發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)無線通信技術(shù)應(yīng)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(yuǎn)程控制站與煤場(chǎng)的斗輪機(jī)PLC之間，都是采用有線通信的方法來實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸。但是因?yàn)槎份啓C(jī)的取煤位置不斷改變，所以控制信號(hào)電纜被拉斷等的情況經(jīng)常發(fā)生，這將會(huì)對(duì)機(jī)組上煤造成很大程度的不利影響。而將無線通信技術(shù)應(yīng)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(duì)該技術(shù)在火力發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；輸煤程控系統(tǒng)；無線通信技術(shù)；遠(yuǎn)程控制

1基于無線通信技術(shù)的輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(jìn)行控制。該P(yáng)LC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(shí)現(xiàn)硬件組態(tài)以及通信連接組態(tài)，并有著參數(shù)設(shè)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(jìn)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(chǎng)控制層，也就是PLC控制站，三層是就地控制層，也就是遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)。借助于PLC系統(tǒng)，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的何種數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)算機(jī)可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集中的監(jiān)控和管理。因?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)備有著很強(qiáng)的干擾性和連鎖性，且設(shè)備十分分散，所以該火電廠設(shè)置了一個(gè)控制主站和多個(gè)I/O控制分站，主站應(yīng)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(jī)室站（2號(hào)）、1號(hào)遠(yuǎn)程站以及煤倉(cāng)遠(yuǎn)程站（3號(hào)），這些分站主要采用的是ET200分布式的I/O。在這個(gè)系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備主要包括皮帶保護(hù)信號(hào)、卸料小車以及皮帶傳動(dòng)設(shè)備等，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信號(hào)進(jìn)入到附近I/O遠(yuǎn)程控制分站時(shí)，借助于PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置冗余，就可以與系統(tǒng)的主站進(jìn)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(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)中所有設(shè)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(jī)架結(jié)構(gòu)，并借助于光纖來進(jìn)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(hào)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(yīng)用了6ES7153-02B01-0XBO，表2就是該系統(tǒng)的I/O點(diǎn)配置表。由表2可知，在該系統(tǒng)中，數(shù)字量I/O點(diǎn)以及模擬量I/O點(diǎn)都有著很低的負(fù)載率，因此在設(shè)計(jì)過程中可以不將其作為考慮的重點(diǎn)。在進(jìn)行S7-400HPLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，只需要對(duì)RAN的存儲(chǔ)容量加以重點(diǎn)考慮即可。表3是該系統(tǒng)內(nèi)存使用情況的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。在該P(yáng)LC系統(tǒng)中，CPU的RAM儲(chǔ)存是1—400—KB，—同時(shí)，系統(tǒng)也可以插入8—MB的微儲(chǔ)存卡來進(jìn)行擴(kuò)容。通過表3可以看出，該P(yáng)LC系統(tǒng)需要的內(nèi)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(yùn)行。因此，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)其控制對(duì)象，并考慮到系統(tǒng)的通用性、經(jīng)濟(jì)性與先進(jìn)性，最終選擇了如下設(shè)計(jì)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(yuǎn)程站的控制系統(tǒng)。因?yàn)镾7-400HPLC系統(tǒng)是一種模板式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，所以在實(shí)際的應(yīng)用過程中，可以按照實(shí)際的需求來進(jìn)行模板擴(kuò)展，如電源模板的擴(kuò)展、信號(hào)模板的擴(kuò)展、中央處理器的擴(kuò)展、功能模板的擴(kuò)展以及通信模板的擴(kuò)展等，并通過繼電器來隔離開關(guān)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(yīng)用了ifix5.8作為上位機(jī)組態(tài)軟件，并使之與冗余的工業(yè)以太網(wǎng)之間進(jìn)行連接，以此來對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過ifix5.8組態(tài)軟件，不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的采集，也可以實(shí)現(xiàn)組態(tài)、OPC以及腳本語(yǔ)言等的先進(jìn)技術(shù)。工業(yè)以太網(wǎng)是專門為工業(yè)應(yīng)用所設(shè)計(jì)的一種以太網(wǎng)，其有著極強(qiáng)的抗干擾能力，通過標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌的應(yīng)用，可以為各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組成提供便利。根據(jù)實(shí)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(zhì)，其自適應(yīng)的傳輸速率可以達(dá)到10—Mb/s到100—Mb/s。同時(shí)，該工業(yè)以太網(wǎng)的擴(kuò)充性也十分良好，可以借助于相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置或交換機(jī)來實(shí)現(xiàn)SIS網(wǎng)或MIS網(wǎng)的連接，進(jìn)而讓各個(gè)設(shè)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(yīng)用的是雙網(wǎng)雙纜冗余的PROFIBUS-DP作為系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線的通信控制。在該網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到1—000—m，是專門針對(duì)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)層所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實(shí)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_(dá)到12—000—kb/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其統(tǒng)計(jì)的傳輸量。

