厂单机容量及生产过程的控制规模不断增大，运行参数越来越高，主辅机及其相应的热力设备和系统更加复杂。输煤系统是电力生产燃料供应的有利保证，是电厂辅助系统的重要组成部分。因此在输煤系统中选择比较有优势的PLC控制系统，整个控制过程具有正常运行及事故处理，各种参数的监测

31、、报警信号的发出、装置的调节、控制及设备危险时的保护功能。实践证明PLC系统可以有效的防止事故扩大，保证设备和人身的安全。目前输煤系统实现了程序控制和MCGS系统监视,这些对提高输煤系统的可靠性、自动化程度,减少岗位人员和他们的劳动强度,加强输煤过程的运行管理和节能管理,实现状态检修具有非常重要的意义。由于电厂输煤系统粉尘和噪声比较大,设备运行环境恶劣,由传统的常规电器构成的控制系统运行可靠性差,而可编程控制器具有可靠性高,抗干扰能力强,扩充方便,组合灵活,控制程序改写方便,体积小,重量轻,施工工作量减少,功能完善的特点,因此由其构成的输煤控制系统目前得到普遍应用。由于输煤系统的设备多、传输距

32、离长、故障因素多、现场及时发现故障比较难,每台设备都拥有各自的控制系统,因此如何组织和管理好这些设备,实时直观、清晰地监视现场情况,及时发现输煤系统中的各种故障,使整个输煤系统在最高效率状态下运行,是国内火电厂输煤专业发展中需要解决的首要问题。全集成化的输煤过程控制器网络是能够满足对输煤设备的管理与控制要求的较好途径。这里采用网络配置,以期达到各设备之间的协调和统一管理。本课题就是针对电厂输煤的特殊的、恶劣的环境，运用现代高科技控制及监控技术来高效地完成输煤任务，代替大量劳动力，提高人身及设备的安全。通过对输煤程控系统的深入研究，对改变当前我国电力企业输煤管理的落后状态，实现其高度自动化有着重

33、要的应用价值。1.5毕业论文的主要任务整个输煤控制系统是火电厂十分重要的支持系统，它是保证机组稳发满发的重要条件。分煤配煤系统是输煤系统的一个组成部分:为了保证后续设备的安全及锅炉的安全运行,必须保证各原煤仓既不能满仓溢出,又不能空仓而中断供煤。故配煤系统的安全可靠，对整个系统良好运行，有及其重要的作用。本课题的基本任务有以下几个方面：(1)用PLC技术实现基本煤仓配煤功能，包括低位优先配煤、顺序配煤、余煤配煤。在程控自动配煤方式下，当煤仓顶皮带运行时，即开始进行自动加仓配煤。加仓时，系统根据各仓的储煤量，1、首先对出现低煤位的煤仓优先配煤。2、当所有仓的低煤位都消失后，顺序配煤至各仓都出现高

34、煤位。3、顺序配煤过程中，若某仓又出现低位，则立即转向该仓进行低位优先配煤，至该仓低位消失后，延时120秒又返回顺序配煤的仓继续顺序配煤。4、顺序配煤至所有的仓都出现高位，发出程配完毕信号，运行流程从煤源开始顺煤流方向延时停机。5、停机信号发出后，皮带上的余煤均匀分配给各仓，直至煤仓顶部皮带停止运行。另外，还要具备手动配煤功能：“手动配煤”是在工作站上用功能键，根据工作站CRT上显示煤仓储煤量情况，一对一抬、落犁煤器的控制操作。(2)运用MCGS软件制作监控画面：控制方式的选择设置，能显示输煤工艺流程全貌图，工艺流程局部图，设备运行动态显示，煤仓高低位报警显示，动态料位显示，犁煤器抬、落状态显

