0 引言
热电厂皮带输煤系统是电厂十分重要的支撑系统，是保证机组稳发满发的重要条件。青岛胶南易通热电厂输煤系统包括振动给料机、皮带机、回转筛、破碎机、电动三通等设备，构成电厂输煤系统的设备比较多，位置分散，依靠现场工作人员手动控制设备的启停，不仅需要大量的工作量，而且对短路、过载、跑偏、堵塞等事故发生的应变能力弱，易造成煤堆积等事故。同时，电厂输煤系统设备的启停顺序具有严格的要求，需加强各设备间的连锁关系。本文以西门子PLC为控制核心，MCGS组态为上位机软件，根据输煤系统的实际要求，实现了电厂输煤系统的就地控制、远程手动控制和远程监控，并对设备电流、皮带跑偏开关等参数进行实时监测，设计了过载、短路、皮带跑偏等故障处理程序，确保了输煤系统的安全性和可靠性。
1 电厂输煤系统分析
胶南易通热电厂输煤系统如图1所示，输煤系统由两条输煤线路组成，每条输煤线路包括振动给料机、皮带机、回转筛、碎煤机、除铁器、电动三通等设备。煤流进入电动三通后煤流方向发生了改变，根据煤流的方向，电厂输煤系统有四条输煤线路。
为增加设备的使用寿命，防止在启动停止过程中过载对设备造成的损害，要求在设备启动和停止时，设备必须处于空载状态。供煤时，各设备启动停止必须遵循特定的顺序，即对设备进行连锁控制。系统启动时按照逆煤流的方向启动，即先开启系统下游的设备，再开启系统上游的设备。系统停止时，按照顺煤流的方向停止，先停止上游的设备，再停止下游的设备。系统运行过程中，当某个设备出现故障时，必须立即停止该设备。同时为防止在故障设备处出现堆煤的情况，故障设备上游的设备必须立即停止，其下游的设备延时停止或正常运行，待故障消失后，从故障点处延时启动设备。为保证煤流不残留在设备上，设备连锁停止过程中都要设置相应的延时时间。
图1 电厂输煤系统图
2 控制系统构成
控制系统构成如图所示，主要包括计算机、PLC控制主站，电气控制箱、电流变送器、皮带跑偏限位开关。
图2 系统构成
控制系统采用工业控制计算机、可编程控制器和就地控制箱的三级控制结构方式。
工业控制计算机作为输煤控制系统的监控中心，与可编程控制器以上位机和下位机的关系进行通信，实现对现场设备运行状态和皮带跑偏状态的实时监测，并且直观的表述输煤系统的运行状态。
本文中，可编程控制器选用西门子PLC S7-226，外围配备数字量扩展模块EM222、模拟量采集模块EM231和以太网模块CP243。系统利用PLC对整个输煤系统进行数据采集和控制，并通过工业控制计算机的人机接口对系统设备发出控制命令。上位机运用MCGS组态软件，与下位机配合，完成系统的自动控制和远方手动控制功能，并对系统的运行状态进行监视，实现工作区的无人操作。
就地控制箱放在设备附近，完成设备的手自动选择和手动开停控制，并作为PLC的执行机构，实现对设备的手自动控制。
皮带跑偏开关、电动三通到位开关、电流互感器等用于实现对现场设备的数据采集，供PLC进行数据处理和分析，并交由上位机进行数据显示等操作。
3 系统功能
（1) 自动控制：煤流进入三通后，可进行变向，选择向A皮带机或B皮带机，依据煤流的方向，设置四种工作方式，对设备进行连锁控制，操作人员通过上位机组态运行界面选择工作方式后，选择系统自动启动，设备按预定顺序自动启动：
①启动时按逆煤流方向，从最后一条皮带（及相关设备）开始依次启动，设置合理的延时时间，直到所有的设备都启动以后，才开始供煤，每条皮带启动前响铃30s。
②停运时按顺煤流方向，先停供电设备，然后从第一台至最后一台依次停止，每台设备见按预定的延时时间发停机命令，即要求设置合适的延时时间，待设备的余煤清除后再停止其运行。