2基于無線通信技術(shù)的輸煤程控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1控制程序組態(tài)設(shè)計(jì)

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(gè)部分來進(jìn)行劃分和實(shí)現(xiàn)。根據(jù)該火電廠的實(shí)際需求以及現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備，在本次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的所有設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)合理的劃分，并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)端I/O控制站的就近設(shè)置，按照多個(gè)流程來進(jìn)行輸煤線路的劃分，以此為上位機(jī)操作提供出更大的便利。為保障集控運(yùn)行的需求，在設(shè)備之間進(jìn)行了連鎖位的設(shè)置，進(jìn)而使其連鎖得到合理控制，并將中間變量設(shè)置在了PLC程序之中，以實(shí)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(shí)可以根據(jù)高料位開關(guān)以及煤倉(cāng)料位置所提供的反饋來進(jìn)行犁煤器和煤倉(cāng)等的合理設(shè)置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)配煤自動(dòng)化控制。通過這樣的方式，就可以讓系統(tǒng)中的各個(gè)控制站實(shí)現(xiàn)共同的操作管理與控制，如設(shè)備的正常啟停、故障急停、安全互鎖、報(bào)警、報(bào)警信息的采集以及上位機(jī)數(shù)據(jù)的通信和備份等。

2.2上位機(jī)畫面的組態(tài)設(shè)計(jì)

在本次所研究的輸煤控制室中，采用了兩臺(tái)上位機(jī)對(duì)輸煤系統(tǒng)進(jìn)行集中的監(jiān)測(cè)與控制，其中的一臺(tái)上位機(jī)設(shè)置在了操作員站，另一臺(tái)設(shè)置在了工程師站。在該系統(tǒng)的上位機(jī)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(gè)選擇按鈕。通過上位機(jī)，不僅可以將電機(jī)以及各個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的情況顯示出來，也可以將其實(shí)時(shí)的運(yùn)行參數(shù)以及報(bào)警等信息顯示出來，還可以對(duì)不同的運(yùn)行方式進(jìn)行選擇與切換，并實(shí)現(xiàn)手動(dòng)或者是自動(dòng)化的操作。在該系統(tǒng)的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)中，人機(jī)交互可以通過ifix5.8來實(shí)現(xiàn)。在具體設(shè)計(jì)過程中，首先實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，并將系統(tǒng)中的開關(guān)量以及模擬量等的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，借助于編程來實(shí)現(xiàn)各種歷史報(bào)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(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)鏈接的建立，進(jìn)而使系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)和靜態(tài)工藝畫面之間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的連接。在具體的應(yīng)用過程中，操作人員可以借助于先導(dǎo)，按照設(shè)備、時(shí)間段或者是數(shù)據(jù)類型等的方法來實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢。