35、示等。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。第二章 输煤系统的工艺流程2.1概述基于输煤控制系统在整个火电厂中的重要性，且煤场面积大、工作环境恶劣、人工作业通讯难以畅通，利用现代成熟技术PLC和现代总线网络通讯实现其控制功能。输煤系统是火力发电厂中较为宠大的一个公用系统。随着我国电力工业的迅速发展，火电厂的装机容量和单机容量都日益增大，输煤系统的规模也大幅度的上升。对其控制方式、运行水平的要求也越来越高。输煤程控系统主要是以可编程控制器为主，实现输煤系统的自动

36、化控制。与强电集中的控制相比，在技术上具有控制功能强，编程简单，实现工艺联锁方便，可省去大量的硬接线，维护方便，可在线修改等特点。PLC不仅能完成复杂的继电器控制逻辑，而且也能实现模拟量的控制，甚至智能控制;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创造条件。对地域分布较广的实现计算机控制和管理创造条件。对地域分布较广的系统还可以增加远程控制站及闭路电视监视系统。电厂输煤系统以皮带输送机为主,主要设备有皮带输送机、碎煤机、筛煤机、给煤机、堆取料机、翻车机、三通电动挡板、除铁器、皮带秤、原煤取样装置、除尘器、犁煤器等。主要保护装置有皮带跑偏、皮带打滑、皮带速度、皮带撕裂、

37、皮带拉绳、落煤管堵煤、设备跳闸、设备过负荷等。测量信号主要有高低煤位信号、煤仓秤重信号、犁煤器抬落到位信号、挡板到位信号、设备启停信号、设备运行电流信号等。主要控制信号有启动令、停车令、抬令、落令、启车预告铃、声光报警等。这些检测信号和控制信号大多数为开关量信号。一般皮带均安装双路,可以一路运行一路备用,也可双路运行,皮带之间通过三通挡板连接。皮带机将煤送至煤仓间,一般一台机组对应4个5个原煤仓,仓上有两条皮带机,每个仓上有2台4台犁煤器,用犁煤器将皮带上的煤分别送至各原煤仓。二条输煤皮带互为备用。因此，从给煤机到煤仓的整水输煤过程，有多种煤流的选择，这一切都靠犁煤器的抬起和落下来实现。2.2

38、 输煤系统的主要组成2.2.1上煤系统上煤系统又分自动化控制、联锁手动、解锁手动和就地控制。自动化控制方式是根据代编制程度、先按动3一6个分程序按纽，选择运行流程，并进行正误判断，流程上的有关设备自动按顺序启停。联锁手动是在控制台上对已选择好的流程按顺序一对一启停设备。解锁手动无需预选流程，可以在自动化控制室启停任何一台设备。就地控制是操作人员在设备现场对设备进行控制。2.2.2配煤系统输配煤系统, 在各个电厂自动化程度不一, 一般输煤自动化都已经得到很好解决, 但配仓逻辑复杂,人为因素多, 对传感器的稳定性要求高, 自动化程度不高, 基本上还是手动模式操作, 集控系统只起监视作用。在设计电厂

39、输配煤远程监控系统时, 发现该系统配仓部分的控制任务输入输出虽然不多, 但是逻辑较为复杂, 配仓过程是在模拟运行员的思维在做处理。它是利用犁煤器和输煤皮带对原煤斗进行配煤。其主要组成部分为n 个原煤斗，对应n-1 个输煤犁煤器，一条输煤皮带（备用的不算在内），控制系统通过调节犁煤器的起落来调整各个原煤斗的进煤(图2-1)。输煤皮带 高 位低 位犁煤器原煤仓图2-1 犁煤器配煤系统2.3输煤程控设备的组成与控制要求如图1所示，输煤系统由IA4A、IB一4B等8条输煤皮带和给煤机、碎煤机、分煤导槽、除尘器、除铁器等部件以及4个煤仓组成，可以将煤从地面的煤场以200比的流量输往远处的锅炉煤仓。该输煤

