摘 要：通過電力線載波通訊技術(shù)在漳山電廠輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，一方面系統(tǒng)的闡述了電力載波通訊技術(shù)的原理和設(shè)計(jì)方案，另一方面分析了此項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，提出了一些合理建議及設(shè)想。
關(guān)鍵詞：載波 葉輪給煤機(jī) 應(yīng)用 問題 應(yīng)對方案 設(shè)想
漳山電廠位于山西長治市北郊，一期工程安裝兩臺300MW的燃煤發(fā)電機(jī)組，二期工程安裝兩臺600MW的燃煤發(fā)電機(jī)組，年需燃煤450萬噸。燃煤運(yùn)輸采用鐵路運(yùn)輸和汽車運(yùn)輸相結(jié)合的方式，其中鐵路年運(yùn)煤量為300萬噸，汽車年運(yùn)煤量150萬噸。
1 漳山電廠輸煤程控系統(tǒng)簡介
山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司輸煤程控系統(tǒng)采用PLC程序控制。上位機(jī)使用i－Fix軟件，繪制輸煤系統(tǒng)示意圖及控制設(shè)備，利用相關(guān)功能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的操作以及參數(shù)和數(shù)據(jù)的顯示，以供運(yùn)行人員分析判斷；下位機(jī)使用SIEMENS S7400 PLC的硬件和S－7軟件編寫相關(guān)程序，配合上位機(jī)實(shí)現(xiàn)整個輸煤系統(tǒng)中的聯(lián)鎖啟停控制功能。
系統(tǒng)中上位機(jī)設(shè)計(jì)有一臺工程師站和一臺操作員站，由于i－Fix軟件的特殊功能，工程師站在日常的工作中也可以充當(dāng)操作員站的角色，并且使用功能完全相同。下位機(jī)機(jī)柜安裝位置在控制室之外的電子間內(nèi)，CPU采用S7400容錯系統(tǒng)冗余配置，以保障整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。整個程控系統(tǒng)的供電方式采用雙路電源冗余供應(yīng)，并且實(shí)現(xiàn)無擾切換，系統(tǒng)備有不間斷電源UPS，防止雙路電源同時(shí)失電的情況發(fā)生。
上位機(jī)與下位機(jī)之間通訊采用RJ45雙絞線、以太網(wǎng)通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)，就地設(shè)備的啟停狀態(tài)通過繼電器或者接觸器的斷開或閉合反饋給PLC中DI模塊；模擬量處理分為外供源和內(nèi)供源兩種方式，反饋統(tǒng)一使用4－20mA電流回路至PLC中AI模塊分辨，各種信息由模塊采集后交給CPU進(jìn)行處理，并最終反映在上位機(jī)畫面上，提供現(xiàn)場各類設(shè)備的狀態(tài)信息，運(yùn)行人員通過觀察并判斷畫面顯示的各類設(shè)備的狀態(tài)，來進(jìn)行相關(guān)的操作。操作時(shí)，運(yùn)行人員在上位機(jī)上通過點(diǎn)擊、拖動等方式控制所選設(shè)備，上位機(jī)將這些動作傳入下位機(jī)CPU中，由CPU處理后輸出至PLC的DO或AO模塊，接著由繼電器或接觸器等元器件實(shí)現(xiàn)對開關(guān)量的控制，由變頻器等電氣設(shè)備實(shí)現(xiàn)對模擬量的控制。
2 電力線載波通訊技術(shù)介紹
火電廠是主要使用煤炭作為一次能源的發(fā)電企業(yè)，燃輸系統(tǒng)的自動化應(yīng)用水平較差，工人工作時(shí)間長，勞動強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣（粉塵、潮濕），不利于工人的身心健康，且易發(fā)生事故。燃輸系統(tǒng)的重要組成部分葉輪給煤機(jī)，工作在露天堆煤場的地下坑道，主要由傳送帶、撥煤葉輪、行車、控制箱等組成。
