電廠輔機及控制系統(tǒng)的安全技術(shù)策略

電廠輔機及控制系統(tǒng)的安全技術(shù)策略

電廠輔機系統(tǒng)主要包括輸煤系統(tǒng)、化水系統(tǒng)和除灰渣系統(tǒng)。

目前絕大多數(shù)電廠特別是大中型電廠輔機系統(tǒng)的控制都采納PLC（可

編程邏輯控制器）控制系統(tǒng)。

以貴州黔北發(fā)電廠4X300MW輸煤程控系統(tǒng)為例，分析和介紹

PLC控制系統(tǒng)實現(xiàn)電廠輔機系統(tǒng)安全及保證PLC控制系統(tǒng)自身安全的

策略。

1保證操作安全和設(shè)備安全的策略

控制對象所在系統(tǒng)的工藝流程以及現(xiàn)場設(shè)備工況是控制系統(tǒng)

進行控制操作的依據(jù)和條件?？刂撇僮魇欠褚?guī)范合理不僅直接關(guān)系到

控制任務能否順利完成，還可能影響到現(xiàn)場設(shè)備的安全。同時，控制

系統(tǒng)程序中合理的軟件邏輯也可以對現(xiàn)場設(shè)備的安全起到一定的保

護作用。所以，從控制角度講，控制對象的設(shè)備安全既和控制操作有

關(guān)，也和軟件邏輯保護有關(guān)。

1.1充分的人機交流

PLC控制系統(tǒng)采納上下位機兩級控制結(jié)構(gòu)方式：PLC作為下位

機采集現(xiàn)場信號、接受操作員的控制指令并且實現(xiàn)邏輯控制；工控機

作為上位機用于人機接口。上位機工控機和下位機PLC之間通過數(shù)據(jù)

通訊接口進行通訊。

利用工控機中安裝的工業(yè)監(jiān)控軟件，可以在上位機顯示器上直

觀、動態(tài)地顯示出系統(tǒng)中所有設(shè)備的運行狀態(tài)信息、性能參數(shù)和歷史

信息。操作員可以通過上位機的人機接口在充分了解現(xiàn)場設(shè)備工況的

狀況下，對系統(tǒng)設(shè)備發(fā)出控制指令。操作員控制指令在PLC主機中經(jīng)

