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【摘 要】本文主要论述了叶轮给煤机载波智能控制系统的原理、组成及应用 ，对电力线载波通讯及智能控制系统在实际应用中的抗干扰问题进行了重点阐述。
【关键词】电力线载波；叶轮给煤机；应用；PLC；反射式定位系统
1 项目提出的背景
随着科学技术水平的不断发展，在倡导绿色能源、低碳环保、节能减排的同时，火力发电厂输煤系统自动化的不断完善，叶轮给煤机作为输煤系统中输煤设备重要组成部分之一，设备在露天堆煤场的地下坑道中进行拨煤工作，设备自动化通讯的不完善会影响整个输煤系统的正常运转，一些发电厂的叶轮给煤机还在采用拖缆滑车的控制方式与输煤程控室系统联系，一方面由于接线多叶轮给煤机在行走过程中控制电缆易会受损，严重影响了设备的正常运行，另一方面再加上季节天气的变化冬天寒冷电缆易受冻等因素，严重影响了设备的正常运行，同时也给设备的维护人员带来困扰。
调查研究发现：电力线是一种廉价的通信介质，利用电力线传输数据信号一直是国内外的研究热点。一个稳定可靠的电力线载波技术的实现是由这些无数智能装置之间的相互配合完成的。这就要求智能装置之间能互通信息，于是一个开放可靠的通信网是载波技术的关键，通过对比各种通信方式得出：电力线载波通信是电力系统中很经济的一种通信方式。电力载波通信系统是火电厂输煤程控系统的一个组成部分，利用叶轮给煤机的动力电源线，采用电力载波的通讯方式进行数据传输，是本系统最具特色的关键技术。它打破了传统的点对点的导线连接方式下，进行远方控制时需拖带很多信号电缆的结构模式，对于大范围移动工作的叶轮给煤机，只需利用动力电源线进行信号的稳定传输，也极大地提高了自动化控制程度。同时电力线载波通讯技术能够实现叶轮给煤机的远程监控、故障报警、皮带联锁等功能，提高工作效率，改善设备因环境等因素带来的困扰，给运行及维护人员带来便捷，其次，省去了需要敷设大量电缆的成本。
2 系统概述
电力线载波通讯技术能够实现叶轮给煤机的远程自动化，提高工作效率，改善设备运行环境。为了实现叶轮给煤机的远程自动化通讯，首先必需解决通信信道问题，目前可选的主要有：无线、专线和电力线载波三种方式。无线方式对于在电厂中煤场卸煤沟环境的影响，电磁干扰强、天线架设不易、信号传输不稳定；专线方式由于线缆与叶轮给煤机行车来回运动，线缆易断裂却不易及时发现，从而造成不必要的损失；电力线载波方式采用叶轮给煤机的供电线路作为信号的传输介质，不需另外铺设线路，安装方便，通信稳定、误码率低，是实现叶轮给煤机远程自动化通讯的理想通信信道。
目前，叶轮给煤机的通讯方式采用传统的通讯模式，从输煤程控室到叶轮给煤机就地的中转站再到叶轮给煤机本体控制箱里都是采用电缆连接。电缆点对点的连接模式对叶轮给煤机进行远方操作和信号反馈的输送连接，需要敷设很多的电缆，再加上电缆敷设时间长久还需定期更换电缆，一担电缆破损就不能再次使用这会造成极大物质财产能源的浪费。其次，叶轮给煤机的控制、通讯也受到影响，这也给设备维护带来了不必要的麻烦。