電力線載波通訊技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)葉輪給煤機(jī)的遠(yuǎn)程自動控制，提高工作效率，改善工人的工作環(huán)境，使操作人員遠(yuǎn)離堆煤場的地下坑道。為了實(shí)現(xiàn)葉輪給煤機(jī)的遠(yuǎn)程自動控制，首先必需解決通信信道問題，目前可選的主要有：無線、專線和電力線載波三種方式。無線方式對于在電廠地下坑道內(nèi)工作，電磁干擾強(qiáng)、天線架設(shè)不易、信號傳輸不穩(wěn)定；專線方式由于線纜與葉輪給煤機(jī)行車來回運(yùn)動，線纜易斷裂卻不易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而造成不必要的損失；電力線載波方式采用葉輪給煤機(jī)的供電線路作為信號的傳輸介質(zhì)，不需另外鋪設(shè)線路，通信穩(wěn)定、誤碼率低，是實(shí)現(xiàn)葉輪給煤機(jī)遠(yuǎn)程自控的理想通信信道。
電力線載波通訊系統(tǒng)主要由給煤機(jī)、控制箱（帶PLC控制器）、變頻電機(jī)、電力線載波裝置、主控PLC及控制軟件等組成。
電力線載波通訊系統(tǒng)的主要功能：
1）撥煤葉輪速度控制(給煤量控制)；
2）給煤機(jī)行車方向控制；
3）給煤機(jī)工作位置監(jiān)控；
4）實(shí)時(shí)監(jiān)控傳送帶、葉輪給煤機(jī)、噴淋水泵及電源的工作狀態(tài)。
圖1 —— 葉輪給煤機(jī)系統(tǒng)功能圖
電力載波通訊系統(tǒng)是火電廠輸煤程控系統(tǒng)的一個組成部分，它利用葉輪給煤機(jī)的動力電源實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，解決了燃煤電廠煤溝內(nèi)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信難題，是輸煤程控給煤機(jī)通訊較良好的解決方案之一。
電力線載波通訊系統(tǒng)能夠提供一個透明的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通道，它由三部分組成：電力線調(diào)制解調(diào)器、信號轉(zhuǎn)換器和電力線耦合器。電力線載波通訊技術(shù)采用DPSK調(diào)制、異步半雙工工作模式，支持RS232/RS485串口通訊，具有抗惡劣環(huán)境應(yīng)用的能力。由于采用了多項(xiàng)代表現(xiàn)代電力電子、微電子、計(jì)算機(jī)、通信等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，如：離散多載波調(diào)制、格狀編碼調(diào)制、回波抵消、自適應(yīng)均衡、前向糾錯、噪聲平衡處理、碼分多址等，所以系統(tǒng)具有穩(wěn)定、可靠的特點(diǎn)，基本適應(yīng)任何結(jié)構(gòu)的電力線路。
3 電力線載波通訊系統(tǒng)在漳山電廠輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用
漳山電廠輸煤系統(tǒng)安裝有三臺葉輪給煤機(jī)，分別安裝在翻車機(jī)煤斗下方和汽車卸煤溝下方。其功能是通過可變頻調(diào)速的傳動系統(tǒng)帶動葉輪轉(zhuǎn)動，伸進(jìn)煤溝底部縫隙中的葉輪爪將煤均勻撥到運(yùn)行皮帶上運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)。
3.1 電力線載波通信系統(tǒng)
載波通訊系統(tǒng)由電力線調(diào)制解調(diào)器、信號轉(zhuǎn)換器、耦合器三部分設(shè)備組合而成。對于所需控制的設(shè)備，載波機(jī)都需要與耦合器一起（主－從）配對使用；而信號轉(zhuǎn)換器是完成A/D、D/A和開關(guān)量的轉(zhuǎn)換，根據(jù)用戶設(shè)備接口而定，使用時(shí)也需要（主－從）配對。
3.1.1 電力線調(diào)制解調(diào)器
電力線調(diào)制解調(diào)器又稱數(shù)字載波機(jī)，它可以將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一定波形和幅值的模擬信號，經(jīng)耦合器加載到電力線上，通過電力線傳輸?shù)较鄬?yīng)的另一臺載波機(jī)，再由它將信號解析出來。
