谢亮
（国家能源集团谏壁发电厂）
摘 要：当前，PLC程序控制被广泛应用于工业领域，并为检修人员的故障分析与排查工作提供了较大便利。某电厂燃料输煤系统中的全自动采样装置为德博利恩公司产品，使用了S7-200系列PLC进行控制，本文主要结合该电厂采样装置样品收集器中卸料阀发生故障未能及时停机与报警的案例，对基于PLC控制的输煤采样电气设备的故障分析、处理以及程序的完善过程进行阐述，可供使用同类设备的火电企业参考。
关键词：输煤系统 全自动采样装置 PLC 设备故障
引言
大多数火力发电厂燃煤成本都占企业经营成本的70%以上，燃煤是否质价相符一直是火力发电企业关注的重点。而入厂煤的采样装置一旦发生故障，轻则使得船舶接卸过程中的燃煤无法正常采集，导致卸煤过程中断，延长船舶接卸时间，重则发生采集样品混合，导致燃煤化验结果失准，给企业带来经济损失，所以我们燃料生产检修人员在日常工作中首先要保证的就是采制样装置的可靠投运。
下面，本人将结合某电厂新投运的全自动采样装置，在煤样正常采集时发生的煤样装罐暂存至集中卸料过程中，卸料阀发生故障，但设备未停机且无报警输出的故障案例，进行分析与阐述。
一、设备简介
某电厂全自动采样装置属于输煤皮带中部采样设备，由触摸屏结合西门子S7-200系列PLC进行控制，分为手动与自动控制模式两种，其工作流程大致为：初级采样头采样、破碎机碎煤、缩分得到样品、样品装罐暂存、按采集批次输送至制样机进行化验样品制备。
发生故障的样品收集器组成如（图1）所示，共由6个集样罐组成，入料口与放料口位置相距180°，卸料阀位于放料口上部，通过气动执行装置下压带动集样罐仓门打开，气动执行装置上部设有一原位检测传感器，负责检测气动执行装置是否缩回到位。
样品收集工作流程：在采样开始前，空样品罐转入进料口下方准备接料，终端控制系统根据输煤批次自动生成采样编码写入对应集样罐。
开始采集后，输煤皮带上采集的煤样从入料口进入，储存在集样罐中，采集到设定值14个点位后，集样罐在中部选择电机的带动下旋转，由空余无采集点数的集样罐继续进行样品收集工作。当一批次样品全部采集完毕，采样编码进行更新，当全自动制样机具备制样条件后，同一批次的样品进行卸料工作。
二、故障简介
某日，该采样装置在正常运行过程中，运行巡检员检查发现集样罐上的称重数据与采集点数不符，随即联系检修人员进行处理。检修人员检查过程中发现，集样罐上显示的采集点数仅有7个，但称重却有20多kg的数据（正常情况下一个采样点数煤样重量大致为1kg）。同时，放样记录中显示不久前#1集样罐有一条放样信息，其余设备正常运行，控制终端上无报警记录。
由于运行人员的及时发现，检修人员的快速处理，该问题的发生未导致故障影响进一步扩大，但事故的隐患却并未消除。倘若无人发现设备异常，下批次的煤样经过一个循环后再次装入该集样罐，则可能发生混样甚至满罐的现象，给企业带来经济上的损失。
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图1.样品收集器
三、故障诊断
通过现场勘查，收集信息如下：
（1）集样罐各限位状态正常，且组态画面中无故障、报警等信息；
（2）组态画面中显示重量异常为21.6kg，入料口侧集样罐点数为7；
（3）放料口侧样品罐中有存煤，半小时前有放样记录，放料14个采集点；
（4）放料阀执行装置上的原位检查传感器，其状态正常；
（5）活塞式空压机三角带断裂一根。
样品收集器的动作的大致流程为：
①根据PLC程序条件，输出样品放料阀打开Q2.3，开始卸料；
②放料阀气动执行装置动作，I1.0样品放料阀原位检测限位断开；
③根据PLC程序条件，样品放料阀Q2.3断开；