過邏輯運算后，最終傳送到PLC的各個I/O站實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制。

操作員和所有控制對象之間全面充分而且實時的信息交流為操作員

發(fā)出安全合理的操作指令提供了充分條件。

1.2程序保護

操作員在控制室上位機畫面上用鼠標點擊相應的圖符即可對

現(xiàn)場設(shè)備進行遠程集中控制和操作。這種簡便快捷的遠距離集中控制

方式首先充分保證了操作人員的安全。此外，PLC控制系統(tǒng)更為重要

的一個功能就是通過PLC程序軟件邏輯實現(xiàn)工藝流程聯(lián)鎖保護和故

障報警聯(lián)動保護等程序保護，以減少誤操作或者局部故障造成嚴重事

故的可能。

(1)工藝流程聯(lián)鎖保護

以輸煤程控系統(tǒng)為例，控制系統(tǒng)具有工藝流程聯(lián)鎖保護功能，

聯(lián)鎖的投入能夠阻止任何設(shè)備超出工藝流程順序的啟動或停止，以防

止在系統(tǒng)設(shè)備啟動或停止時煤在系統(tǒng)中局部區(qū)域堆積起來，甚至損壞

設(shè)備。

輸煤程控系統(tǒng)啟動時，按逆煤流方向，從下游最后一條皮帶機

及相關(guān)設(shè)備開始依次啟動，直到上游第一條皮帶機及相關(guān)設(shè)備啟動

后，才開始供煤。系統(tǒng)主要設(shè)備啟動前，均自動打警鈴30s,以提

醒相關(guān)人員注意安全。停運時按順煤流方向，先停供煤設(shè)備，然后從

上游第一條皮帶機及相關(guān)設(shè)備至下游最后一條皮帶機及相關(guān)設(shè)備依

次停機。程序自動方式停運時，每臺設(shè)備之間按規(guī)定的延時時間，順

煤流方向依次發(fā)停機命令，延時停機是為了在設(shè)備上的余煤走光后再

停機。

雙路皮帶輸煤系統(tǒng)設(shè)備通過三通和皮帶機伸縮頭裝置組成

運行線路，有幾十種之多。對此，工藝流程聯(lián)鎖保護程序中還要合計

系統(tǒng)中不同輸煤設(shè)備組合成的運行線路的合理性，并且要避免不同運

行線路之間的沖突。

另外，輸煤控制系統(tǒng)程序聯(lián)鎖保護還包括除塵器和除鐵器與皮

帶機之間的聯(lián)鎖運行；振打器與堵煤裝置信號之間的聯(lián)鎖運行等。

通過PLC程序?qū)⒖刂葡到y(tǒng)的所有設(shè)備按照運行工藝流程互相

關(guān)聯(lián)并固定起來，可以有效防止因違反工藝流程的誤操作而引起的安

全事故。

(2)故障報警聯(lián)動保護

操作員通過人機接口可以監(jiān)視到所有故障報警的具體內(nèi)容。當

控制系統(tǒng)中出現(xiàn)重要報警時，報警設(shè)備以及相關(guān)設(shè)備的控制操作通過

控制程序邏輯進行限制。比如設(shè)備無法正常啟動/停止報警（各種原因

造成的操作失敗報警）提醒操作人員現(xiàn)場設(shè)備或者電氣控制回路等可

能存在故障，應該及時檢修并排除故障后再持續(xù)操作。輸煤控制系統(tǒng)

中出現(xiàn)現(xiàn)場拉繩、嚴重跑偏、撕裂、打滑、堵煤等報警時，控制程序

將禁止對報警設(shè)備以及相關(guān)設(shè)備的操作，直到報警解除。

報警信號除了用于限制對報警設(shè)備以及相關(guān)設(shè)備的控制操作

以外，還用于故障報警的聯(lián)動保護c在輸煤系統(tǒng)中有重要報警發(fā)4時,

在控制程序中實現(xiàn)故障報警聯(lián)跳，發(fā)生故障報警的設(shè)備馬上跳閘或不

同意啟動；在系統(tǒng)已投入聯(lián)鎖運行的過程中，發(fā)生故障報警的設(shè)備的

跳閘停機可以通過程序聯(lián)鎖使得故障點及其上游設(shè)備瞬時停機，故障

點下游設(shè)備堅持原工作狀態(tài)不變。

所以，控制程序中的工藝流程聯(lián)鎖保護和故障報警聯(lián)動保護保

證了系統(tǒng)的控制操作按照工藝流程以及設(shè)備實際工作狀況安全進行，

同時也保證了系統(tǒng)的設(shè)備安全、防止設(shè)備損毀。

1.3就地保護

并非所有的聯(lián)鎖和保護都通過PLC控制系統(tǒng)的軟件程序?qū)崿F(xiàn)，

如皮帶機的拉繩保護、除塵器的延時停機等就是通過就地電氣聯(lián)鎖或

就地小型PLC控制器實現(xiàn)的?？刂乒δ艿倪m當分散更有利于整個系統(tǒng)

的控制效率、更有利于局部系統(tǒng)的設(shè)備安全。

1.4熟練掌握各種操作

一般電廠輔機PLC控制系統(tǒng)操作方式有程序自動（全自動）、遠

方手動（軟手操）和就地手動（硬手操）控制等3種操作方式，操作人員

都必須充分理解和熟練掌握。工藝流程聯(lián)鎖保護和故障報警聯(lián)動保護

無論是在程序自動還是在遠方手動控制時均起作用，所以在進行這2

種操作時對操作員的要求比較低。就地手動操作時設(shè)備只有拉繩保護

等簡單的就地電氣保護，設(shè)備之間沒有聯(lián)鎖保護和報警聯(lián)動保護，但

這種操作方式在特別狀況下是必須進行的，所以運行人員必須熟練地

掌握。

1.5遵守操作規(guī)程

任何自動化系統(tǒng)的控制都是通過人的參加來實現(xiàn)的，再嚴密的

硬件或軟件的自動保護都是局部的、相對的。要保證生產(chǎn)安全有序地

進行，首先必須從制度上、管理上杜絕違規(guī)違章操作，嚴格遵守安全

生產(chǎn)的各項制度。

1.6數(shù)據(jù)記錄及安全分析

系統(tǒng)上位監(jiān)控軟件具有較為完善的報警功能及操作運行數(shù)據(jù)

顯示和記錄功能。如屏幕下方始終有用于顯示當前最新報警和運行信

息的信息條；更多的報警和運行信息在”報警及運行記錄”畫面中有集

中顯示。另外在預設(shè)時段內(nèi)的電機電流、煤倉煤位、皮帶速度、煤流

量等模擬量可在趨勢圖中動態(tài)顯示，從中可以查看相應數(shù)據(jù)隨時間變

化的動態(tài)趨勢曲線和任意隨時的數(shù)值。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄保存，為事故追憶及查找引起事故的第一個故