3.1.2 信號轉(zhuǎn)換器
信號轉(zhuǎn)換器主要是作為模擬量、開關(guān)量的輸入/輸出的轉(zhuǎn)換功能，可接收設(shè)備的直流24V開關(guān)量輸入信號及4-20mA模擬量輸入信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送至主載波機(jī)；同時(shí)轉(zhuǎn)換器還可以將從載波機(jī)接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成干觸點(diǎn)的開關(guān)量輸出信號及4-20mA模擬量輸出信號。配合完成PLC、變頻器、電機(jī)等監(jiān)控設(shè)備完成數(shù)據(jù)的采集和控制作用。
3.1.3 電力線耦合器
電力線耦合器可將載波信號放大并耦合到380V以下的電力線上，也可接收電力線上載波信號，經(jīng)濾波后送入載波機(jī)，作為阻抗匹配、信號轉(zhuǎn)換等功能。
通過以上連接方式以及控制思路，能夠?qū)崿F(xiàn)對葉輪給煤機(jī)的遠(yuǎn)方控制，極大程度提高了生產(chǎn)效率，并且保證了生產(chǎn)的安全可靠性。在程控畫面上，運(yùn)行人員可以觀察到葉輪給煤機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，包括啟停狀態(tài)、行走狀態(tài)、轉(zhuǎn)速情況以及各項(xiàng)報(bào)警信息，而且可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新采取下一步的動作，控制葉輪給煤機(jī)的啟動或停止、前行或后退、轉(zhuǎn)速的調(diào)整以及確認(rèn)各項(xiàng)報(bào)警。工作現(xiàn)場可以做到無人看守，崗位值班人員可以定時(shí)巡檢現(xiàn)場皮帶機(jī)、葉輪給煤機(jī)等設(shè)備，極大限度的體現(xiàn)了設(shè)備的自動化程度。
4 電力線載波通訊技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及應(yīng)對方案
電力線載波通訊技術(shù)經(jīng)過近一年的應(yīng)用，總體效果十分良好，但是在具體應(yīng)用中，也存在一些問題，針對出現(xiàn)的這些問題，我們做出了相應(yīng)的改造。
4.1 載波通訊速度較緩慢：
因有發(fā)送與接收雙向通訊時(shí)間，一般響應(yīng)時(shí)間為8秒左右，最長響應(yīng)時(shí)間達(dá)到14秒，所以不能控制需要精準(zhǔn)動作的設(shè)備。如果遇到葉輪給煤機(jī)的葉輪爪被大型物件卡死等特殊事故，不能及時(shí)反應(yīng)。在實(shí)際運(yùn)行中，在葉輪給煤機(jī)沿線裝備全方位的工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)以及充足的照明，從而便于運(yùn)行人員監(jiān)視工況。在葉輪給煤機(jī)變頻器中設(shè)置多項(xiàng)保護(hù)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)自身保護(hù)，使設(shè)備在突發(fā)情況下不受損壞。
4.2 就地載波裝置突然失電情況應(yīng)對措施
載波通訊系統(tǒng)因靠電力線通訊，所以就地載波裝置在突然失電的情況下，系統(tǒng)接收不到回波，不能自動刷新當(dāng)前值，而是繼續(xù)以失電瞬間的數(shù)據(jù)向上位機(jī)反饋，并且上位機(jī)發(fā)出的指令也不能執(zhí)行，類似于系統(tǒng)癱瘓，只有斷掉遠(yuǎn)方載波電源并重新送電或者就地載波裝置重新帶電，當(dāng)前數(shù)據(jù)才能刷新。針對這一情況，在控制系統(tǒng)下位程序中對葉輪給煤機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下反饋超時(shí)不刷新做了一個條件判斷，并且在上位進(jìn)行報(bào)警，提示運(yùn)行人員注意。