然而，采用叶轮给煤机载波智能控制的方式，不但可以省去大量的电缆，还可以提高叶轮给煤机使用的优越性，稳定可靠的工作效率。叶轮给煤机只需通过设备的动力电源即安全滑触线与叶轮载波远程站连接，采用载波串行数据自由通讯方式进行数据传输，再由远程站通过光纤（双绞网线）与输煤程控主机连接，采用工业以太网的通讯模式。即使用安全滑触线连接，采用电力载波的通讯方式，与就地控制站组成主从式通讯控制网络，实现在输煤程控室内，运行人员通过操作计算机来控制与监视现场的叶轮给煤机的运行工况等信息。可保证数据传输信号不受任何的电磁干扰，提高了通讯速度，通信稳定、误码率低，解决了通讯接线多的问题，维护起来也方便许多。同时也省去了传统的控制电缆线路敷设的大量电缆，节省人力物力。
3 系统组成及应用分析
叶轮给煤机载波智能控制系统由主机部分、载波远程站、就地控制站组成。（如图1所示）
图1 叶轮给煤机载波智能控制系统组成图
3.1 主机部分
主机部分为输煤程控系统的工业控制计算机安装组态王6.53，工控机负责整个系统的运行管理。在其显示器上构成的组态动画，根据现场发回的数据信息，模拟现场叶轮给煤机的运行状态及建立操作台，控制、操作叶轮给煤机的运行。实际上工控机为系统提供了一种人----机接口如图2所示
图2 叶轮给煤机载波智能控制系统监控画面
3.2 载波远程站
安装在卸煤沟头部。它由西门子PLC、工业以太网模块、光电转换器、载波装置、信号转换器及相关附件组成。这部分的功能是完成主机部分与载波远程站，所在叶轮给煤机上就地控制站之间的信号传输、方式转换控制、电力载波通讯管理、相关的数据处理及通讯数据的效验等。它与主机间采用工业以太网的通讯方式，与叶轮给煤机移动的就地控制站间采用电力载波的通讯方式。
3.3 就地控制站
就地控制站就是安装在叶轮给煤机体上，对叶轮给煤机的工作实施过程控制的主体。它由PLC、载波装置的设备组成。负责叶轮给煤机现场运行数据的采集、动作的逻辑控制、单机的电力载波通讯管理，与系统主机通讯数据的CRC效验、为叶轮给煤机提供完备的保护及硬件连锁等工作。作为系统的从机，它的作用是通过接受系统主机的命令，按预制的控制方案同时将现场叶轮给煤机的运行状态反馈给主机。
3.4 反射式车位定位系统
反射式车位定位系统由位置感应器和位置发生器组成。位置感应器安装在叶轮给煤机体上随其一起移动，位置发生器每隔5米一个（可根据现场需要设定），安装在叶轮给煤机运行轨道沿途。本系统采用射频识别技术，利用激励反射的工作原理，当位置感应器在位置发生器上方经过时，即可接收到特定的位置编码，经数字协处理器进行数据处理后，送给主机做位置判断用。 反射式车位定位系统的特点：
（1）位置发生器与外界无导线连接，靠射频激励即可发出特定的位置编码信息；
（2）每个感应点均有自己的特定编码，都可作为校验点。不论是溜车和打滑，都能反映出叶轮给煤机运行的实际位置；
（3）识别距离远，采用大功率射频发射装置，识别距离5-10米；
（4）整个装置无相对移动和接触部件。
3.5 电力线载波通讯部分
利用叶轮给煤机的动力电源线，采用电力载波的通讯方式进行数据传输，是本系统最具有特色的关键技术。在220V-35KV中低压配电线路上实现了数字载波信号的可靠传输。数字信号接口采用RS-232或RS-485接口，可与现有的各型号PLC实现透明数据传输和组网通信，可广泛应用于工业控制及输煤程控等系统的数据通信。
图3 叶轮给煤机载波通讯系统图
4 叶轮给煤机载波智能控制系统优点：
（1）采用电力载波通讯技术，利用设备动力电源线，进行电力载波信号传输，抗干扰能力强，一次性投资小；
（2）利用工控组态软件进行远方控制，运行人员在程控室的计算机上就可操作叶轮给煤机运行，使其脱离高粉尘的工作环境；
