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一、概述
电力是现代人类文明社会的必需品，而火力发电是电力生产的主要组成部分，火力发电是指使用化石燃料（即煤炭、石油、天然气），通过燃烧释放出热能加热工质，再通过热力原动机驱动发电机的发电方式。火电装机容量占全国发电装机总容量的75%。燃煤电厂产生的大量灰、渣, 除少量灰分排入大气外, 余者都以灰、渣形式由除灰系统送至灰场。除灰系统分机械除灰（适于小电厂的链条炉）,气力除灰和水力除灰三种工艺。除灰系统包括除尘器下的灰斗、输送风机、液态化风机、灰库及灰库附属设备、输送设备、管道、泵、阀门等。现代自动化控制技术以PLC（可编程控器）为核心，能够按照预定的程序，定时、自动地对除灰系统仓泵等设备进行操作，并具有对除灰过程中可能发生的异常情况进行智能处理。
本系统采用气力除灰工艺，气力除灰系统是将省煤器及电除尘下集灰斗所收集到的飞灰，通过气力输送排放到灰库，然后用车装运。控制系统实时监控灰斗料位、气源压力、仓泵料位、仓泵压力、灰库料位、灰管压力等参数，实现进料、流化、输灰、吹堵等除灰过程的全自动控制。该程控系统采用可编程序控制器为主控设备,完成对除灰工艺全过程的程序控制，模拟显示监控站采用工业总线工控机,管理集控式模拟盘显示、键盘操作，上位机采用组态王监控软件,承担管理、编程、网络数据采集、定值修改等任务,并设计相应的除灰监控系统软件。该电厂四台燃煤锅炉的除灰系统共用一台PC机进行统一控制,以简化管理,降低成本。除灰程序控制系统具有完善的联锁保护、故障诊断、多种运行方式和人机对话功能,安全、实用、可靠。系统中PLC与监控计算机之间采用以太网通讯方式,提高了通讯速度，并保证数据的可靠性。监控画面模拟显示仓泵状态、压力、料位,灰库料位以及灰管压力等各种工况参数,并具备操作步骤,报警等信号,IO监控点有200点左右，均有PLC从各个设备采集，充分发挥了组态软件及可编程序控制器的软件功能。可编程序控制器的应用,保证了系统的可靠性,提高了机组运行的安全性能,而监控软件的采用更提高了系统的自动化程度,同时减少了操作人员的工作量,直观地画面使操作简单、可靠、方便,避免了误操作。
二、系统工艺及设计方案
1、系统工艺
火力发电厂输灰流程：电除尘器灰斗→锁气器→斜槽→饲料机→仓泵→灰库→灰场，而从除尘器灰斗至灰库部分具体输灰程序为：首先在仓泵泵体内无压力的情况下，打开进料阀和放气阀（有仓泵导电除尘器灰斗，以保证仓泵内空气的排放）、启动锁气器，把电除灰尘灰斗内的灰料经锁气器→斜槽→饲料机→进料阀送入仓泵内，当泵内的灰料到达一定的程度时，停止锁气器运转，关闭进料、放气器两阀，打开出料阀，再开进风阀，利用压缩空气将泵内的灰料通过输灰管道至灰塔。然后再进行料放气，周而复始，完成将电除尘器分离出的灰送至灰库塔的任务。该系统在整个生产过程中具有重要的作用，正常运行时能确保锅炉燃煤烧后产生的灰粉及时的输送出去。
仓泵除灰控制系统的工作原理：
图1 仓泵输送系统示意图
仓泵输送系统在整个除灰控制系统中具有十分重要的意义，主要是通过压缩空气将干灰沿除灰管道输送至灰库或中转仓，其过程主要通过对各个阀门的控制来实现，示意图如图1所示。进料阀由锥阀，连杆和活塞开关等部分组成，当活塞缺的活塞被气压推至上部时，连杆带动摇臂杆使锥阀落下，进料阀开启；反之，当活塞开关的活塞处于下部时，靠活塞开关内的弹簧的压力把锥阀推至上方，并与橡胶圈压紧，此时进料阀处于关闭状态。
三、系统配置及功能实现
1、系统配置
硬件：监控中心配置2台工控机，安装组态王软件并配有除灰监控系统用于工作人员进行监控操作，并配置双机热备模式；同时安装欧姆龙PLC，对现场设备进行数据采集和监控，并通过以太网交换机连接到2台上位机，进行数据通讯。
软件：由组态王设计的除灰系统监控软件对采集数据和工艺流程进行管理、控制；PLC 编程软件将控制程序下装到PLC，并对PLC进行网络组态。硬件配置具有扩展性，用于增加设备或与其他系统进行通讯。
2、系统功能实现
根据系统工艺需求，该系统设计了丰富的画面显示，形象动态的显示除灰仓泵、输灰管阀布置图，并采用不同颜色的显示来反映各设备的运行状态。该系统具有模拟、远操、自动、手动等控制功能，可以实现对设备的多种控制方式。上位机监控系统通过棒图、趋势图等显示时间、电流、压力等数据形成有效的数据分析图。该系统具有完善的报警处理，系统出现报警时，自动弹出报警画面、显示报警内容，并对报警进行记录，以便查询、打印。为了提高系统安全，故障出现时，可根据故障类型，自动采取相应保护措施，对过流、过载、介质异常等具有保护功能。该系统软硬件配置均具有可扩展性，可以方便的扩展到全厂辅控系统中，实现全厂集中控制。
* 画面显示功能：包括仓泵系统监控画面、灰库监控画面等，如图3、图4 所示，对现场设备进行监控。
图3 1#炉仓泵监控画面
仓泵系统中对其压力、时间、料位等参数进行监控，并可以手动设置工艺参数，对设备进行相应控制，系统共对4个机组的仓泵进行监控，画面中还包括限值报警状态等信息。
图4 灰库监控画面
灰库监控系统中对2个灰库进行监控，灰库系统中的监控设备有管道切换阀、灰库料位计、加热器、搅拌机、散装机以及气化风机。画面中每个管道中有切换阀，其状态清晰的反映了现场阀位信号，并可以由工作人员进行操作。灰库中安装了先进技术的射频导纳料位传感器，可以准确地将灰位信号传给PLC进而显示在组态画面中，可以使工作人员清楚地分析灰位情况。
数据管理功能：该系统对数据进行采集反映在模拟画面中，通过报表工具生成实时报表，并通过组态王历史记录功能进行存储，用于生成历史趋势、历史报表，为工艺数据分析提供了可靠的依据。历史数据画面如图5所示，实时报表画
