高速發(fā)展的中國經(jīng)濟(jì)對能源和環(huán)保提出了越來越高的要求，利用秸稈燃燒發(fā)電是充分利用能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一。據(jù)測算，每兩噸秸稈的發(fā)電量相當(dāng)于一噸煤，不僅如此，環(huán)境國際能源機(jī)構(gòu)的研究表明，秸稈還是一種很好的清潔可再生能源，其平均含硫量只有3.8‰，而煤的平均含硫量卻高達(dá)1%。除了具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，秸稈發(fā)電還具有可觀的社會效益，根據(jù)清潔發(fā)展機(jī)制（CDM），秸稈發(fā)電項目可以通過出售溫室氣體減排量來獲取建設(shè)資金。因此，從節(jié)能環(huán)保、充分利用農(nóng)村再生資源、建設(shè)環(huán)境友好型社會的角度出發(fā)，利用秸稈燃燒發(fā)電在我國得到了廣泛應(yīng)用，成為利國利民的“朝陽”產(chǎn)業(yè)。
本文介紹的基于LK系列PLC的控制系統(tǒng)在滿足熱電廠設(shè)備安全、高效運(yùn)行的同時，具有良好的經(jīng)濟(jì)價值，社會效益和推廣前景，目前已成功應(yīng)用于連云港協(xié)鑫熱電廠和寶應(yīng)協(xié)鑫熱電廠秸稈上料系統(tǒng)現(xiàn)場。
2 工藝流程介紹
2.1 秸稈發(fā)電工藝介紹
協(xié)鑫熱電廠采用秸稈為原料，將其打碎并包裝成捆，上料系統(tǒng)將深加工后的秸稈燃料通過散包機(jī)進(jìn)行二次打碎，并將二次打碎后的燃料分散成碎料送至皮帶機(jī)，皮帶將分散后的秸稈碎料送入蒸汽爐的加熱系統(tǒng)內(nèi)充分燃燒，使蒸汽爐循環(huán)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵馔苿悠啓C(jī)旋轉(zhuǎn)，再由動能轉(zhuǎn)化為電能。整個上料系統(tǒng)包括散包機(jī)的原料分散和皮帶機(jī)的物料輸送兩部分。
2.2 秸稈發(fā)電上料系統(tǒng)
散包機(jī)原料分散系統(tǒng)
散包機(jī)由壓料輥、導(dǎo)料輥、輸送輥、一次側(cè)散包機(jī)、二次側(cè)散包機(jī)幾部分組成。秸稈燃料進(jìn)入散包機(jī)后，先由壓料輥將其進(jìn)行二次粉碎，粉碎后的燃料通過導(dǎo)料輥進(jìn)入輸送輥。后由輸送輥送入一次側(cè)散包機(jī)進(jìn)行分散作業(yè)，分散后再次經(jīng)由輸送輥送至二次側(cè)散包機(jī)進(jìn)行二次分散作業(yè)。
皮帶機(jī)物料輸送系統(tǒng)
經(jīng)二次分散作業(yè)后的秸稈燃料由散包機(jī)進(jìn)入皮帶機(jī)內(nèi)，燃料由0#皮帶機(jī)/1#皮帶機(jī)→2#皮帶機(jī)→3#皮帶機(jī)，最后由3#皮帶機(jī)將其送入加熱爐的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒。
圖 1 上料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
3 自動化控制系統(tǒng)設(shè)計
協(xié)鑫秸稈發(fā)電廠控制系統(tǒng)分為生產(chǎn)管理級、現(xiàn)場控制級和就地控制級三層結(jié)構(gòu)，利用高速工業(yè)以太網(wǎng)（TCP/IP協(xié)議）進(jìn)行連接以實(shí)現(xiàn)信息和資源的共享，其優(yōu)先級分別為就地控制級最高，其次為現(xiàn)場控制級，最低為生產(chǎn)管理級。由LK組成的現(xiàn)場控制站位于該系統(tǒng)的的現(xiàn)場控制級，并接入電廠原有的DCS系統(tǒng)中。
圖2 自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
生產(chǎn)管理級
位于蒸汽爐、汽輪機(jī)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)控制室內(nèi)，由原有DCS監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成。各監(jiān)控計算機(jī)對主要工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)過程的工藝參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及顯示。上料輸送系統(tǒng)的PLC控制站通過串口通訊，與DCS系統(tǒng)的通訊服務(wù)器連接并由該服務(wù)器將PLC控制站數(shù)據(jù)傳入DCS的I/O服務(wù)器內(nèi)，I/O服務(wù)器上運(yùn)行的監(jiān)控軟件將該數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示并下發(fā)控制命令。
