【文章內(nèi)容簡介】 國經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力生產(chǎn)自動化水平的提高和管理水平的不斷進步將更為重要。而電廠輔助系統(tǒng)是火電廠正常穩(wěn)定運行的關(guān)鍵組成環(huán)節(jié)，輸煤系統(tǒng)就是其中之一。現(xiàn)在，國內(nèi)大部分火電 廠的輸煤系統(tǒng)都已采用 PLC 進行控制。對電廠未采用 PLC 控制的輸煤系統(tǒng)部分進行程控改造已成為一種趨勢。 如今國內(nèi)大中型火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)普遍采用 PLC 進行程序控制，以取代系統(tǒng)的繼電器強電集中控制方式。但多數(shù)火電廠輸煤程控系統(tǒng)僅利用了 PLC 基本開關(guān)量邏輯組合功基于 組態(tài)軟件和 PLC 的火電廠給煤控制系統(tǒng)設(shè)計 5 能，其模擬量處理、回路調(diào)節(jié)等高級功能尚未開發(fā)應(yīng)用。 輸煤程控系統(tǒng)主要是以可編程控制器（ PLC）為主，實現(xiàn)輸煤系統(tǒng)的自動花控制，與集中控制相比，在技術(shù)上具有控制功能強，編程簡單，實現(xiàn)工藝聯(lián)鎖方便，可省去大量的硬件接線，維護方便，可在線修改等特點。 PLC 不僅能 完成復(fù)雜的繼電器控制邏輯，而且也能實現(xiàn)模擬量的控制，甚至智能控制；并能實現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，聯(lián)網(wǎng)及上位機監(jiān)控等。可為全廠實現(xiàn)計算機控制和管理創(chuàng)造條件。對地域分布較廣的系統(tǒng)還可以增加遠(yuǎn)程控制站及閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)。 隨著火電廠規(guī)模和單機容量的擴大，許多大型工況設(shè)備在輸煤系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，目前多數(shù)具備自動或半自動功能，如翻車機、斗輪機、入場煤采樣機、入爐煤采樣機和環(huán)式給煤機等都有各自的 PLC 控制系統(tǒng)。如何組織和管理好這些大型設(shè)備，使整個輸煤系統(tǒng)在最高效率狀態(tài)下運行，是國內(nèi)火電廠輸煤專業(yè)發(fā)展中需要解決的首要問題。全集成化的 輸煤過程控制器網(wǎng)絡(luò)是能夠滿足對輸煤設(shè)備的管理與控制要求的好途徑。 與先進的主機控制系統(tǒng)相比，目前的輸煤控制系統(tǒng)則顯得十分落后。以武漢陽邏電廠輸煤控制系統(tǒng)為例，基本上為集中加就地控制模式，其 PLC 控制系統(tǒng)僅僅滿足了皮帶輸送機的集中控制功能。簡言之，其 PLC 控制器僅僅代替了皮帶輸送機及其輔助設(shè)備（如擋板、振打器等）的啟、停按鈕的功能，其完成的僅僅是部分設(shè)備的順序控制功能，無法達(dá)到整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，而斗輪機、翻車機、環(huán)式給煤機均處于各自相對獨立的情況下運行，其結(jié)果是運行崗位人員設(shè)置過多，人員工效率低，系統(tǒng)設(shè)備間 配合不協(xié)調(diào)、設(shè)備空轉(zhuǎn)導(dǎo)致的電能損耗、設(shè)備磨損等損耗較大。 PLC 在輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用基本上限于設(shè)備級，各設(shè)備或系統(tǒng)處于各自的 PLC 控制之下，相互間基本獨立。隨著國內(nèi)火電廠機組的擴建和 PLC技術(shù)的迅速發(fā)展，與當(dāng)初輸煤設(shè)備的控制從就地走向集中一樣，輸煤系統(tǒng)的 PLC 控制也將從設(shè)備級發(fā)展到車間級。 近些年來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)正向著生產(chǎn)過程過程控制高度自動化、工藝設(shè)備及測控設(shè)備高度智能化、生產(chǎn)管理高度自動化等方向發(fā)展，作為大型火電廠的燃料輸煤系統(tǒng)也不例外，而且隨著電 氣自動化的產(chǎn)品價格大幅度下降，可靠性大大提高，過去那種認(rèn)為燃料輸煤系統(tǒng)不需要較高自動化程度的觀點已顯得非常落后，從率先實現(xiàn)設(shè)備程控化、現(xiàn)場聯(lián)網(wǎng)化和可視化，再到與MIS 系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，以及隨著 WFT3 嵌入技術(shù)深入到元件級和網(wǎng)速度可靠性的進一步提高，實現(xiàn)透明工廠和移動工業(yè)控制完全可能成為現(xiàn)實。 本次設(shè)計的主要目的 本設(shè)計采用輸煤系統(tǒng)中葉輪給煤機遠(yuǎn)程計算機監(jiān)控進行實際應(yīng)用的研究和試驗。通過實驗室調(diào)試、設(shè)計和現(xiàn)場應(yīng)用調(diào)試，實現(xiàn)了對葉輪給煤機的這種大型移動設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。