3系統(tǒng)應(yīng)用過程中的實(shí)時(shí)性與可靠性解決方法分析

3.1實(shí)時(shí)性

在該系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線實(shí)時(shí)通信，將現(xiàn)場(chǎng)的控制需求作為依據(jù)，將斗輪機(jī)的無線控制系統(tǒng)通信周期設(shè)計(jì)為380—ms。在斗輪機(jī)中，如果PLC系統(tǒng)的開關(guān)量信號(hào)出現(xiàn)變化，斗輪機(jī)之中的PLC將會(huì)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(duì)打包的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，這樣才可以保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。當(dāng)輸煤主站的PLC系統(tǒng)接收到了打包數(shù)據(jù)之后，會(huì)立刻進(jìn)行數(shù)據(jù)包的解包，然后將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)絇LC開關(guān)量控制卡，讓相關(guān)的控制為強(qiáng)置為1或者是復(fù)位為0，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)繼電器輸出動(dòng)作的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。在接收到主站發(fā)來的應(yīng)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(shí)間為170—ms，各個(gè)流程之中的具體時(shí)間參數(shù)如表4所示。因?yàn)橛?jì)算延時(shí)需要10—ms的時(shí)間，發(fā)送方的超時(shí)等待需要200—ms的時(shí)間，所以總的通信時(shí)間是380—ms?！诒敬嗡芯康倪@個(gè)系統(tǒng)中，因?yàn)槎份啓C(jī)以及輸煤皮帶的信號(hào)連鎖對(duì)于時(shí)間并沒有太過苛刻的要求，所以本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通信時(shí)間可以與系統(tǒng)控制信號(hào)的實(shí)時(shí)性傳輸需求相符。

3.2可靠性

在系統(tǒng)中分別進(jìn)行了斷電報(bào)錯(cuò)以及上電告知程序的設(shè)計(jì)，通過這兩個(gè)程序，可以對(duì)各個(gè)斗輪機(jī)數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)從站以及輸煤主站數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)主站的通信狀態(tài)進(jìn)行協(xié)調(diào)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(yùn)轉(zhuǎn)。在這一時(shí)間段之內(nèi)，系統(tǒng)中的斷電報(bào)錯(cuò)程序就會(huì)一直處于執(zhí)行狀態(tài)。由于斷電發(fā)生，將會(huì)讓PLC中的某一個(gè)輸入點(diǎn)復(fù)位，進(jìn)而讓本站的PLC判斷系統(tǒng)隨之?dāng)嚯姡缓髮⑦@個(gè)斷電信號(hào)發(fā)送到對(duì)方站。在接收到斷電站發(fā)來的斷電信號(hào)之后，對(duì)方站會(huì)給斷電站發(fā)送一個(gè)響應(yīng)的信號(hào)，并進(jìn)入到故障狀態(tài)中。在斷電站接收到對(duì)方站發(fā)來的響應(yīng)信號(hào)之前，斷電站將會(huì)持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的發(fā)送，直到結(jié)束超時(shí)為止。如果斷電站并沒有收到對(duì)方站的響應(yīng)信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行斷電信號(hào)的重新發(fā)送，若一直收不到對(duì)方站發(fā)來的響應(yīng)信號(hào)，就說明這個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)不能正常運(yùn)行。如果數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)斷電或者是對(duì)方的數(shù)據(jù)處理控制單元未開啟，系統(tǒng)將自動(dòng)發(fā)出報(bào)警，以提示操作人員對(duì)這些問題加以及時(shí)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(tái)主站會(huì)定時(shí)給斗輪機(jī)電臺(tái)發(fā)送一個(gè)檢測(cè)信號(hào)，使其對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)。

4結(jié)論

在火電廠的輸煤程控系統(tǒng)之中，無線通信技術(shù)的應(yīng)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(chǎng)信號(hào)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(shí)例對(duì)無線通信技術(shù)在火電廠輸煤程控系統(tǒng)之中的應(yīng)用進(jìn)行分析，研究了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，并分析了系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用之中的相關(guān)問題與解決方案。希望本次的分析可以對(duì)該技術(shù)在火電廠之中的應(yīng)用提供相應(yīng)的參考價(jià)值。

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作者：袁清 單位：陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司