40、系统是这样工作的:系统启动正常后，在煤场中用吊车抓斗把煤装入1号(IA或IB)皮带的上煤槽，也可以用推土机和给煤机直接由2号皮带装煤，煤流经过运转的输煤皮带IA(IB)ZA(ZB)一3A(3B)一4A(4B)，输送到4号皮带上。在皮带4A、4B上各有3个卸煤犁，对应l#一3“煤仓的入口，当要给1“3禅中的某个煤仓输煤时，可使该煤仓对应的卸煤犁落下，其余的抬起，煤流在运转的4号皮带上，经落下的卸煤犁阻挡，就落入该煤仓中。要给4#煤仓输煤时，把所有卸煤犁都抬起即可。这样通过控制各卸煤犁的起落，就可以给需要装煤的煤仓输煤。在8条输煤皮带中除ZA3A、ZB一3B固定外，通过分煤导槽内的挡板控制煤流方向

41、，任意两条相邻皮带可以交叉使用。给煤仓输煤时，A、B两路中仅有一路皮带工作，这样在某一条皮带有故障时，输煤系统仍可完成输煤工作.根据煤中煤块大小，在需要时可投入碎煤机，将煤块粉碎。系统中设有两个自动采样装置，定时定量地从3号皮带上采集煤样，并做粉碎、缩分等处理，然后输送到样桶中，供化验分析使用。系统中的每个设备均可用现场控制、远程控制两种方式进行启动、停止操作。现场控制方式主要用于故障维修和现场紧急停机操作;远程控制是在主控室通过操纵控制台完成控制的，有手动方式和自动方式。手动方式通过控制按钮对单个设备直接进行操作，在设备出现故障而无法满足自动运行条件的情况下，操作员手动控制输煤时使用。自动方

42、式是由PLC程序控制的，是完成输煤工作的主要操作方式。在此方式下，除选择输煤皮带和煤仓及是否投入给煤机、碎煤机外，一切输煤过程均自动完成。自动运行中如出现故障，系统能发出声音报警，并在LED模拟显示屏上给出故障文字显示，同时根据故障的严重程度，自动进行操作控制.2.4 输煤系统设备表2-1 输煤系统设备名称序号输煤系统设备名称单位数量备注1桥式抓斗起重机台台2单独设备不参加程2电机振动给料机台23电磁振动给料机台14环锤式碎煤机台25波动筛煤机台26电动犁煤器台167缓冲滚筒台29皮带运输机台810三通挡板台311电子皮带秤台312仓壁振动器台1013电动单轨行车台4不参加程控14喷淋电动阀门

43、台8图2-2 输煤系统工艺流程第三章 输煤配煤控制系统的设计3.1输煤系统的设计原则及方案3.3.1设计原则热电厂输煤线系统是整个电厂生产的生命线，控制系统直接面向生产的重要设备，且运行环境极其恶劣，粉尘多，水汽重，振动大，控制线路长，控制逻辑复杂。因而在设计时必需遵从可靠，实用，先进开放的原则。（1）可靠性 在系统中所采用的控制设备的耐用是最重要的。必需选用成熟可靠的。（2）控制产品与各类传感器。主要控制设备必须具备防尘、防水、防干扰、防振动的能力。在信号采集、开关确认等方面加强处理，确保系统的长期稳定可靠运行。（3）实用性 输煤控制系统所设计的控制方式必须从保护安全生产、简化操作、实现生产

44、自动化的目标出发。对各种故障准确定位，对重要参数和控制动作及时记录。从传统的单一依赖手工操作方式控制设备到自动控制为主、手工操作为辅的操作方式。所有软件实现应实现全中文图形界面，且信号反应准确，操作方便。全系统真正成为一套可靠实用的输煤控制系统。（4）先进性 随着控制技术、计算机技术及网络通信技术的发展，现代控制设备提供了更加先进、成熟和强大的控制功能。输煤控制系统易于采用这些最新成果，如PLC技术、工业现场总线技术、分布式I/0技术。（5）开放性 系统在设计时应充分考虑到以后足够的扩充和升级余地。在设备选型时不仅应考察其接口的通用性与互联性，而且还应考虑到将来与全厂的信息管理网集成，不宜采用

