浅谈PLC技术及其在火电厂翻车机控制系统中的应用

钟成魁

（福建龙净环保股份有限公司）

0 引言

伴随国家能源政策的持续推进，火力发电在当前依然是供电系统的重要来源，火电厂的安全稳定运行，对保障电网安全、保障系统供电稳定性具有重要作用［1-3］。在火力发电的能源供应源头主要是煤炭，因此发电过程需要大量的煤炭供应，并将煤炭送入专门的燃烧器中进行火力发电。传统的方式是人工加煤，不仅效率低下，而且操作难度大、流程繁琐、存在安全隐患。目前，不少现代化的火电厂都采用了燃煤翻车机，并通过PLC方式来实现自动化和智能化控制，不仅极大的节省了人力物力，还有利于煤炭的充分燃烧，提高燃煤效率。本文将分析PLC技术及其在火电厂翻车机控制系统中的应用［4］。

1 PLC技术及其概述

1.1 PLC技术及其结构

PLC（Programmable Logic Controller）技术意为可编辑的逻辑控制器，是通过逻辑编程来实现自动化和智能化控制。在系统构成上，常规PLC系统主要包括CPU模块、I／O模块、编程器以及电源模块。各模块功能总体如下：

其中，CPU是中央处理器，为整个系统的核心处理部分，对整个程序进行接收、存储、运算，还可以进行自诊断；I／O模块是指input（输入）和output（输出）接口，主要用来接收和输出系统各类信号开关量和模拟量，作为电力系统的重要节点，火电厂在日常发电过程中涉及大量采集开关、刀闸开关以及电压、电流等模拟量，并将这些采集的信号进行判断，输出对相应的受控原件的控制指令，来控制各类电磁阀和调节阀；编程器主要是作为整个PLC的外围控制环节，来对用户程序进行编译、运行、调试，最终投入运行，实现控制；电源模块主要用来为PLC系统提供稳定的电源供电，主要过程是将供电电源通过电源模块转化，成为系统内部各个部分（CPU、存储器、编程器、I／O接口等）工作时所需要的直流电源。此外，电源模块要考虑后备应急作用，一旦主电源出现临时掉电，后备电源可以立即投入使用，以保障系统运行正常。

1.2 PLC（可编辑的逻辑控制器）工作原理简介

如图1所示，PLC系统的日常工作主要包括：输入采样、程序执行、输出刷新这三个环节合称为整体扫描周期。其中，输入采样主要是采集输入信号，进入输入映像寄存器，读入相关的信号状态，进行输入信号的采集和刷新；完成采集后，再扫描并执行用户程序并进行内部存储器刷新，执行用户程序；用户程序执行后，就进入输出映象寄存器，进行输出刷新，来驱动对应的输出设备，达到程序的逻辑执行结果。上述三个阶段就合成为一个完整的扫描周期。

图1 PLC系统工作原理

PLC技术目前在工业电气自动化中获得了较多的普及和应用。一方面，PLC技术由于其输入输出回路全部进行了光电隔离和模块屏蔽，很多采用了多CPU的冗余设计，因此具有较高的可靠性；另一方面，PLC系统可以安装到电气设备，并运行元器件自诊断，因此安装调试工作量小，维修方便，故障排除简单；此外，编程模式以梯形图为主，代码层次不复杂，相关接口多，能够满足工业电气自动化的多样化需求，获得了普遍的推广应用。

2 PLC技术在火电厂翻车机控制系统中的应用

翻车机是现代火电厂常见的自动化设备之一，主要用来装煤、配煤、卸煤，其工作原理主要是将车翻转后将物料装卸，并由专业设备运送到火电厂所需之处。翻车机的使用，能够极大缓解传统人工情况时存在的劳动强度大、效率低下的问题。翻车机自动控制的过程主要包括：装煤自动化、启停自动化、配煤自动化。

2.1 装煤自动化

装煤自动化是指设备控制人员通过工业主机来选择装煤方式，运行启动程序，装煤过程中进行蜂鸣提示，装煤完成后蜂鸣提示声音消失。完整的装煤自动化过程下，设备会根据预设轨道进行装煤直至完成，一旦出现装煤完成后仍然有蜂鸣声，则可能设备存在故障，应该立即停止检修。

2.2 启停自动化

翻车机的启停自动化是指自动化控制设备的启动和停止，可以自动设置和控制设备的启动时间、启动顺序，本文将实现启停优化，设备启动时沿着逆煤流方向来延时启动，并可以结合皮带机情况来确定启动时间，一旦出现设备故障则可以实现前级停机，将故障影响降低到最小，按照先停前级再停下级的方式来进行，这种方式能够较好的降低紧急停机（所有设备一起一次性停机）给设备带来的损伤；同时，可以连锁启动皮带机和除尘器，实现启动和停止、延时的连锁控制；同时，还可以实现振动器与堵煤信号装置的联锁启动。

