河南省某熱電站燃料準(zhǔn)備系統(tǒng)是供熱及自備電廠(chǎng)發(fā)電的一套大型燃料運(yùn)輸系統(tǒng)，由四級(jí)皮帶運(yùn)輸機(jī)組成。老系統(tǒng)采用繼電器-接觸器控制，電氣設(shè)備體積大、故障率高、維修量大、工作效率低。由于系統(tǒng)對(duì)四級(jí)皮帶運(yùn)輸機(jī)的自動(dòng)控制要求比較高，近期采用可編程控制器（PLC）對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，與接觸器相結(jié)合進(jìn)行控制，解決了傳統(tǒng)繼電器接觸器控制的諸多問(wèn)題。新系統(tǒng)具有體積小，故障少，接線(xiàn)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行安全可靠等特點(diǎn)。

1 系統(tǒng)功能

1.1 系統(tǒng)組成

熱電站裝機(jī)容量13000KVA,全部采用煤發(fā)電，安裝了四臺(tái)大型鍋爐，最小的75噸，最大的165噸，燃煤量大，運(yùn)輸皮帶長(zhǎng)，級(jí)數(shù)多，運(yùn)輸控制保護(hù)閉鎖多。

熱電站燃料準(zhǔn)備系統(tǒng)主要有橋式抓斗起重機(jī)、給煤機(jī)、皮帶輸送機(jī)、皮帶鼓風(fēng)機(jī)、除鐵器、刮板輸送機(jī)、棒條篩、環(huán)錘式破碎機(jī)、煤位傳感器、鍋爐位置開(kāi)關(guān)等組成。圖1為四級(jí)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)框圖。

圖1 四級(jí)皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)框圖
1.2 控制要求

熱電站燃料準(zhǔn)備系統(tǒng)，是一個(gè)大型的皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)，工作任務(wù)重，帶鍋爐多，用煤量大，上燃料的保障性、可靠性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性，直接關(guān)系和影響著全廠(chǎng)的供電質(zhì)量和生產(chǎn)效益，所以必須保障這套系統(tǒng)在運(yùn)作過(guò)程中的可靠性。

要求皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)從最后一條皮帶按四、三、二、一逆序啟動(dòng)，加可靠的互鎖環(huán)節(jié)。前三條皮帶都是氣墊式皮帶運(yùn)輸機(jī)，在皮帶啟動(dòng)前要求首先啟動(dòng)它們各自的鼓風(fēng)機(jī)，把皮帶吹起，以減小皮帶運(yùn)行時(shí)的摩擦，如果鼓風(fēng)機(jī)沒(méi)有開(kāi)動(dòng)，不允許皮帶開(kāi)動(dòng)，皮帶和鼓風(fēng)機(jī)之間要加互鎖。四號(hào)配倉(cāng)皮帶給鍋爐下料，用電動(dòng)推桿犁式卸料器進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)下料控制。

用煤流傳感器、行程開(kāi)關(guān)控制皮帶運(yùn)行時(shí)間。為了提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行集中自動(dòng)控制，在故障或特殊情況時(shí)可以現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制。

在每級(jí)皮帶上都裝有除鐵器，由于煤中混有雜物，如鐵器、易燃易爆的金屬物質(zhì)，特別是雷管，雷管若隨煤混進(jìn)鍋爐，將會(huì)引起爆炸等危險(xiǎn)事故的發(fā)生。雷管外面是鐵皮裹著，除鐵器可以對(duì)其起作用，阻止雷管等進(jìn)入鍋爐，引起事故，造成不必要的損失。所以除鐵器不開(kāi)動(dòng)，皮帶不允許開(kāi)動(dòng)。

皮帶運(yùn)輸機(jī)沒(méi)有開(kāi)動(dòng)，不允許開(kāi)振動(dòng)給煤機(jī)，若給煤機(jī)先開(kāi)，會(huì)壓死皮帶，使其無(wú)法正常啟動(dòng)。同樣，振動(dòng)給煤機(jī)沒(méi)有開(kāi)動(dòng)，不能啟動(dòng)抓斗起重機(jī)往給煤機(jī)中送煤，否則會(huì)壓死給煤機(jī)，使其無(wú)法啟動(dòng)。

兩臺(tái)振動(dòng)給煤機(jī)，一臺(tái)正常使用一臺(tái)備用，相互獨(dú)立不可同時(shí)開(kāi)，要求加互鎖。

所有的皮帶運(yùn)輸機(jī)設(shè)備都運(yùn)作起來(lái)后，系統(tǒng)正常工作，使用自動(dòng)下料，電動(dòng)推桿犁式卸料器動(dòng)作抬起放下，要靠鍋爐的位置開(kāi)關(guān)控制，自動(dòng)抬起放下。出現(xiàn)故障，使用手動(dòng)下料，加一個(gè)手動(dòng)電葫蘆使電動(dòng)推桿犁式卸料器動(dòng)作抬起放下。

系統(tǒng)要求皮帶按一、二、三、四順序停車(chē)，在皮帶上裝有煤流傳感器，要求煤流傳感器精度要高，當(dāng)煤流走完后，通過(guò)煤流傳感器把皮帶停下來(lái)。先停給煤機(jī)，再停一號(hào)皮帶，按煤流走完的順序停皮帶，上一級(jí)皮帶煤流未走完，下一級(jí)皮帶不允許停下，不能誤動(dòng)作，加必要的互鎖保護(hù)。