現(xiàn)場控制級
即PLC控制級，由LK大型PLC構(gòu)成，采用CPU雙機(jī)熱備的冗余結(jié)構(gòu)，使整個系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。其功能是讀取上料系統(tǒng)中散包機(jī)和各皮帶機(jī)的運(yùn)行參數(shù)并根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)下發(fā)的指令來控制系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行。采集數(shù)據(jù)主要包括 散包機(jī)各組成部分變頻器的運(yùn)行狀態(tài)、反饋電流以及故障信號；皮帶機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、反饋電流及各皮帶機(jī)的在線檢測開關(guān)信號。現(xiàn)場控制級接受生產(chǎn)管理級的調(diào)度，但并不依賴于生產(chǎn)管理級而運(yùn)行，若監(jiān)控計算機(jī)出現(xiàn)故障或并沒有投入使用亦或通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，該控制站仍能正常工作，對整個工藝過程沒有影響。
就地控制級
將設(shè)備切換到現(xiàn)場手動狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的就地手動控制。就地手動控制具有最高的優(yōu)先級，主要應(yīng)用在設(shè)備調(diào)試、維護(hù)階段。
秸稈發(fā)電廠上料控制系統(tǒng)采集原料分散系統(tǒng)中負(fù)責(zé)控制壓料輥、導(dǎo)料輥、送料輥、一次側(cè)散包輥和二次側(cè)散包輥等設(shè)備的變頻器狀態(tài)信號及數(shù)據(jù)信號并對以上設(shè)備發(fā)送控制信號；實(shí)時讀取并控制物料輸送系統(tǒng)中各皮帶機(jī)的工作狀態(tài)，包括各皮帶機(jī)組的A/B兩條皮帶的啟停控制及防撕裂、打滑、堵料、跑偏、拉繩等在線檢測開關(guān)。
4 工藝控制策略
A/B組傳動系統(tǒng)分為兩個環(huán)節(jié)，如圖1所示，系統(tǒng)1是輸送整料的，需要散包機(jī)分散，然后進(jìn)入2#皮帶機(jī)、3#皮帶機(jī)，最后進(jìn)料倉；系統(tǒng)0是輸送散料的，不需要散包機(jī)分散，經(jīng)0#皮帶機(jī)、2#皮帶機(jī)、3#皮帶機(jī)進(jìn)入料倉。具體過程如下
4.1 系統(tǒng)0控制
系統(tǒng)0啟動
3#皮帶機(jī)是系統(tǒng)的末端，直接進(jìn)料倉或鍋爐。必須先起動，否則就會發(fā)生堵料現(xiàn)象，即優(yōu)先級最高，在皮帶機(jī)3# 啟動60s正常運(yùn)行后在啟動2#皮帶機(jī)。同理順次啟動皮帶機(jī)0#。
系統(tǒng)0停止
系統(tǒng)停止控制與啟動順序正好相反，從進(jìn)料端順序停止。相應(yīng)的皮帶機(jī)要做延時停止，保證物料完全被傳送出去。
4.2 系統(tǒng)1控制
系統(tǒng)1啟動
3#皮帶機(jī)是系統(tǒng)的末端，直接進(jìn)料倉或鍋爐。必須先起動，否則就會發(fā)生堵料現(xiàn)象，即優(yōu)先級最高，在皮帶機(jī)3# 啟動60s正常運(yùn)行后在啟動2#皮帶機(jī)。同理順次啟動皮帶機(jī)0#、散包機(jī)。
系統(tǒng)1停止
系統(tǒng)停止控制與啟動順序正好相反，從進(jìn)料端順序停止。相應(yīng)的皮帶機(jī)要做延時停止，保證物料完全被傳送出去。
故障處理
系統(tǒng)中的設(shè)備都提供了故障信號，根據(jù)故障信號停止相應(yīng)的設(shè)備。一般在系統(tǒng)運(yùn)行時，當(dāng)某一個皮帶機(jī)或散包機(jī)發(fā)生故障時，其相應(yīng)的聯(lián)鎖設(shè)備也會停止，保障系統(tǒng)的安全。如圖5所示
5 系統(tǒng)功能
協(xié)鑫熱電廠上料輸送系統(tǒng)通過將PLC控制站接入原有DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對工藝流程的監(jiān)測、控制以及數(shù)據(jù)的處理、存儲、分析以及報表打印等任務(wù)。
工藝流程顯示
顯示工藝流程的同時將所有的設(shè)備狀態(tài)、工藝參數(shù)以及各控制回路的詳細(xì)參數(shù)等進(jìn)行了有針對性的實(shí)時采集與顯示。
設(shè)定值顯示
包括所有必需參數(shù)的設(shè)定值、控制方式、調(diào)節(jié)參數(shù)以及其它聯(lián)鎖值、報警值等。
報警顯示
包括實(shí)時報警、歷史報警。系統(tǒng)可在線診斷各類故障，查找故障部位并報警。包括工藝數(shù)據(jù)報警、設(shè)備故障報警、系統(tǒng)故障報警，根據(jù)不同的報警信息提供不同的報警畫面，在故障確認(rèn)后可實(shí)現(xiàn)報警解除。