（3）与输煤程控系统主机采用工业以太网的方式连接，实施性好，可方便的使其纳入输煤程控系统的管理；
（4）叶轮主电机的转速调整，采用变频器控制三相鼠笼电机的方式，调速性能好，降低设备的故障率；
（5）独特的射频车位定位系统，能准确的反应叶轮给煤机的行走位置；
（6）电力线载波采用专用集成电路设计，体积小，功耗低，可靠性高。
5 PLC软件程序
系统采用西门子S7-200 PLC进行通讯控制，编程软件采用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6。程控主机安装组态软件，采用工业以太网的方式连接到远程PLC，远程PLC通过与载波装置连接到就地PLC，采用自由通讯的方式，进行数据传输，数据采集等信息。
图 4 组态软件开发
图5 编程软件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6
图6 就地站PLC程序
6 系统功能实现介绍
（1）在主机显示器上按选定的运行方式（定点、左行、右行）控制叶轮给煤机的启动、停止。
（2）在主机显示器上设置叶轮给煤机区间运行，实现区间内自动往返运行。
（3）在主机显示器上可调整设置叶轮主电机转速（频率0-50Hz）。
（4）在主机显示器上可显示叶轮给煤机的运行状态：
1）叶轮旋转运行；
2）叶轮给煤机当前的实际给煤量，即叶轮主电机转速；
3）叶轮给煤机行走方向；
4）叶轮给煤机当前的行走位置；
5）皮带运行状态；
6）给煤机控制方式。
（5）在主机显示器上记忆叶轮给煤机前一次工作时的行走方向和位置。
（6）在主机显示器上显示叶轮给煤机的故障信息：
1）叶轮主电机旋转故障即变频故障；
2）叶轮给煤机行走故障；
3）行走位置传感系统故障；
4）极限限位相撞故障；
5）通讯故障。
（7）故障数据库：按故障发生的时间顺序记录故障性质。
（8）多机运行：二台以上叶轮给煤机可同时运行，系统根据给煤机各自的位置，自动调整叶轮给煤机的行走过程，即：同一条轨道上行走的二台叶轮给煤机相近返回和在轨道端部自动返回的功能。
（9）皮带连锁：当皮带不运行时，叶轮给煤机不启动；当叶轮给煤机正在运行时，皮带停止，叶轮给煤机立刻停止运行。
7 应用后各项指标
叶轮给煤机载波控制可以独立成系统，从远程到就地控制都极大的完善了体现了设备自动化的优越性，通过以上连接方式以及控制思路分析，电力线载波控制的方式绝对能够实现对叶轮给煤机控制系统的完善，极大程度提高了生产效率，并且保证了生产的安全可靠性。电力线载波通讯技术是新兴的一项通讯技术，最显著的优点就是改传统的通讯、控制电缆硬接线方式为利用电力线路作为传输通道的传播方式，极大地提高了自动化控制程度，其次，省去了需要敷设大量电缆的成本，同时也能够做到我们现在所提倡的绿色能源、低碳环保、节能减排的环保理念。
随着技术本身的成熟，目前在实际生产运行中所出现的问题相信也会逐步得到解决，在工业现代化的建设中，这项革命性技术无疑将成为今后通讯方式的主流。
在程控画面上，运行人员可以观察到叶轮给煤机的各项数据，包括启停状态、行走状态、堆料及取料状态以及各项报警信息，而且可以根据实时数据的刷新采取下一步的动作，实现数据信号准确无误的稳定传输，极大限度的体现了设备的自动化通讯程度，总之整个系统操作起来非常方便、灵活。
8 结束语