從而提高了就地設(shè)備的自動化水平，改善了操 作人員的工作環(huán)境。 本設(shè)計上位機采用國際通用標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控軟件進行組態(tài)畫面，畫面美觀實用。下位機采用法國施耐德可編程控制器，實現(xiàn)過程控制。葉輪轉(zhuǎn)速采用 AB 公司變頻調(diào)速器，并對葉畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 輪轉(zhuǎn)速采用智能控制方式實現(xiàn)變頻調(diào)速。 2 可編程控制器簡介 作為通用工業(yè)控制計算機， 30 年來，可編程控制器從無到有，實現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接線邏輯到存儲邏輯的飛躍；其功能從弱到強，實現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運動控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控 制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。 可編程控制器的定義 可編程控制器，簡稱 PLC（ Programmable logic Controller） ,是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC 做了如下定義： PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù) 運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式 的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 ” PLC 的特點 ? 編程方法簡單易學(xué) ? 功能強，性能價格比高 ? 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強 ? 可靠性高，抗干擾能力強 ? 系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少 ? 維修工作量小，維修方便 ? 體積小，能耗低 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家， PLC 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷提高，應(yīng)用范圍不斷擴大 ，主要有以下幾個方面： 基于 組態(tài)軟件和 PLC 的火電廠給煤控制系統(tǒng)設(shè)計 7 ? 數(shù)字量邏輯控制 ? 運動控制 ? 閉環(huán)過程控制 ? 數(shù)據(jù)處理 ? 通信聯(lián)網(wǎng) PLC 的工作模式 PLC 有兩種工作模式，既 RUN（運行）模式與 STOP（停止）模式 。 在 RUN 模式，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)控制功能。在 CPU 模塊的面板上用 “ RUN” LED 顯示當(dāng)前的工作模式。在 STOP 模式， CPU 不執(zhí)行用戶程序，可以用編程軟件創(chuàng)建和編輯用戶程序，設(shè)置 PLC 的硬件功能，并將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到 PLC。如果有致命錯誤，載消除之前不允許從 STOP 模式進入 RUN 模式。 PLC 操作系統(tǒng)儲 存非致命錯誤供用戶檢查，但不會從 RUN 模式自動進入 STOP 模式 。 PLC 的工作原理 用觸點和線圈實現(xiàn)邏輯運算 。 數(shù)字量控制系統(tǒng)中，變量僅有兩種相反的工作狀態(tài)，例如高電平和低電平、繼電器線圈的通電和斷電、觸點的接通和斷開，可以用邏輯代數(shù)中的1 和 0 來表示。用繼電器電路或梯形圖可以實現(xiàn) “ 與 ” 、 “ 或 ” 、 “ 非 ” 邏輯運算。用多個觸點的串、并聯(lián)電路可以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運算。 PLC 通電后，需要對硬件和軟件作一些初始化的工作。為了時 PLC 的輸出及時地響應(yīng)各種輸入信號，初始化后反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)，這種周 而復(fù)始的循環(huán)工作模式稱為掃描工作模式。 讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信請求自診斷檢查改寫輸出讀取輸入處理通信請求自診斷檢查改寫輸出RUN 狀態(tài) STO P狀 態(tài) 圖 PLC 掃描過程 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 葉輪給煤機 上位機與 PLC 通訊 PLC 以其高可靠性、適應(yīng)工業(yè)過程現(xiàn)場、強大的聯(lián)網(wǎng)功能等特點被廣泛使用，是機電一體化的發(fā)展方向。 Windows 以圖形化界面給用戶提供了良好的人機界面 ,并且被很多人所掌握，所以我們考慮使用 PLC作為工業(yè)控制下位機 ,使用 PC作為上位機進行人機交互界面。這就涉及了使用 PC 如何控制 PLC， PC 如何與 PLC 進行通訊的問題 。 