障點（事故首發(fā)）提供了可能，從而為事故處理提供有力支持、為徹底

消除安全隱患提供了條件。

系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的顯示和記錄是監(jiān)控操作、分

析系統(tǒng)運轉(zhuǎn)狀況、檢查操作過程的重要依據(jù)，也是提升運行管理水平

和效率的重要依據(jù)。所以全面準確的數(shù)據(jù)顯示和記錄也是實現(xiàn)電廠輔

機系統(tǒng)長期安全可靠運行的重要保證C

2保證PLC控制系統(tǒng)自身安全的策略

2.1隔離和冗余

操作員的控制指令是通過PLC控制裝置傳送到現(xiàn)場設(shè)備實現(xiàn)

控制操作任務的，所以PLC控制系統(tǒng)首先必須能保證自身的安全和可

靠。既要保證控制系統(tǒng)與被控系統(tǒng)對象之間實時可靠的信息傳遞交

換，又要采用必要的隔離措施以防止現(xiàn)場復雜環(huán)境對控制系統(tǒng)的干

擾；關(guān)于需要長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，還要對控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵和重要

部分或部件采納熱備冗余方式。所以，隔離和冗余是實現(xiàn)控制系統(tǒng)自

身安全可靠運行的基本方法。

(1)安全隔離

PLC系統(tǒng)所有數(shù)字量I/O信號通道與現(xiàn)場之間均采用繼電器隔

離措施，以排除現(xiàn)場惡劣工況的影響。如果沒有采用繼電器隔離措施,

感應電以及現(xiàn)場高等級電壓的誤接，可能會干擾正常的信號采集甚至

直接燒毀I/O模塊。

系統(tǒng)中分布在不同位置的I/O站分別負責不同區(qū)域設(shè)備的數(shù)

據(jù)采集和控制，各別T/0站或者各別設(shè)備的故障不會影響其余站點和

設(shè)備的正常控制和運行，從而將局部故障造成的不良后果降到最小。

控制系統(tǒng)的電源也采用了隔離措施。本控制系統(tǒng)配有一套在線

UPS電源，上位機、PLC主機、各I/O站的電源集中由UPS電源供電。

當外部供電電源消失肘，UPS電源的蓄電池裝置能維持30min的供

電，操作員此時可進行應急操作，比如可以將所有設(shè)備按照流程順序

切換到跳閘位置。另外，UPS電源裝置還具備濾波整流和穩(wěn)壓功能，

可以減少或避免控制系統(tǒng)設(shè)備受到外部供電電源質(zhì)量的影響。控制系

統(tǒng)中每套設(shè)備的電源供電均通過相應容量的空氣開關(guān)實現(xiàn)，從而可以

減少或避免系統(tǒng)不同設(shè)備電源之間的互相影響。

(2)熱備冗余

本輸煤控制系統(tǒng)采納兩級控制方式，系統(tǒng)上、下位機均采納雙

機雙纜熱備冗余。下位機PLC主機站內(nèi)配備西門子S7-400H系列雙

CPU熱備冗余系統(tǒng)，2臺CPU中的控制程序在工作中堅持同步運行，

當一臺CPU出現(xiàn)故障時，備用CPU能自動投入，保證整個PLC程控系

統(tǒng)的正常運行。2臺上位機同樣互為熱備，可以隨意選擇一臺進行控

制操作。

在本系統(tǒng)中，設(shè)置了5個I/O站。在煤控室設(shè)置了3個I/O站,

在煤倉層設(shè)置了2個I/O站。PLC主機與各I/O站的通訊網(wǎng)絡(luò)為

PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，采納雙通道、雙纜熱備冗余配置。

本控制系統(tǒng)接受外部兩路獨立的220VAe電源，當一路電源失

去時，另一路電源能通過無擾切換裝置瞬間自動投入，不會影響控制

系統(tǒng)的運行。即使外部兩路電源同時消失，UPS電源的蓄電池裝置也

能維持30min供電，起到短時備用的作用。

2.2正確安裝、使用、維護

控制系統(tǒng)的安裝要按照相關(guān)標準進行，比如要保證可靠接地、

設(shè)備及電纜等要正確固定、控制電纜要與動力電纜分開敷設(shè)等。使