重庆合川发电有限责任公司燃料叶轮给煤机载波智能控制系统已经投入使用一年多的时间了，整个系统载波通讯联锁功能运行良好，投入后受到使用人员的普遍好评，完全达到了预期的目的。此项技术成果不仅应用于叶轮给煤机系统，还可应用于燃料斗轮机、翻车机等燃料接卸控制系统中，值得在电力系统中推广应用。
【关键词】电力线载波；叶轮给煤机；应用；PLC；反射式定位系统
1 项目提出的背景
随着科学技术水平的不断发展，在倡导绿色能源、低碳环保、节能减排的同时，火力发电厂输煤系统自动化的不断完善，叶轮给煤机作为输煤系统中输煤设备重要组成部分之一，设备在露天堆煤场的地下坑道中进行拨煤工作，设备自动化通讯的不完善会影响整个输煤系统的正常运转，一些发电厂的叶轮给煤机还在采用拖缆滑车的控制方式与输煤程控室系统联系，一方面由于接线多叶轮给煤机在行走过程中控制电缆易会受损，严重影响了设备的正常运行，另一方面再加上季节天气的变化冬天寒冷电缆易受冻等因素，严重影响了设备的正常运行，同时也给设备的维护人员带来困扰。
调查研究发现：电力线是一种廉价的通信介质，利用电力线传输数据信号一直是国内外的研究热点。一个稳定可靠的电力线载波技术的实现是由这些无数智能装置之间的相互配合完成的。这就要求智能装置之间能互通信息，于是一个开放可靠的通信网是载波技术的关键，通过对比各种通信方式得出：电力线载波通信是电力系统中很经济的一种通信方式。电力载波通信系统是火电厂输煤程控系统的一个组成部分，利用叶轮给煤机的动力电源线，采用电力载波的通讯方式进行数据传输，是本系统最具特色的关键技术。它打破了传统的点对点的导线连接方式下，进行远方控制时需拖带很多信号电缆的结构模式，对于大范围移动工作的叶轮给煤机，只需利用动力电源线进行信号的稳定传输，也极大地提高了自动化控制程度。同时电力线载波通讯技术能够实现叶轮给煤机的远程监控、故障报警、皮带联锁等功能，提高工作效率，改善设备因环境等因素带来的困扰，给运行及维护人员带来便捷，其次，省去了需要敷设大量电缆的成本。
2 系统概述
电力线载波通讯技术能够实现叶轮给煤机的远程自动化，提高工作效率，改善设备运行环境。为了实现叶轮给煤机的远程自动化通讯，首先必需解决通信信道问题，目前可选的主要有：无线、专线和电力线载波三种方式。无线方式对于在电厂中煤场卸煤沟环境的影响，电磁干扰强、天线架设不易、信号传输不稳定；专线方式由于线缆与叶轮给煤机行车来回运动，线缆易断裂却不易及时发现，从而造成不必要的损失；电力线载波方式采用叶轮给煤机的供电线路作为信号的传输介质，不需另外铺设线路，安装方便，通信稳定、误码率低，是实现叶轮给煤机远程自动化通讯的理想通信信道。
目前，叶轮给煤机的通讯方式采用传统的通讯模式，从输煤程控室到叶轮给煤机就地的中转站再到叶轮给煤机本体控制箱里都是采用电缆连接。电缆点对点的连接模式对叶轮给煤机进行远方操作和信号反馈的输送连接，需要敷设很多的电缆，再加上电缆敷设时间长久还需定期更换电缆，一担电缆破损就不能再次使用这会造成极大物质财产能源的浪费。其次，叶轮给煤机的控制、通讯也受到影响，这也给设备维护带来了不必要的麻烦。
然而，采用叶轮给煤机载波智能控制的方式，不但可以省去大量的电缆，还可以提高叶轮给煤机使用的优越性，稳定可靠的工作效率。叶轮给煤机只需通过设备的动力电源即安全滑触线与叶轮载波远程站连接，采用载波串行数据自由通讯方式进行数据传输，再由远程站通过光纤（双绞网线）与输煤程控主机连接，采用工业以太网的通讯模式。即使用安全滑触线连接，采用电力载波的通讯方式，与就地控制站组成主从式通讯控制网络，实现在输煤程控室内，运行人员通过操作计算机来控制与监视现场的叶轮给煤机的运行工况等信息。可保证数据传输信号不受任何的电磁干扰，提高了通讯速度，通信稳定、误码率低，解决了通讯接线多的问题，维护起来也方便许多。同时也省去了传统的控制电缆线路敷设的大量电缆，节省人力物力。