4.3 載波故障處理培訓(xùn)
由于載波技術(shù)屬于無線通訊方式，相對有線通訊方式技術(shù)含量較高，再加上生產(chǎn)廠家的商業(yè)與技術(shù)保密，所以又被稱為“黑匣子”。在相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)缺陷需要檢修人員檢修的時(shí)候，處理缺陷的速度受到相當(dāng)大程度的影響，而且往往找不到問題最直接的根源所在，從而影響了設(shè)備的正常投運(yùn)。在和載波廠家交流之后，廠家安排了技術(shù)培訓(xùn)，并且有方向性的指導(dǎo)我們訂購備品備件，從而能夠保障在最快的時(shí)間內(nèi)將設(shè)備恢復(fù)。
4.4 葉輪給煤機(jī)無法受控或指令與反饋不同的問題處理
輸煤程序調(diào)試階段，出現(xiàn)葉輪給煤機(jī)無法受控或指令與反饋不同的現(xiàn)象，因?yàn)橄挛粰C(jī)PLC與上位機(jī)響應(yīng)時(shí)間都非常迅速，尤其是下位機(jī)，可達(dá)毫秒級，所以其與載波系統(tǒng)通訊時(shí)，兩種信號之間會有偏差或損失，從而出現(xiàn)上述現(xiàn)象。針對這類情形，將原有指令改為長指令即得解決。
5 關(guān)于電力線載波通訊技術(shù)應(yīng)用的一些設(shè)想
電力線載波通訊技術(shù)是新興的一項(xiàng)通訊技術(shù)，最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是改傳統(tǒng)的通訊、控制電纜硬接線方式為利用電力線路作為傳輸通道的傳播方式，極大地提高了自動化控制程度，其次，省去了需要敷設(shè)大量電纜的成本。隨著技術(shù)本身的成熟，目前在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中所出現(xiàn)的問題相信也會逐步得到解決，在工業(yè)現(xiàn)代化的建設(shè)中，這項(xiàng)革命性技術(shù)無疑將成為今后通訊方式的主流。
這項(xiàng)技術(shù)在漳山電廠的應(yīng)用，是充分考慮了現(xiàn)場場地、設(shè)備、生產(chǎn)運(yùn)行條件等多方面條件之后所作出的嘗試，經(jīng)過調(diào)試階段以及近一年的運(yùn)行，這套系統(tǒng)已經(jīng)逐步趨于穩(wěn)定，證實(shí)了載波通訊的優(yōu)越性能。
除輸煤系統(tǒng)葉輪給煤機(jī)外，我廠其它具有變頻調(diào)速功能的電氣設(shè)備尚未采用載波通訊這一手段加以控制，當(dāng)然，這與葉輪給煤機(jī)行走工作狀態(tài)有關(guān)——需要滑纜控制，而且目前載波系統(tǒng)造價(jià)還十分昂貴，在一次性投資上還未有明顯的優(yōu)勢，但是從長遠(yuǎn)的角度來看，載波系統(tǒng)的再投入的確是其它通訊控制方式所無法比擬的。
該技術(shù)在電力系統(tǒng)中其實(shí)早已廣泛的應(yīng)用，目前電力系統(tǒng)的微撥通訊電話早在八十年代就已經(jīng)廣泛的投入使用，而這套系統(tǒng)就是載波通訊技術(shù)較為簡單的應(yīng)用。在最近這幾年，電力系統(tǒng)有關(guān)部門已經(jīng)把工作重點(diǎn)放在電力線載波通訊技術(shù)上來，目前需要攻克的另一個技術(shù)難題就是電力線抄表、民用電抄表系統(tǒng)。中國擁有世界上最復(fù)雜、最龐大的民用電網(wǎng)，如果這一項(xiàng)技術(shù)能夠投入運(yùn)營，在節(jié)省了二次儀表、電纜等材料費(fèi)用的巨大開支這一首要優(yōu)勢下，還能夠徹底的避免竊電、儀表故障等事件事故的發(fā)生，使電網(wǎng)趨于穩(wěn)定、健康、文明的方向發(fā)展。可以說電力線載波通訊技術(shù)擁有十分美好的發(fā)展前景，這項(xiàng)新興技術(shù)必將深入自動化工業(yè)建設(shè)的每一個角落。
參考文獻(xiàn)：
《低壓電力線多載波通信系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)研究》 張有兵