45、封闭式的、自成体系的连接体系。3.3.2总体方案的设计以PLC (可编程控制器)作为中心控制元件,对输煤程控分煤逻辑任务进行合理的编程控制,工控机(PC机)作为上位机便于远程监控操作, 运用组态软件(MCGS)动画监控.现场料位计和上、下限位行程开关作为测控信号,通过传输电缆把所测量的信号,实时输送到PLC 的输入控制端,经过PLC 的逻辑运算后,输出相应的控制信号,来控制犁煤器的抬落动作,进而完成对原煤仓的逻辑配煤.输煤程控分煤系统设计方案如图3-1 所示：工控机(PC机)P L C犁 煤 器高报低报上限位行程开关下限位行程开关图3-1 总体方案的设计关于PLC 对犁煤器的控制设计,原煤仓是

46、否加煤,取决与对应的犁煤器是否下落到位.而犁煤器的上升、下落与停止等动作,可以通过电机的正转反转与停转来实现.而电机的正转、反转与停转又可以PLC 的输出信号来控制,PLC 控制电机正转/反转与停转的输入控制信号又可以通过上限位程开关和下限位行程开关控制.下限位行程可以利用犁煤器下落后的重力压力作为压力传感器的触发信号,电机反转时带动犁煤器上升的拉力可以作为上限位程开关的触发信号.如此,犁煤器触发上限位程开关和下限位行程开关信号, 上限位程开关和下限位行程信号作为PLC 输入信号控制电机的正转、反转与停转,电机正转、反转与停转控制犁煤器的上升、下落与停止等动作(图3-2)。P L C电机动作犁

47、煤器动作上、下限位行程开关图3-2 PLC 对犁煤器控制关系3.2输煤配煤系统的全局流程根据工程控制系统要求，首先要分析所有控制要求之间的关联。由本课题的任务分析，本系统采用结构化程序程序变成方法。根据控制功能，规划设计主程序模块结构流程图。(如图3-3, 图3-4，图3-5)低报？1仓高报？对该低报仓加煤低报消失？开 始延时20S对1仓加煤低报？2仓高报？对2仓加煤对该低报仓加煤低报消失？延时20S有无有有有无无无未消失消失消失未消失图3-3 输煤程控配煤系统流程图无低报？3仓高报？对3仓加煤对该低报仓加煤低报消失？延时20S低报？4仓高报？对4仓加煤对该低报仓加煤低报消失？延时20S有消失

48、未消失无有有无消失未消失有无图3-4输煤程控配煤系统流程图延时20S低报？对该低报仓加煤低报消失？1、2、3、4仓均高报？对非高报仓加煤该仓高报？余煤均匀分配顺煤流停机结 束有无未消失消失是否是否图3-5输煤程控配煤系统流程图3.3配煤系统的实现假如输煤调度运行是由调度人员人工操作完成的，而这类系统对调度的实时性要求很高，在高密度的运行条件下将不能满足原煤斗用煤运输高效、可靠的要求，调度员个人的劳动强度太大。科技的进步要求工业自动化加强，正常情况下，基本上不需要人员现场作业。系统有自动配煤、手动配煤、就地操作，三种控制方式。自动配煤完全根据现场的煤位信号和犁位信号，以及操作员根据现场要求所设的

