（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004）
〔摘 要〕 從軟件編程、運行管理等方面就在PLC控制系統中實現電廠輔機系統的操作安全和設備安全的方法以及硬件配置方面確保電廠輔機PLC控制系統自身安全的方法進行了分析和介紹。
〔關鍵詞〕 電廠輔機；控制系統；安全；技術
電廠輔機系統主要包括輸煤系統、化水系統和除灰渣系統。目前絕大多數電廠特別是大中型電廠輔機系統的控制都采用PLC(可編程邏輯控制器)控制系統。
以貴州黔北發電廠4×300 MW輸煤程控系統為例，分析和介紹PLC控制系統實現電廠輔機系統安全及保證PLC控制系統自身安全的策略。
1 保障操作安全和設備安全的策略
控制對象所在系統的工藝流程以及現場設備工況是控制系統進行控制操作的依據和條件。控制操作是否規范合理不僅直接關系到控制任務能否順利完成，還可能影響到現場設備的安全。同時，控制系統程序中合理的軟件邏輯也可以對現場設備的安全起到一定的保護作用。所以，從控制角度講，控制對象的設備安全既和控制操作有關，也和軟件邏輯保護有關。
1.1 充分的人機交流
PLC控制系統采用上下位機兩級控制結構方式：PLC作為下位機采集現場信號、接受操作員的控制指令并且實現邏輯控制；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之間通過數據通訊接口進行通訊。
利用工控機中安裝的工業監控軟件，可以在上位機顯示器上直觀、動態地顯示出系統中所有設備的運行狀態信息、性能參數和歷史信息。操作員可以通過上位機的人機接口在充分了解現場設備工況的情況下，對系統設備發出控制指令。操作員控制指令在PLC主機中經過邏輯運算后，最終傳送到PLC的各個I/0站實現對現場設備的控制。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場設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控制系統更為重要的一個功能就是通過PLC程序軟件邏輯實現工藝流程聯鎖保護和故障報警聯動保護等程序保護，以減少誤操作或者局部故障造成嚴重事故的可能。
(1) 工藝流程聯鎖保護
以輸煤程控系統為例，控制系統具有工藝流程聯鎖保護功能，聯鎖的投入能夠阻止任何設備超出工藝流程順序的啟動或停止，以防止在系統設備啟動或停止時煤在系統中局部區域堆積起來，甚至損壞設備。
輸煤程控系統啟動時，按逆煤流方向，從下游最后一條皮帶機及相關設備開始依次啟動，直到上游第一條皮帶機及相關設備啟動后，才開始供煤。系統主要設備啟動前，均自動打警鈴30 s，以提醒相關人員注意安全。停運時按順煤流方向，先停供煤設備，然后從上游第一條皮帶機及相關設備至下游最后一條皮帶機及相關設備依次停機。程序自動方式停運時，每臺設備之間按規定的延時時間，順煤流方向依次發停機命令，延時停機是為了在設備上的余煤走光后再停機。
雙路皮帶輸煤系統設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，工藝流程聯鎖保護程序中還要考慮系統中不同輸煤設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，輸煤控制系統程序聯鎖保護還包括除塵器和除鐵器與皮帶機之間的聯鎖運行；振打器與堵煤裝置信號之間的聯鎖運行等。
通過PLC程序將控制系統的所有設備按照運行工藝流程相互關聯并固定起來，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) 故障報警聯動保護
操作員通過人機接口可以監視到所有故障報警的詳細內容。當控制系統中出現重要報警時，報警設備以及相關設備的控制操作通過控制程序邏輯進行限制。比如設備無法正常啟動/停止報警(各種原因造成的操作失敗報警)提醒操作人員現場設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繼續操作。輸煤控制系統中出現現場拉繩、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備以及相關設備的操作，直到報警解除。
報警信號除了用于限制對報警設備以及相關設備的控制操作以外，還用于故障報警的聯動保護。在輸煤系統中有重要報警發生時，在控制程序中實現故障報警聯跳，發生故障報警的設備立即跳閘或不允許啟動；在系統已投入聯鎖運行的過程中，發生故障報警的設備的跳閘停機可以通過程序聯鎖使得故障點及其上游設備瞬時停機，故障點下游設備保持原工作狀態不變。
所以，控制程序中的工藝流程聯鎖保護和故障報警聯動保護保障了系統的控制操作按照工藝流程以及設備實際工作狀況安全進行，同時也保障了系統的設備安全、防止設備損毀。
1.3 就地保護
并非所有的聯鎖和保護都通過PLC控制系統的軟件程序實現，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鎖或就地小型PLC控制器實現的。控制功能的適當分散更有利于整個系統的控制效率、更有利于局部系統的設備安全。
