目前国内部分大型石油化工企业自备电站燃料输送系统拥有大量的皮带机、碎煤机、筛煤机、给煤机、电动三通挡板、除铁器、犁式卸料器等工艺设备。在整个系统运行过程中如果一条皮带或一台工艺设备出现故障会影响整个系统的正常运行, 甚至由于操作人员的操作失误, 导致电机误启动误停、物料堆积及其它一些不可预见的事故, 导致石油化工企业自备电站不能正常运行, 因而在石油化工企业自备电站燃料输送系统中对运煤系统自动化设计提出了更高的要求。通过近几年的工程设计总结, 实现燃料输送系统的程序化控制及现场画面监控的功能, 对提高石油化工企业自备电站的运行可靠性、降低设备维护成本有着很重要的促进作用。本文以已建成自备电站燃料输送系统程序控制设计为例, 介绍可编程控制器 (PLC) 在该厂的应用情况。该系统已在2015年通过验收, 稳定运行至今。
1 本套燃料输送系统简介
本套燃料输送系统主要由7条带式输送机、31台电液动犁式卸料器、4台活化给煤机、4台带式除铁器、2台细碎破碎机、2台高幅振动筛、2台采样机、2台三通换向阀、3台电子皮带秤、若干台除尘器及皮带机保护装置组成。
本套燃料输送系统的流程为:煤存储在配煤中心圆形料场, 当本系统开始运行后由斗轮取料机将煤送至1#带式输送机, 通过1#带式输送机将煤送至筒仓, 由1#A/B或2#A/B活化给煤机将煤送至2#A或2#B带式输送机。2#A/B带式输送机机头处均设有除铁器处理煤中含有的铁杂质, 2#A或2#B带式输送机将煤送入1#A或1#B高幅筛然后送入1#A或1#B细碎破碎机将过大的煤块进行粉碎以满足锅炉燃烧对煤块大小的要求。破碎后煤块经过3#A/B带式输送机将煤送至1#A/B三通换向阀处 (3#A/B带式输送机上装有采样机及电子皮带秤可对煤质及煤的输送量进行检测) , 通过控制三通换向阀阀门转动可使煤落至4#A或4#B带式输送机上, 最后通过4#A或4#B带式输送机上的犁式卸料器将煤送入锅炉燃料仓进行燃烧, 完成一次输送流程。
2 可编程控制器 (PL C) 控制系统简介
可编程控制器 (PLC) 一般安装在燃料输送控制室内, 主要由以下几个部分组成:
(1) 监控设备层:包括操作员站、工程师站、打印机等; (采用两台上位机, 两台同时工作, 互为备用)
(2) 控制主站层:包括主机、PLC控制柜、UPS电源柜等;
(3) 现场设备层:包括远程PLC控制柜、分布式PLC控制柜、现场智能设备;
(4) 网络设备:包括交换机、网络通信介质和接口设备。
计算机与PLC柜之间由计算机电缆连接, 中低压柜及现场设备与PLC柜之间的开关量信号宜选用阻燃屏蔽控制电缆连接、模拟量及脉冲量弱电回路宜选用阻燃计算机屏蔽电缆线芯截面积不小于1.0mm2。不同类别的信号回路不宜共用同一根电缆。PLC柜内I/O卡件负责采集现场设备信号及发出控制指令, 通过计算机可实现对燃料输送系统设备的监视和控制。本套燃料输送系统采用的S7-412系列PLC是一种中小型的可编程控制器 (PLC) , 应用非常广泛。其无论是在独立运行或链接成为网络, 均能实现复杂的控制功能, 具有很高的性价比。
典型燃料输送系统信号统计:
本套燃料输送系统需要可编程控制器 (PLC) 控制的设备有7条带式输送机、31台电液动犁式卸料器、4台活化给煤机、4台带式除铁器、2台细碎破碎机、2台高幅振动筛、2台采样机、2台三通换向阀、3台电子皮带秤及若干台除尘器等设备。本套燃料输送系统信号统计表详见下表:
需注意的是PLC柜内开关量I/O点宜采用弱电模块。若采用强电模块时, 在现场设备与模块之间宜设置继电器隔离, 提高程序控制的抗干扰能力。
3 可编程控制器 (PL C) 的设计步骤
3.1 根据本套燃料输送系统主导专业提供的燃料输送系统运行要求及电气专业设计的信号统计表, 本套燃料输送系统程序设计步骤如下:
(1) 理解主导专业提供的联锁逻辑图及不同工况下的联锁逻辑描述。
(2) 按照电气专业的要求给出流程联锁逻辑。列出本套燃料输送系统包含设备的各种监视故障及分析故障, 按照以上要求分别给出设备的各种逻辑。
(3) 根据以上要求并结合现场实际情况, 统计出整套系统所需的I/O卡件数量及与其配合的定时器、定时长度、计算器数量和计算方式。
(4) 根据以上步骤, 制作不同工况下的PLC控制梯形图。
3.2 本套燃料输送系统控制方式及流程图
本套燃料输送系统的主要操作方式为集中和就地两种方式。集中控制又分为自动和手动;就地控制为就地手动。正常运行采用集中自动方式, 在控制室操作台上仅保留系统紧急停机按钮 (硬按钮) 。集中和就地两种运行方式的设定是由设置在现场各设备控制箱上的远方/就地选择开关完成的。此外, 在就地控制箱上还设有启、停按钮和电流表等。只有当选择开关设置为远方时, 控制室才能控制该设备, 当选择开关设置为就地时, 只能就地控制该设备。选择开关的状态信息用干接点送至可编程控制器 (PLC) 中, 以便操作员随时了解现场情况。