49、尾仓和检修犁，自动控制犁的抬落，完成原煤仓的加仓配煤，手动配煤则由操作员根据现场的煤位和犁位信号通过上位机一对一操作犁的抬落来完成原煤仓的加仓配煤。 (1)配煤程控配煤程控是根据现场煤位信号进行自动配煤，有三种原则，即优先配、顺序配、余煤配。若某仓一旦出现低煤位信号，不管原来配仓在哪里进行都将立即中止而转入对低煤位信号的仓配煤，即出现低煤位信号的仓要优先配煤。如果是有两个以上的仓同时出现低煤位的信号，则按顺煤流方向依次配仓至低煤位信号消失后延时一段时间。当全部低煤位消失时，各仓的配煤将按顺煤流方向依次进行，对原煤仓，每个仓都配至高煤位出现为止，对圆筒仓，高煤位没有出现时，定时配10分钟，高煤位

50、出现时，马上转下一个。如正在进行顺序配煤时,某煤仓又出现低煤位报警,则立即转到低煤仓进行低煤位优先配煤,配至低煤位消失后延时一段时间,然后返回到刚才顺序配的煤仓进行顺序配煤。如遇到检修犁自动跳过。如果落犁信号发出后10秒后，该犁仍未落到位，则发出犁煤器卡死信号，并转入下一犁继续配煤。因过多的犁卡死而不能自动配煤，只能用手配方式对各仓进行配煤。或者，如果此犁不在落位，在上位机上设此犁为检修犁，继续程配。将配煤方式开关打到“手配”再按“清零”按钮，然后再将配煤方式开关打到“程配”位置，程序将重新配煤。当顺序配煤到尾仓，尾仓出现高煤位时，配煤系统即发出“程配完毕”信号。程配完毕信号发出后，整个流程即

51、要顺煤流方向依次停运各个设备，将皮带上的煤走空。在流程停运之前这一段时间，配煤将返回第一个仓继续配煤，一般情况是先将仓配至高煤位再经数秒延时。如已出现高煤位，也将再配一段时间后才转入下一仓。对检修犁会跳过不配。这一轮配完后，下一轮再重复进行，直到皮带上的余煤配完或流程停下来。检修犁的设置都在上位机上进行，尾仓的犁在程配时处于落下位置，后面的仓不参与配煤。设置检修犁前，需在就地将此犁打在抬起位置，在程配时不对此犁进行控制。(2)手动配煤程控手动配仓。由操作员根据现场的煤位和犁位信号, 通过上位机直接操作犁的抬落来完成原煤仓的加仓配仓。程控手动配仓时, 犁式卸料器的卡死故障仍然有效。但不能操作已经

52、处于就地状态的犁式卸料器。后犁先落, 前犁后台, 防止工作尾仓冒煤。(3)就地操作它是当系统出现故障或因为某种情况，操作工人根据原煤仓的料位进行犁煤器的抬、落操作。它需要首先在上位机上打到“就地”操作上。配煤运行中的检查及注意事项：1.检查犁煤器落下时是否有刮不净煤的现象，一旦发现立即反映，以免影响分炉计量。2.检查犁煤器的犁刀上是否有积煤和杂物缠绕，以防犁卡涩或加仓时撒煤。检查犁煤器的电源及控制熔丝完好，抬、落限位指示灯正确。3.运行中对煤仓及犁煤器多加观察，一旦发现问题立即停机进行处理。4.煤仓手配时应加强仓位监视，出现低煤位或高煤位报警时，要及时调整犁煤器的抬、落。5.检查某仓已达超高煤

53、位，而犁煤器却抬不起来，要立即放下该犁前犁煤器中的一台。3.3.1自动配煤控制程序的设计自动配煤控制程序是自动配煤系统的核心部分。犁煤器是自动配煤系统控制的主要对象。程序通过控制犁煤器的抬落实现对目标仓加煤, 犁煤器跟煤仓之间是一一对应的关系, 煤仓皮带机头部的最后一个煤仓由皮带机直接加煤, 可以看作是安装了一个始终处于落犁状态的犁煤器。虽然煤仓是条皮带分别从两侧给煤仓加煤, 但是对于自动配煤,两侧的配煤完全是相互独立的, 可以各自独立进行。自动配煤控制程序主要包括犁煤器控制程序、煤仓煤位检测比较程序、加仓状态记忆锁定程序等几个主要部分另外, 还有包括一些辅助程序, 如自动配煤启动停止程序、煤