1.4 熟練掌握各種操作
一般電廠輔機PLC控制系統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。工藝流程聯鎖保護和故障報警聯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。就地手動操作時設備只有拉繩保護等簡單的就地電氣保護，設備之間沒有聯鎖保護和報警聯動保護，但這種操作方式在特殊情況下是必須進行的，所以運行人員必須熟練地掌握。
1.5 遵守操作規程
任何自動化系統的控制都是通過人的參與來實現的，再嚴密的硬件或軟件的自動保護都是局部的、相對的。要保證生產安全有序地進行，首先必須從制度上、管理上杜絕違規違章操作，嚴格遵守安全生產的各項制度。
1.6 數據記錄及安全分析
系統上位監控軟件具有較為完善的報警功能及操作運行數據顯示和記錄功能。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。另外在預設時段內的電機電流、煤倉煤位、皮帶速度、煤流量等模擬量可在趨勢圖中動態顯示，從中可以查看相應數據隨時間變化的動態趨勢曲線和任意時刻的數值。
系統的數據記錄保存，為事故追憶及查找引起事故的第一個故障點(事故首發)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。
系統的實時運行數據和歷史數據的顯示和記錄是監控操作、分析系統運轉狀況、檢查操作過程的重要依據，也是提高運行管理水平和效率的重要依據。所以全面準確的數據顯示和記錄也是實現電廠輔機系統長期安全可靠運行的重要保障。
2 保障PLC控制系統自身安全的策略
2.1 隔離和冗余
操作員的控制指令是通過PLC控制裝置傳送到現場設備實現控制操作任務的，所以PLC控制系統首先必須能保證自身的安全和可靠。既要保證控制系統與被控系統對象之間實時可靠的信息傳遞交換，又要采取必要的隔離措施以防止現場復雜環境對控制系統的干擾；對于需要長期連續運轉的系統，還要對控制系統中的關鍵和重要部分或部件采用熱備冗余方式。所以，隔離和冗余是實現控制系統自身安全可靠運行的基本方法。
(1) 安全隔離
PLC系統所有數字量I/0信號通道與現場之間均采取繼電器隔離措施，以排除現場惡劣工況的影響。如果沒有采取繼電器隔離措施，感應電以及現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/0模塊。
系統中分布在不同位置的I/0站分別負責不同區域設備的數據采集和控制，個別I/0站或者個別設備的故障不會影響其余站點和設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。
控制系統的電源也采取了隔離措施。本控制系統配有一套在線UPS電源，上位機、PLC主機、各I/0站的電源集中由UPS電源供電。當外部供電電源消失時，UPS電源的蓄電池裝置能維持30 min的供電，操作員此時可進行應急操作，比如可以將所有設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壓功能，可以減少或避免控制系統設備受到外部供電電源質量的影響。控制系統中每套設備的電源供電均通過相應容量的空氣開關實現，從而可以減少或避免系統不同設備電源之間的相互影響。
(2) 熱備冗余
本輸煤控制系統采用兩級控制方式，系統上、下位機均采用雙機雙纜熱備冗余。下位機PLC主機站內配備西門子S7-400H系列雙CPU熱備冗余系統，2臺CPU中的控制程序在工作中保持同步運行，當一臺CPU出現故障時，備用CPU能自動投入，保證整個PLC程控系統的正常運行。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。
在本系統中，設置了5個I/0站。在煤控室設置了3個I/0站，在煤倉層設置了2個I/0站。PLC主機與各I/0站的通訊網絡為PROFIBUS-DP現場總線網絡，采用雙通道、雙纜熱備冗余配置。
本控制系統接受外部兩路獨立的220 VAC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30 min供電，起到短時備用的作用。
2.2 正確安裝、使用、維護
控制系統的安裝要按照相關標準進行，比如要保證可靠接地、設備及電纜等要正確固定、控制電纜要與動力電纜分開敷設等。使用維護過程中要注意保持清潔和通風，檢查接口有無松動等。
在上位機工控機中設有不同等級的操作權限密碼許可，對PLC程序編輯修改并進行上載或下載的操作須由能獲得密碼許可的專業人員進行。
以上主要從PLC控制系統的軟件編程和硬件配置兩個方面分析介紹了實現電廠輔機系統的安全控制和運行的方法。隨著技術的發展，PLC控制系統必然會為電廠等工業生產領域的控制提供更為強大的安全保障。