發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)無線通信技術(shù)應(yīng)用
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)無線通信技術(shù)應(yīng)用范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
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，所以控制信號電纜被拉斷等的情況經(jīng)常發(fā)生，這將會對機(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
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)，可以對現(xiàn)場的何種數(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，集中控制室的計算機(jī)可以對這些數(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)置了一個控制主站和多個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）、1號遠(yuǎn)程站以及煤倉遠(yuǎn)程站（3號），這些分站主要采用的是ET200分布式的I/O。在這個系統(tǒng)中，現(xiàn)場設(shè)備主要包括皮帶保護(hù)信號、卸料小車以及皮帶傳動設(shè)備等，當(dāng)現(xiàn)場設(shè)備的信號進(jìn)入到附近I/O遠(yuǎn)程控制分站時，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遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對該系統(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?？梢詫⑦@些模塊統(tǒng)稱為信號模塊，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RAN的存儲容量加以重點(diǎn)考慮即可。表3是該系統(tǒng)內(nèi)存使用情況的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在該P(yáng)LC系統(tǒng)中，CPU的RAM儲存是1—400—KB，—同時，系統(tǒng)也可以插入8—MB的微儲存卡來進(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)計過程中，根據(jù)其控制對象，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，以此來對各個設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(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，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)對主機(jī)和現(xiàn)場總線的通信控制。在該網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離最遠(yuǎn)可以達(dá)到1—000—m，是專門針對工業(yè)控制現(xiàn)場層所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。通過這個網(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
2.1控制程序組態(tài)設(shè)計
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)場的設(shè)備，在本次系統(tǒng)的設(shè)計之中，對現(xiàn)場的所有設(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，同時可以根據(jù)高料位開關(guān)以及煤倉料位置所提供的反饋來進(jìn)行犁煤器和煤倉等的合理設(shè)置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)配煤自動化控制。通過這樣的方式，就可以讓系統(tǒng)中的各個控制站實(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、報警、報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
在本次所研究的輸煤控制室中，采用了兩臺上位機(jī)對輸煤系統(tǒng)進(jìn)行集中的監(jiān)測與控制，其中的一臺上位機(jī)設(shè)置在了操作員站，另一臺設(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選擇按鈕。通過上位機(jī)，不僅可以將電機(jī)以及各個系統(tǒng)運(yùn)行的情況顯示出來，也可以將其實(shí)時的運(yùn)行參數(shù)以及報警等信息顯示出來，還可以對不同的運(yùn)行方式進(jìn)行選擇與切換，并實(shí)現(xiàn)手動或者是自動化的操作。在該系統(tǒng)的人機(jī)交互界面設(shè)計中，人機(jī)交互可以通過ifix5.8來實(shí)現(xiàn)。在具體設(shè)計過程中，首先實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立，并將系統(tǒng)中的開關(guān)量以及模擬量等的數(shù)據(jù)存儲到系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫中，借助于編程來實(shí)現(xiàn)各種歷史報警的查詢，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)動態(tài)鏈接的建立，進(jìn)而使系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)和靜態(tài)工藝畫面之間實(shí)現(xiàn)動態(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)庫的查詢。
3系統(tǒng)應(yīng)用過程中的實(shí)時性與可靠性解決方法分析
3.1實(shí)時性
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)時通信，將現(xiàn)場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)計為380—ms。在斗輪機(jī)中，如果PLC系統(tǒng)的開關(guān)量信號出現(xiàn)變化，斗輪機(jī)之中的PLC將會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)了對繼電器輸出動作的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(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，一次通信總時間為170—ms，各個流程之中的具體時間參數(shù)如表4所示。因?yàn)橛嬎阊訒r需要10—ms的時間，發(fā)送方的超時等待需要200—ms的時間，所以總的通信時間是380—ms?！诒敬嗡芯康倪@個系統(tǒng)中，因?yàn)槎份啓C(jī)以及輸煤皮帶的信號連鎖對于時間并沒有太過苛刻的要求，所以本次系統(tǒng)設(shè)計的通信時間可以與系統(tǒng)控制信號的實(shí)時性傳輸需求相符。
3.2可靠性
在系統(tǒng)中分別進(jìn)行了斷電報錯以及上電告知程序的設(shè)計，通過這兩個程序，可以對各個斗輪機(jī)數(shù)據(jù)傳輸電臺從站以及輸煤主站數(shù)據(jù)傳輸電臺主站的通信狀態(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)。在這一時間段之內(nèi)，系統(tǒng)中的斷電報錯程序就會一直處于執(zhí)行狀態(tài)。由于斷電發(fā)生，將會讓PLC中的某一個輸入點(diǎn)復(fù)位，進(jìn)而讓本站的PLC判斷系統(tǒng)隨之?dāng)嚯?，然后將這個斷電信號發(fā)送到對方站。在接收到斷電站發(fā)來的斷電信號之后，對方站會給斷電站發(fā)送一個響應(yīng)的信號，并進(jìn)入到故障狀態(tài)中。在斷電站接收到對方站發(fā)來的響應(yīng)信號之前，斷電站將會持續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)信號的發(fā)送，直到結(jié)束超時為止。如果斷電站并沒有收到對方站的響應(yīng)信號，系統(tǒng)會自動進(jìn)行斷電信號的重新發(fā)送，若一直收不到對方站發(fā)來的響應(yīng)信號，就說明這個系統(tǒng)已經(jīng)不能正常運(yùn)行。如果數(shù)據(jù)傳輸電臺斷電或者是對方的數(shù)據(jù)處理控制單元未開啟，系統(tǒng)將自動發(fā)出報警，以提示操作人員對這些問題加以及時解決。如果沒有數(shù)據(jù)傳輸，輸煤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸電臺主站會定時給斗輪機(jī)電臺發(fā)送一個檢測信號，使其對系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測。
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)場信號傳輸?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)計與軟件設(shè)計，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該技術(shù)在火電廠之中的應(yīng)用提供相應(yīng)的參考價值。
參考文獻(xiàn)：
[1]武艷.基于無線傳感器的輸煤順序控制系統(tǒng)設(shè)計[J].煤炭技術(shù)，2018，（8）：267-269.
[2]曹斌.淺談無線控制在斗輪機(jī)聯(lián)鎖中的應(yīng)用[J].通訊世界，2019，（12）：272-273.
[3]王坤.斗輪堆取料機(jī)無線通訊控制系統(tǒng)改造[J].消費(fèi)導(dǎo)刊，2018，（40）：219.
作者：袁清 單位：陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司