每一次上位機和 PLC 數(shù)據(jù)交換有 3 個步驟，說明如下 ： 1)通訊是由在 PLC 中確 定的時間觸發(fā) , 發(fā)送一組字符給上位機： PLC 使用 ASCII 通訊時，通訊是由在 PLC 中確定的時間觸發(fā)的。在確定的時間到達(dá)后， PLC 要求數(shù)據(jù)發(fā)送時，PLC 會發(fā)送一組字符過去。通常該字符第一個字符就是前導(dǎo)碼，上位機根據(jù)前導(dǎo)碼確定是否應(yīng)該讀取該字符串、該字符屬于哪一個命令集合，以及用什么格式去讀取字符串等。前導(dǎo)碼不會是一般的符號字符，通常是一些不可見的字符 (位于 ASCII 碼表的前 30 個 )或極少被使用的符號字符，這是因為避免數(shù)據(jù)字符與前導(dǎo)碼一樣而發(fā)生錯誤判斷。在前導(dǎo)碼之后是站號，通常是以兩個字符代表，單純以 RS232 連接的單一設(shè)備也許不需要站號的設(shè)置，但是如果以 RS485 進行網(wǎng)絡(luò)連接，就需要用站號來辨認(rèn)命令是屬于那一個設(shè)備。站號后面就是設(shè)備解讀的命令或者數(shù)據(jù)。 (本例為單機不需要站號 )一般的通訊都需要進行數(shù)據(jù)的校驗。 2)PC 收到要求的字符串，并判讀：當(dāng)上位收到要求的字符串，并經(jīng)過判讀確定后，同樣按照相同的協(xié)議 ,按照用戶需要對 PLC 進行的操作送出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)被送出時會在數(shù)據(jù)之前加上前導(dǎo)碼和站號。數(shù)據(jù)中攜帶了上位機對 PLC 要求的操作。 3)PLC 將數(shù)據(jù)發(fā)給上位機：在 PLC 收到上位機發(fā)來的數(shù)據(jù)包后經(jīng)過判讀確定后，進行一定的操作然后在觸發(fā)時間到達(dá)后將 PLC 的狀態(tài)寫入數(shù)據(jù)發(fā)給上位機，這樣就完成了一次數(shù)據(jù)交換。 圖 上位機與 PLC 通訊系統(tǒng)框圖 基于 組態(tài)軟件和 PLC 的火電廠給煤控制系統(tǒng)設(shè)計 9 3 葉輪給煤機 系統(tǒng)監(jiān)控 畫面 設(shè)計 監(jiān)控軟件的功能及基本使用方法 （ 1）紫金橋監(jiān)控軟件具有以下功能 ： 強大的圖形組態(tài)功能 ： 以 Microsoft Windows 平臺作為操作平臺 ， 充分利用了 Windows 圖形功能完備 ， 界面一致性好 ， 易學(xué)易用的特點。設(shè)計人員可高效快捷地繪制出各種工藝畫面 ,并可方便進行編輯 ， 使采用 PC 機比以往使用專用機開發(fā)的工業(yè)控制系統(tǒng)更有通用性 ，減少了工控軟件開發(fā)者的重復(fù)工作。豐富的動畫連接如“閃爍”、“旋轉(zhuǎn)”、“填充”、“移動”等 ， 使畫面生動直觀。 腳本語言 : 從使用腳本語言方面 , 組態(tài)軟件均使用腳本語言提供二次開發(fā)。腳本語言也稱命令語言、控制語言。用戶可根據(jù)自己需要編寫程序。組態(tài)軟件在腳本語言功能及提供的腳本函數(shù)數(shù)量上不斷提高。 開放式結(jié)構(gòu) ： 組態(tài)軟件能與多種通訊協(xié)議互聯(lián) ， 支持多種硬件設(shè)備。既能與低層數(shù)據(jù)采集設(shè)備通訊 ， 也能與管理層通訊。在 SCADA 應(yīng)用與通用數(shù)據(jù)庫及 用戶程序間傳送實時、歷史數(shù)據(jù)。 提供多種數(shù)據(jù)驅(qū)動程序 ： 組態(tài)軟件用于和 I/ O 設(shè)備通訊 ， 互相交換數(shù)據(jù)。 DDE 和 OPC Client 是兩個通用的標(biāo)準(zhǔn) I/ O 驅(qū)動程序 ， 用來支持 DDE 標(biāo)準(zhǔn)和 OPC 標(biāo)準(zhǔn)的 I/ O 設(shè)備通訊。 強大的數(shù)據(jù)庫 ： 組態(tài)軟件均有一個實時數(shù)據(jù)庫作為整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)組織和管理的核心。負(fù)責(zé)整個應(yīng)用系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)存儲、報警處理 ， 完成與過程的雙向數(shù)據(jù)通訊。 豐富的功能模塊 ： 組態(tài)軟件以模塊形式掛接在基本模塊上 ， 互相獨立提高了系統(tǒng)可靠性和可擴展性。利用各種功能模塊 ，完成實時監(jiān)控、 報表生 成、實時曲線、歷史曲線、提供報警等功能。 （ 2）監(jiān)控軟件的基本使用方法 從使用組態(tài)軟件制作應(yīng)用程序分析，制作應(yīng)用程序的步驟為 : 根據(jù)工藝過程繪制、設(shè)計圖形界面→建立數(shù)據(jù)庫→將圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫變量建立動畫連接→運行和調(diào)試。 在紫金橋中，每一個實際的應(yīng)用案例叫做工程，它包含了數(shù)據(jù)庫、 IO 驅(qū)動、人機界面、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等各個方面的組態(tài)和運行信息。一般典型的工