在考慮集中控制的同時(shí)，也要考慮現(xiàn)場(chǎng)控制，以免現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生故障，不能停車(chē)，要設(shè)現(xiàn)場(chǎng)故障停車(chē)開(kāi)關(guān)。設(shè)有故障檢測(cè)及報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，若系統(tǒng)某一部分發(fā)生故障，要有報(bào)警信號(hào)，傳入控制室，運(yùn)行設(shè)備在集控室設(shè)指示燈，正常運(yùn)行工作，指示燈亮;故障時(shí)指示燈閃爍，電鈴響；停止?fàn)顟B(tài)指示燈滅。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 氣墊帶式輸送機(jī)

采用氣墊帶式輸送機(jī)，既將通用帶式輸送機(jī)的支承托輥去掉，改用設(shè)有氣室的盤(pán)槽。

由于氣墊帶式輸送機(jī)沒(méi)有滾筒和承載托輥及其阻力，由盤(pán)槽上的氣孔噴出的氣流在盤(pán)槽和輸送帶之間形成非接觸支承氣膜，在通過(guò)盤(pán)槽時(shí)不出現(xiàn)撓曲和摩擦，從而顯著地減小了摩擦損耗，氣墊輸送帶的磨損和撕裂現(xiàn)象比槽形托輥輸送帶少得多，有效地克服了通用帶式輸送機(jī)的接觸支承缺點(diǎn)，因此摩擦力小。功率消耗比普通帶式輸送機(jī)低，也不需要更換和修理托輥費(fèi)用。不發(fā)生盤(pán)槽與輸送機(jī)接觸而損壞膠帶的現(xiàn)象，鼓風(fēng)機(jī)的維修費(fèi)僅為槽形托輥修費(fèi)的一小部分，控制設(shè)備也較為簡(jiǎn)單。

2.2 PLC選型

用PLC進(jìn)行控制，外圍設(shè)備少，占地空間小，是實(shí)現(xiàn)集控的良好設(shè)備，三菱可編程控制器（PLC）功能強(qiáng)，控制精度高，運(yùn)行速率快，控制功能性好，可以較好地實(shí)現(xiàn)集中控制和就地分散控制。

現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)有起動(dòng)、停止、煤流傳感、南北線(xiàn)選擇、鍋爐位置、自動(dòng)卸料、卸料器抬起和放下位置、給煤機(jī)選擇等20個(gè);輸出信號(hào)有振動(dòng)給煤機(jī)、皮帶鼓風(fēng)機(jī)、皮帶除鐵器、皮帶運(yùn)輸機(jī)、棒條篩、破碎機(jī)、刮板輸送機(jī)、卸煤器抬起和放下、故障報(bào)警、起動(dòng)/停車(chē)預(yù)告等42個(gè)，為了減少成本并留有充分的余量，選基本單元FX2N-48MR和擴(kuò)展單元FX2N-48ER。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

PLC常用的編程語(yǔ)言有梯形圖語(yǔ)言（LD）、順序功能圖語(yǔ)言（SFC）和功能塊語(yǔ)言（FBD），四級(jí)皮帶輸送機(jī)控制系統(tǒng)屬于典型的順序控制，所以主要采用順序功能圖（SFC）編程。圖2為系統(tǒng)程序流程圖。

圖2 程序流程圖
順序功能圖主要采用步進(jìn)梯形指令編程方式，為了編程方便，程序中采用了許多中間繼電器進(jìn)行程序的記憶、轉(zhuǎn)換，同時(shí)程序中還使用許多內(nèi)部定時(shí)器完成延時(shí)功能。

3.1 起動(dòng)程序

首先，在準(zhǔn)備工作時(shí)，把就地集中轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)閉合，北線(xiàn)開(kāi)關(guān)閉合，給煤機(jī)選擇開(kāi)關(guān)閉合，要自動(dòng)卸料，把自動(dòng)卸料開(kāi)關(guān)閉合，做好啟動(dòng)前準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作完備后，按下開(kāi)車(chē)按鈕，皮帶運(yùn)輸機(jī)按編寫(xiě)好的程序在PLC的控制下一步步的啟動(dòng)。圖3為起動(dòng)程序流程圖。


圖3 起動(dòng)程序流程圖
3.2 工作程序

當(dāng)所有的設(shè)備啟動(dòng)后，皮帶運(yùn)輸機(jī)就開(kāi)始正常的運(yùn)煤工作，自動(dòng)卸料的電動(dòng)推桿式卸料器在鍋爐位置開(kāi)關(guān)的控制下自動(dòng)工作。

3.3 停止程序

工作完畢之后，鍋爐注滿(mǎn)了，按下停止按鈕，然后皮帶運(yùn)輸機(jī)按程序逐步停止。最后所有設(shè)備全部停下，等待下一次的工作開(kāi)始。

3.4 故障程序

在該四級(jí)皮帶運(yùn)輸機(jī)的故障回路中用了下降沿微分輸出指令，在設(shè)備正常工作時(shí)它遇到上升沿不起作用，當(dāng)故障時(shí)設(shè)備停止運(yùn)行，它就接通故障繼電器線(xiàn)圈，使故障輸出，故障報(bào)警，設(shè)備停止運(yùn)行。在正常的停車(chē)情況下，它被停車(chē)預(yù)告輸出斷開(kāi)無(wú)效，使其不誤報(bào)故障。