3 系统组成及应用分析
叶轮给煤机载波智能控制系统由主机部分、载波远程站、就地控制站组成。（如图1所示）
图1 叶轮给煤机载波智能控制系统组成图
3.1 主机部分
主机部分为输煤程控系统的工业控制计算机安装组态王6.53，工控机负责整个系统的运行管理。在其显示器上构成的组态动画，根据现场发回的数据信息，模拟现场叶轮给煤机的运行状态及建立操作台，控制、操作叶轮给煤机的运行。实际上工控机为系统提供了一种人----机接口如图2所示
图2 叶轮给煤机载波智能控制系统监控画面
3.2 载波远程站
安装在卸煤沟头部。它由西门子PLC、工业以太网模块、光电转换器、载波装置、信号转换器及相关附件组成。这部分的功能是完成主机部分与载波远程站，所在叶轮给煤机上就地控制站之间的信号传输、方式转换控制、电力载波通讯管理、相关的数据处理及通讯数据的效验等。它与主机间采用工业以太网的通讯方式，与叶轮给煤机移动的就地控制站间采用电力载波的通讯方式。
3.3 就地控制站
就地控制站就是安装在叶轮给煤机体上，对叶轮给煤机的工作实施过程控制的主体。它由PLC、载波装置的设备组成。负责叶轮给煤机现场运行数据的采集、动作的逻辑控制、单机的电力载波通讯管理，与系统主机通讯数据的CRC效验、为叶轮给煤机提供完备的保护及硬件连锁等工作。作为系统的从机，它的作用是通过接受系统主机的命令，按预制的控制方案同时将现场叶轮给煤机的运行状态反馈给主机。
3.4 反射式车位定位系统
反射式车位定位系统由位置感应器和位置发生器组成。位置感应器安装在叶轮给煤机体上随其一起移动，位置发生器每隔5米一个（可根据现场需要设定），安装在叶轮给煤机运行轨道沿途。本系统采用射频识别技术，利用激励反射的工作原理，当位置感应器在位置发生器上方经过时，即可接收到特定的位置编码，经数字协处理器进行数据处理后，送给主机做位置判断用。 反射式车位定位系统的特点：
（1）位置发生器与外界无导线连接，靠射频激励即可发出特定的位置编码信息；
（2）每个感应点均有自己的特定编码，都可作为校验点。不论是溜车和打滑，都能反映出叶轮给煤机运行的实际位置；
（3）识别距离远，采用大功率射频发射装置，识别距离5-10米；
（4）整个装置无相对移动和接触部件。
3.5 电力线载波通讯部分
利用叶轮给煤机的动力电源线，采用电力载波的通讯方式进行数据传输，是本系统最具有特色的关键技术。在220V-35KV中低压配电线路上实现了数字载波信号的可靠传输。数字信号接口采用RS-232或RS-485接口，可与现有的各型号PLC实现透明数据传输和组网通信，可广泛应用于工业控制及输煤程控等系统的数据通信。
图3 叶轮给煤机载波通讯系统图
4 叶轮给煤机载波智能控制系统优点：
（1）采用电力载波通讯技术，利用设备动力电源线，进行电力载波信号传输，抗干扰能力强，一次性投资小；
（2）利用工控组态软件进行远方控制，运行人员在程控室的计算机上就可操作叶轮给煤机运行，使其脱离高粉尘的工作环境；
（3）与输煤程控系统主机采用工业以太网的方式连接，实施性好，可方便的使其纳入输煤程控系统的管理；