③故障时，故障点及上游的设备瞬时停机，故障点下游设备保持原工作状态不变。待故障解除后，可从故障点向上游重新启动设备，也可以在故障未解除时，从故障点向下游开始延时停设备，连锁能阻止任何设备超出顺序的启动。
（2）远方遥控：通过PLC和工控机对全部输煤设备实现一一对应的操作。
（3）就地控制：不经过PLC，在现场实现设备的手动控制。
（4）当设备运行过程中存在危及人身安全及损坏设备的可能，而操作人员来不及判断怎样处理的情况下，可以通过急停按钮来停止所有现场设备的运行。
（5）监视功能：监视系统的运行情况，包括设备的电流大小，设备工作模式，皮带运行情况等，并对故障信息进行报警、报表存储等处理，供工作人员进行处理。
（6）保护功能：设置设备短路、过载、跑偏、堵塞等保护动作、连锁跳停相关设备。
4 可视化软件设计
本文选用MCGS组态软件作为系统的上位机软件。MCGS是由北京昆仑通态自动化软件科技有限公司推出的用于快速构建计算机监控系统的软件系统。由于其在系统构造方面的灵活性和运行的稳定性，并且系统内部设定了通用设备、PLC设备、数据采集板卡、网络设备、用户定制设备等大量与底层设备连接的驱动程序，同时，MCGS组态软件在软件接口方面提供了OPC、ODBC、OLE、DDE、ActiveX等与其他应用程序交互的多种交换方式，使得MCGS组态软件具有很强的通用性，在自动化领域得到了广泛的应用。
MCGS是作为系统的人机界面主要完成，系统设备的状态显示，故障报警、下达控制命令等工作，是系统的监控中心。
（1）主控画面
MCGS主控画面如图3所示，主要由系统模拟运行状态监视、设备状态监视、手自动选择、连锁控制、电动三通监控等部分组成。
图3 系统主控画面
系统模拟运行状态监视部分根据实际采集的设备参数，实时的显示系统的运行状态，当设备开启时，相应设备处会有煤流流过，从而使工作人员可以实时的观察系统的运行状况；设备状态监视部分主要包括设备工作模式（远程/就地）显示，工作状态显示、设备电流等；手自动选择部分提供一选择开关，当开关打在自动挡时，各设备运行时进行连锁控制，只有下游的设备启动后，上游的设备才能开启。若某个设备停止，则其上游设备立即停止，当开关打在手动档时，系统会弹出一个手动控制画面，工作人员可根据需要随意的开启任何一个设备；连锁控制由线路选择和启停控制两部分组成，根据电动三通的方向有四条输煤线路，点动启动按钮后，系统根据线路选择状态，按照逆煤流的方向启动设备，点动停止按钮，按照顺煤流的方向停止设备；电动三通控制部分是电动三通A和电动三通B的监控部分，主要完成系统电动三通的远程控制功能。
（2）辅助监视画面
辅助监视画面主要由电流历史曲线、历史数据报表组成，通过历史曲线和历史数据报表的观察，工作人员可以对设备的最近运行情况有个大致的了解，过流过载情况的出现可使工作人员对给煤量的控制有一个提前的预判。
（3）故障报警处理
故障报警由画面报警和语音报警两部分组成，当设备出现短路、过载、皮带跑偏等故障时，系统进行画面提示和语音报警操作，并提供报警处理策略。故障报警策略由两个选择，一是从故障点延时停机；而是从故障点启动，从故障点启动要确定设备故障排除的情况下执行。
（4）一键停止处理
系统提供一键停止功能，当有意外情况发生时，可瞬时停止所有设备。
5 结语
本文以西门子PLC和MCGS为控制核心，设计了一套火力发电厂输煤控制系统，系统功能全面，操作简单，监控画面生动逼真且贴近现场，为工作人员监控输煤系统提供了很大的方便，大大降低工作人员的工作量。系统在胶南易通热电厂进行了具体实施，自投入使用至今，系统运行稳定，完全满足实际需要，受到了用户的好评。