2.3 配煤自动化

配煤是翻车机的另一项自动控制内容，还要注重低煤优先配、定时顺序配、越仓配、余煤配等情况。翻车机运行后，应优先对低位煤仓进行配煤，直至低位告警消失，进入下一阶段进行定时顺序配，按照煤仓的顺序来进行顺序填满，直至高位告警消失；最后执行越仓配煤和余煤配，最终将所有余煤均匀分配到煤仓，实现延时停机。

3 PLC技术在火电厂输煤翻车机控制系统改造中的应用

结合上述火电厂输煤翻车机自动控制功能的简介分析，下文将详细分析PLC技术对输煤翻车机电控系统改造实现更优控制的应用。重点介绍上位机的监控系统（电脑及显示装置、视频装置），以及主程序的控制系统。

3.1 翻车机主程序的设计

针对当前翻车机系统在实际运行中存在的与大型运输设备对位、对轨时，控制逻辑未覆盖车厢运行全过程，存在脱轨事故隐患的情况，拟进一步提高翻车机自动化控制水平，将目前的部分就地控制进行优化，实现翻车机自动化控制。

在具体对象和功能方面，主程序设计时，自动控制主要是实现对翻车机、牵车台、重牛、轻牛及相关平台的控制，实现对相关设备的运行控制、动作控制（脱钩、对位、对轨）等，并能实现故障自诊断以及对位置、装载情况等的全程监视。在此情况下，运行人员只需要按下启动按钮，就可实现全自动控制，让设备根据预设的轨道进行；结束时按下归位按钮，设备又能自动归位继续装煤。

3.2 翻车机主程序的实现

根据上文的功能分析，开始进行程序的实现设计。如图2所示为翻车机主程序系统的PLC控制硬件图。

图2 翻车机主程序系统的PLC控制硬件图

如图2所示，翻车机的就地控制系统，主要通过第一组PLC控制实现，包括主、备两组PLC，通过RS232串口通讯方式来实现；翻车机本体控制，主要通过继电器组与第二组PLC相连，通过RS232串口通讯方式来实现，并可以与第一组PLC进行无线通讯。

硬件组成上，主要包括PLC的控制柜、操作台、模拟屏、电源、传感器，并配有闭路电视来进行现场监控，实时掌握翻车机的情况。模拟屏则主要用来控制运行速度、方式等相关运行参数。在整个功能上，PLC主要负责按钮信号采集、开关量和模拟量信号输入、高速计数量输入，经过可编程控制后，输出控制信号来驱动系统内相应的接触器、继电器、变频器，控制相应电机的运行，点亮相应的指示灯。详情如图3所示。

图3 翻车机控制系统的总体运行逻辑

（1）翻车机设备启动：启动后自动运行自检，自检通过后正式启动。翻车机采用变频电机驱动，能够较好的控制翻车机的启停和制动，并准确归位。而变频器的工作均受端子排上PLC发出的输入信号控制。自检通过后，设备警示音消失，开始正常运行。

（2）翻车机设备运行：重牛出槽并与相应车厢相挂钩，并自动回到摘钩平台，然后在摘钩平台就位后，重牛信号复归，重新回到初始位置；重车车厢则主要是和相关车厢进行挂钩，挂钩到位后，摘钩平台就位，相应的重车车厢进入翻车机，并发出相关提示音；牵车台就位，空车厢发出提示音，同时，牵车台迅速准确归位并接近重车线，进行慢速对轨。对轨完成后，发出相应提示音；轻牛出槽并逐步推动空车厢，当推动到空车线后，轻牛完成工作并回槽，发出相应的提示音。整个过程完成，开始进入下一循环。

（3）运行故障检测：设备正常运行后，实时通讯和传输设备的运行情况，判断运行状态和设备情况，实行故障检测，一旦出现故障及时报警，并可判断出故障发生地点，提示运维尽快进行故障诊断和消除。对于故障量较大，故障程度严重的特殊故障，可以启动紧急故障程序并自动控制紧急按钮，将系统内设备切断运行，所有设备停运。此外，针对设备自控制失灵的情况，PLC程序还配备手动控制方式，能够及时通过手动控制的方式，来启动相应操作，确保系统安全稳定运行。

（4）上位机通讯：本文的论述重点主要在于PLC对设备运行的自动控制，实际运行中，除了设备通讯外，还需要对其运行状态进行监测，这就涉及与上位机之间的交互和通讯，通过专门的通讯协议来将设备的运行状况实时传送给上位机，这也涉及到相应的通讯程序编写和运行，在此不再详细展开。

4 结束语

火电厂是电力系统的重要能源节点，承载着重要功能。传统的煤炭运用方式主要通过翻车机来进行运输和加煤，手动控制方式存在劳动强度大、效率低下、存在安全隐患等缺点。本文结合PLC技术的介绍，详细分析了PLC技术在火电厂翻车机控制系统中的应用，从硬件构成和软件控制方面，实现了对翻车机的自动控制，能够为现代火电厂的运行提供借鉴。