報表顯示和打印
采用了DDE技術(shù)，從而使用戶能夠直接使用Excel編制報表。借助Excel的強(qiáng)大功能，用戶可以隨心所欲地編制各種各樣的報表。可以是實(shí)時數(shù)據(jù)的報表，也可以是歷史數(shù)據(jù)的報表。
歷史數(shù)據(jù)的存儲與檢索
對重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線存儲，數(shù)據(jù)的存儲時間最長為10年?？梢酝ㄟ^歷史報表或者歷史趨勢曲線的方式來檢索歷史數(shù)據(jù)。
控制
在監(jiān)控計算機(jī)上可以進(jìn)行遠(yuǎn)程手動控制，使用鼠標(biāo)、鍵盤控制PLC來啟動和停止現(xiàn)場的設(shè)備。
操作記錄
對重要設(shè)備的操作、重要參數(shù)的修改均會自動記錄，包括登錄的操作員、對設(shè)備進(jìn)行的操作、時間以及修改前的參數(shù)值、修改后的參數(shù)等，以利于管理及事故分析。
系統(tǒng)的安全管理
系統(tǒng)設(shè)置為多用戶、多區(qū)域方式，各類用戶均有自己的用戶名和密碼，對應(yīng)著不同的安全級別，決定了操作員可觀察的范圍、可使用的功能、可修改的參數(shù)等。最多可以設(shè)置為8級用戶、8級區(qū)域。
6 控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)
本方案以PLC監(jiān)控計算機(jī)為核心，通過以太網(wǎng)通訊方式，將現(xiàn)場PLC控制站與監(jiān)控計算機(jī)連接起來，構(gòu)成一個分布式控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
先進(jìn)性
本方案設(shè)計中不僅采用了先進(jìn)的軟、硬件，而且著眼于企業(yè)“管控一體化”的需求，貫徹了數(shù)字化、信息化電廠的先進(jìn)思想，使企業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步智能應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。該方案使控制系統(tǒng)有機(jī)地成為企業(yè)整個IT架構(gòu)的一部分。
本系統(tǒng)采用先進(jìn)的計算機(jī)控制系統(tǒng)，主要用于熱電廠的生產(chǎn)控制、運(yùn)行操作、監(jiān)視管理。控制系統(tǒng)配有可靠的硬件設(shè)備，和功能強(qiáng)大，運(yùn)行可靠，界面友好的系統(tǒng)軟件、編程軟件和控制軟件。
高可靠性
控制系統(tǒng)在嚴(yán)格的工業(yè)環(huán)境下長期、穩(wěn)定地運(yùn)行。系統(tǒng)組件的的設(shè)計符合真正的工業(yè)等級，滿足國內(nèi)、國際的安全標(biāo)準(zhǔn)。并且易配置、易接線、易維護(hù)、隔離性好，結(jié)構(gòu)堅固，抗腐蝕，適應(yīng)較寬的溫度變化范圍。
CPU雙機(jī)熱備，任何一個故障均不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
現(xiàn)場控制站PLC對工藝過程的控制不會因監(jiān)控計算機(jī)的癱瘓而受影響。
現(xiàn)場控制站的PLC能夠在惡劣的環(huán)境中長期可靠運(yùn)行，平均無故障間隔時間（MTBF）15年。
強(qiáng)大的功能
PLC的編程語言符合IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)，易學(xué)、易懂、易用。
高速工業(yè)以太網(wǎng)作為系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸、高度數(shù)據(jù)共享。
組態(tài)軟件圖庫豐富，網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，報警、報表、歷史數(shù)據(jù)以及二次開發(fā)功能完善且易用。
7 結(jié)束語
投運(yùn)以來，由LK大型PLC控制的協(xié)鑫熱電廠秸稈上料輸送系統(tǒng)至今運(yùn)行。實(shí)踐證明，LK大型PLC能較好地滿足秸稈上料系統(tǒng)的控制要求，對整個上料系統(tǒng)及熱電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了有力保障。該設(shè)計方案整體成本較低、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)成本低、可操作性高，在市場中具備強(qiáng)有力的競爭力，為熱電廠行業(yè)增添了一套完善的解決方案。
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