54、仓剩余空间统计程序、自动停煤源程序、换仓失败判断程序、当前实际加仓仓号和尾仓仓号指示程序等。如图所示, 自动配煤控制程序的核心任务是控制犁煤器在合适的时机抬起或落下。图3-6 犁煤器自动配煤程序流程图3.4输煤控制系统原煤仓料位计工业自动化生产过程中料位是主要测量参数之一，随着工艺要求的提高，料位作为一个重要的过程参数日益引起大家的关注。料位测量方法：进行高、低位检测的称之为料位开关，有：阻旋式、电容式。进行连续料位测量的有：超声波式、雷达式、射线料位计。这些方法都有各自的适用范围。根据不同环境及物位检测方法的适用性来作为选用的依据。3.4.1常用料位计简介（1）阻旋式料位计利用传动轴与离合器

55、相连接，在未接触物料时，马达保持正常运转。当叶片感到物料阻力时，马达停止转动，机构同时输出一节点信号而测出料位高度。随后另一个微动开关动作，切断电动机电源使其停转。只要此料位不变，该状态便一直保持下去。当料位下降至叶片失去阻挡时，检测机构便依靠弹簧拉力使其恢复原始状态，一个微动开关先动作，接通电动机电源使其旋转，随后另一个微动开关动作发出无料信号，只要没有物料阻挡检测叶片的转动，其状态也将一直保持下去。该料位计多用作粉状物料料仓的料满开关。安装使用时应注意：1.为防止使用中物料冲击，库侧安装时应在检测叶片上方料仓内壁的上方安装防护板；2.如采用加长轴顶置垂直安装，则应在轴套外安装保护套筒。 （

56、2）电容式料位开关利用感应棒（电极），以物料为介质，感应棒与桶壁（对地电极）间之电容量，当感应棒被物料覆盖，则电容渐增，当达到开关内部设定线路匹配值时，线路产生高频谐振，检出谐振信号，转成开关信号。注意：避免粘、附料情况，否则会产生误动作。（3）超声波物位计由换能量将功率脉冲转换为超声波，射向料面，经料面反射后进入超声波检测装置，再由换能量将超声波转换为电信号。二次仪表根据发射脉冲与接受脉冲之间的时间差和介质中传播速度，计算出料位。适用性：由于其传播速度受传播介质振动噪音影响较大，并且其元件受温度影响大，故不能在粉尘、高温场合使用，往往用于明渠、水处理较多。（4）雷达料位计利用回波测距原理，其

57、喇叭状或杆式天线向被测物料面发射微波，微波传播到不同相对介电率的物料表面时被反射，并被天线接收。发射波和接收波的时间差与物料面和天线的间距成正比，测出传播时间即可得知距离。注意：测量固体物料，易产生干扰回波，降低测量效果，故不适用于固体物料的测量。（5）射线料位计工作原理是在料库一侧设置同位素源，另一侧设置探测器，同位素源向探测器定向发射射线，若库内料面低于它，探测器检测料空信号；若料面高于它，则物料遮挡、吸收射线，得出料满信号。该料位计常用作料位开关，因非接触式测量，特别适用于工作环境恶劣的大型混凝土料库，此时要求所用同位素源比较强。由于放射源污染环境等因素，此料位计在使用上受限制。优点：日