（4）叶轮主电机的转速调整，采用变频器控制三相鼠笼电机的方式，调速性能好，降低设备的故障率；
（5）独特的射频车位定位系统，能准确的反应叶轮给煤机的行走位置；
（6）电力线载波采用专用集成电路设计，体积小，功耗低，可靠性高。
5 PLC软件程序
系统采用西门子S7-200 PLC进行通讯控制，编程软件采用V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6。程控主机安装组态软件，采用工业以太网的方式连接到远程PLC，远程PLC通过与载波装置连接到就地PLC，采用自由通讯的方式，进行数据传输，数据采集等信息。
图 4 组态软件开发
图5 编程软件V4.0 STEP 7 MicroWIN SP6
图6 就地站PLC程序
6 系统功能实现介绍
（1）在主机显示器上按选定的运行方式（定点、左行、右行）控制叶轮给煤机的启动、停止。
（2）在主机显示器上设置叶轮给煤机区间运行，实现区间内自动往返运行。
（3）在主机显示器上可调整设置叶轮主电机转速（频率0-50Hz）。
（4）在主机显示器上可显示叶轮给煤机的运行状态：
1）叶轮旋转运行；
2）叶轮给煤机当前的实际给煤量，即叶轮主电机转速；
3）叶轮给煤机行走方向；
4）叶轮给煤机当前的行走位置；
5）皮带运行状态；
6）给煤机控制方式。
（5）在主机显示器上记忆叶轮给煤机前一次工作时的行走方向和位置。
（6）在主机显示器上显示叶轮给煤机的故障信息：
1）叶轮主电机旋转故障即变频故障；
2）叶轮给煤机行走故障；
3）行走位置传感系统故障；
4）极限限位相撞故障；
5）通讯故障。
（7）故障数据库：按故障发生的时间顺序记录故障性质。
（8）多机运行：二台以上叶轮给煤机可同时运行，系统根据给煤机各自的位置，自动调整叶轮给煤机的行走过程，即：同一条轨道上行走的二台叶轮给煤机相近返回和在轨道端部自动返回的功能。
（9）皮带连锁：当皮带不运行时，叶轮给煤机不启动；当叶轮给煤机正在运行时，皮带停止，叶轮给煤机立刻停止运行。
7 应用后各项指标
叶轮给煤机载波控制可以独立成系统，从远程到就地控制都极大的完善了体现了设备自动化的优越性，通过以上连接方式以及控制思路分析，电力线载波控制的方式绝对能够实现对叶轮给煤机控制系统的完善，极大程度提高了生产效率，并且保证了生产的安全可靠性。电力线载波通讯技术是新兴的一项通讯技术，最显著的优点就是改传统的通讯、控制电缆硬接线方式为利用电力线路作为传输通道的传播方式，极大地提高了自动化控制程度，其次，省去了需要敷设大量电缆的成本，同时也能够做到我们现在所提倡的绿色能源、低碳环保、节能减排的环保理念。
随着技术本身的成熟，目前在实际生产运行中所出现的问题相信也会逐步得到解决，在工业现代化的建设中，这项革命性技术无疑将成为今后通讯方式的主流。
在程控画面上，运行人员可以观察到叶轮给煤机的各项数据，包括启停状态、行走状态、堆料及取料状态以及各项报警信息，而且可以根据实时数据的刷新采取下一步的动作，实现数据信号准确无误的稳定传输，极大限度的体现了设备的自动化通讯程度，总之整个系统操作起来非常方便、灵活。
8 结束语
重庆合川发电有限责任公司燃料叶轮给煤机载波智能控制系统已经投入使用一年多的时间了，整个系统载波通讯联锁功能运行良好，投入后受到使用人员的普遍好评，完全达到了预期的目的。此项技术成果不仅应用于叶轮给煤机系统，还可应用于燃料斗轮机、翻车机等燃料接卸控制系统中，值得在电力系统中推广应用。