本套燃料输送系统集中自动操作方式为在工程师站上通过键盘或鼠标选择流程, 由可编程控制器 (PLC) 自动完成流程的操作。集中手动操作方式为在上位机上通过键盘或鼠标对纳入程控的所有设备实现一一对应的操作, 通过可编程控制器 (PLC) 闭锁完成。
当采用自动方式时, 上位机液晶显示器上显示所有工艺流程。选择好某一流程后, 可编程控制器 (PLC) 自动检测该流程相关的设备, 在该流程所有均处于可控情况下, 操作人员在上位机上发出“启动”命令来启动该流程。在需要停止整个流程时, 操作人员在上位机上发出“停止”命令, 可编程控制器 (PLC) 按工艺流程要求停止该流程。
当采用集中手动方式时, 运行人员应按正确顺序来启动和停止各个设备, 系统流程间各设备与自动方式一样存在联锁关系。
采用集中控制方式 (包括自动和手动) 时, 若出现危害设备和人身产生危险等 (如:发生火警) 意外情况, 运行人员可操作“紧急停机”按钮, 可编程控制器 (PLC) 立即停止系统中所有运行设备。
现场紧急停车信号起动后系统立即停止系统中所有运行设备, 并将各起动出口自动复位, 以防止现场紧急停机按钮复位后设备自动起动。
当采用就地控制方式时, 运行人员在就地控制箱上控制设备。
本套燃料输送系统流程中所有设备按工艺流程要求进行联锁, 以防止在启动或停止时物料堆积, 甚至损坏设备。联锁采用逆料流方向逐级启动设备 (皮带及相关设备) , 顺料流方向逐台延时停机方式, 使设备空载停机。故障时, 故障点及其上游设备瞬时停机, 故障点下游设备保持原工作状态不变, 待故障解除后, 可以从故障点向上游重新启动设备, 也可以在故障未解除时, 从故障点下游开始延时停设备。
需注意的是本套燃料输送系统中皮带机除尘器设备应先于皮带机顺序启动, 滞后皮带机停机 (除尘器可由可编程控制器 (PLC) 联锁停机, 也可手动停机) 。另外皮带机保护装置拉绳开关、打滑开关、撕裂开关等, 这些开关的信号均应接入可编程控制器 (PLC) , 参加本套燃料输送系统的紧急停车和闭锁停车。
3.3 本套燃料输送系统可编程控制器 (PLC) 技术指标
(1) 系统可用率不小于99.9%;
(2) 系统平均无故障间隔时间 (MTBF) 不小于20000h, 现场层设备平均无故障时间不小于30000h。
(3) 主机正常负荷率宜低于30%, 事故负荷率宜低于50%。
(4) 网络正常负荷率低于20%, 事故负荷率低于40%。
(5) 模拟量传输时间:不大于2s。
(6) 开关量传输时间:不大于1s。
(7) 远控操作正确率:不小于99.99%。
(8) 动态画面相应时间:不大于2s。
3.4 本套燃料输送系统可编程控制器 (PLC) 可实现功能
本套燃料输送系统的操作员站及工程师站可实现以下功能:
(1) 控制方式设置和流程选择菜单;
(2) 工艺系统流程图;
(3) 实时流程运行图
(4) 设备状态显示 (包括皮带机、振动给料机、振动筛等设备运行状态以及料仓仓位显示等)
(5) 电气设备运行、故障状态等
(6) 历史数据显示画面
(7) 故障报警一览表画面
(8) 皮带机的运行显示 (包括皮带机的保护装置)
操作人员可在控制室内的工程师站、操作员站监视及控制本套燃料输送系统的输送过程, 实现对本套燃料输送系统内相关生产设备的监测、遥信及控制。可编程控制器 (PLC) 实时采集设备的运行工况参数并可以采用图形、图表的形式显示本系统的实时工况及运煤量。
当设备出现故障及运煤量超限时, 可编程控制器 (PLC) 操作员站及工程师站同步显示故障点并可实现实时打印故障功能。可编程控制器 (PLC) 所配置的服务器会将发生故障信息储存入信息库, 方便以后查询。另外操作人员也可根据本套燃料输送系统后续的发展, 修改运行方式程序、新增卡件及更换卡件。
4 结语
本文以已投产的燃料输送系统的流程为主线, 介绍了可编程控制器 (PLC) 的设计过程及其所能实现的功能。指出了可编程控制器 (PLC) 在燃料输送系统控制中是比较先进的控制方案, 其在技术上有控制能力强、编程简单、便于修改等特点, 目前已有越来越多的石油化工企业在自备电站燃料输送系统方面运用了可编程控制器 (PLC) , 我相信随着可编程控制器 (PLC) 的发展, 它在自动控制领域的运用会越来越广泛。
摘要：本文阐述了可编程控制器 (PLC) 在燃料输送系统中的应用, 以实际工程设计为例详细介绍可编程控制器 (PLC) 的设计方案。表明可编程控制器 (PLC) 具有操作简单、运行可靠便于维护等特点并可提高燃料输送系统的可靠性、稳定性。
关键词：燃料输送系统,控制系统PLC
参考文献
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[2] 《PLC在火电厂输煤系统中的应用》王丽君2010.11.
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