58、常运行维护工作量小，操作简单；依据料仓形状和工艺要求，射线料位计可安装在不同位置。缺点：放射源污染环境；放射源衰减使料位控制不可靠。3.4.2料位计的分析选型首先，对于阻旋式料位计，优点是开关结构简单，维护方便，易于现场维护人员维护与使用，并且价格较低。但是，不适合在高温下工作。关于电容式料位计，优点是无机械磨损，安装维修方便；依据量程大小和控制方式不同，电极设计成杆（棒）式或钢缆（重型钢缆）式，可应用于各种料仓；价格较低。但若电极（探头）上或仓壁粘有物料，往往会导致控制器误动作，从而影响测量效果，应定期检查探头和料位开关动作情况并校验。雷达料位计由于微波是电磁波，以光速传播且不受介质特性影响

59、，故在一些有温度、压力、蒸汽等场合，而雷达料位计可使用；此料位计大多为二线制的一体化产品，节省大量电缆；软件调试方便。但缺陷同样明显：二线制雷达料位计要求24VDC电源质量较高，交流谐波一般不能超过30VAC；雷达料位计内部电源模块易受其他大电流干扰而损坏，故应把料位计停电拆除；测量固体物料，易产生干扰回波，降低测量效果，故不适用于固体物料的测量。还有射线料位计，优点：日常运行维护工作量小，操作简单；依据料仓形状和工艺要求，射线料位计可安装在不同位置。缺点：放射源污染环境；放射源衰减使料位控制不可靠。鉴于本系统，与电厂现场人员关系密切，放射性污染必将对人体健康造成极大的危害，本人认为，射线料位

60、计一般不宜采用。随着我国选煤自动化水平的不断提高，选煤厂对集中控制有了更高的要求，其中包括各类煤仓料位的检测。作为我国自行设计施工的安家岭选煤厂(2006年全年外运商品煤量达到了150 万t以上)。在其仓位的控制中要求来料高于或低于某个料位时输出开关量报警信号，防止煤流溢出或煤仓被清空，同时要求仪表能对煤仓料位连续监控以达到正常储存、管理的目的。众所 周 知 煤仓结构相当复杂，外部条件也不尽相同，如温度、湿度、噪音等;传统煤仓给料方式各异，诸如带式输送机、刮板机等;被测物料也各不相同，如密度、粒度的不同都给检测造成困难。综合上述仓位的测量难度，在经过大量的实验和应用后，目前在选煤厂广泛采用的是

61、超声波料位计，该料位计在对固体颗粒和块状物料的检测功能得到肯定。使用超声波料位计检测的优点：(1)与介质不接触，无可动部件，电子元件只以声频振动，振幅小，仪器寿命长。(2) 超 声 波传播速度较稳定，光线、介质粘度、湿度、介电常数、电导率、热导率等参数对检测几乎无影响，因此适用于有毒、腐蚀性或高粘度等特殊的料位测量。(3)既可连续、定点测量，又能提供遥测或遥控信号。3.4.3 超声波式料位计的使用超声波料位计的检测原理及概述(1)超声波料位计的检测原理。超声波料位计基于回波测距原理:即利用波在物料中的传播特性，在传播中遇到相界面时，一部分反射回来，另一部分则折射入相邻介质中。但当它由气体传播到

62、固体或液体中，或由固体、液体传播到空气中时，因介质密度相差悬殊几乎全部发生反射。因此，在容器的顶部或底部安装超声波发射器和接收器，发射出的超声波在相界面被反射，并由接收器接受，测出超声波从发射到接收的时间差，便可测出料位的高低。(2) 超声波料位计的分类。超声波料位计按探头的工作方式可分为自发自收的单探头方式和收发分开的双探头方式，按处理信号元件结构又可分为一体式和分体式，等等。单探头料位计使用一个换能器，由控制电路控制它按时交替作发射器与接受器。双探头式则使用两个换能器分别作发射器和接收器。(3)超声波料位计的盲区。在超声波脉冲发射过程中因机械惰性占了输出时间，使得靠近换能器的一小段区域内反射波不能被接受。该区域成为盲区。盲区的大小与超声波料位计的型号有关。安家岭选煤厂使用的是AIRagner系列单探头超声波料位计。其主要特