④放料阀气动执行装置回位，I1.0样品放料阀原位检测限位导通，卸料完成。
通过对原PLC程序（图2）故障逻辑的解读，样品放料阀Q2.3动作后，放料阀原位检测限位I1.0断开，T178计时器开始计时，延时15秒后置位M12.0中继，输出卸料阀故障报警信号，该逻辑仅判断放料阀气动执行装置正常工作时，未返回原位的故障。
而故障发生时，虽然样品放料阀Q2.3动作，但气动执行装置由于缺气未正常执行，放料阀原位检测限位I1.0仍处于导通状态时，无法触发T178计时器，才导致故障发生时未能及时进行停机、报警等处理。
故障分析：
主要原因：由于三角带断裂造成的集样罐气动执行装置未动作，导致集样罐未成功放料。
次要原因：PLC程序的不完善，对故障情况判断不到位，问题发生后未能及时报警。
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图2.原卸料阀故障判断程序
四、程序完善
针对PLC程序缺乏对其他故障情况的判断，本人首先对卸料过程可能发生的故障进行分析，大致分为三种：
①样品放料阀Q2.3输出后，执行装置故障未动作，I1.0样品放料阀原位检测限位一直处于导通状态。
②样品放料阀Q2.3输出后，气动执行装置动作存在卡阻，I1.0样品放料阀限位长时间断开，放料阀动作流程超时。
结合得出的两种故障可能，本人对原程序进行修改，修改后的程序如图3所示。首先增加了T179计时器，通过样品放料阀Q2.3和样品放料阀原位检测限位I1.0的常开点触发，对执行装置故障未动作的可能性进行检测。
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图3.修改后的卸料阀故障判断程序
此外考虑到I1.0样品放料阀原位检测限位存在断线、PLC未接收到输入信号的可能性，本人又对原程序中T178计时器触发回路中的样品放料阀Q2.3开点进行删除，这样既不影响气动执行装置未能回到原位的正常检测，也保障了特殊情况下（I1.0信号丢失）的正常故障检测，进一步提升了故障判断的可靠性。
最后，结合现场设备的运行状况和动作时间等因素，将T179计时器的延时时间设置为3s，同时由于T178计时器缺少了样品放料阀Q2.3的输出信号触发，将T178计时器的延时时间增加到了20s。经测试，相关参数能在最大限度保障故障报警及时性的前提下，不发生误报等影响设备的正常运行的意外情况。
目前，该厂全自动采样装置PLC程序的修改部分已同步更新至同期建设的另3台采样装置中，在4台采样装置的长期使用测试过程中，未发现其他异常情况。此外，在后续几次卸料阀故障发生过程中，无论是气压不足导致的卸料阀动作失败，还是放料阀卡阻未能成功缩回的故障，PLC程序都成功进行了检测，并及时将采样装置停运，输出报警信息至程控上位机画面，提醒运行人员至现场进行检查，给设备的可靠运行带来了较大提升。
五、结语
在上述采样装置样品收集器卸料阀故障未报警的案例中，故障排查的主要过程遵循了电气设备检修的几个原则：
①先检查外部可见设备、传感器等，由外而内的进行逐步摸排。
②熟悉设备相关数据参数，深入发掘设备组态监控画面中的相关有用信息。
③结合PLC程序在线监控进行故障判断，通过查看PLC编程的控制逻辑，反推故障发生的可能性。
本案例中PLC程序的改动虽然简单，但采样装置的可靠性却得到了较大提升，系统运行过程中再也不用担心因放料失败的误判断导致煤样混合的问题发生，给企业煤质检验提供了有力的保障。
随着火电企业智能化项目的日趋完善，火电厂所有入厂煤采样、制样、气动传输、存取样环节都逐步实行了全自动化控制，人员介入的减少就对设备可靠性提出了进一步的要求。而在全自动设备的使用过程，必将伴随着一个个问题的暴露，我们检修维护人员的职责就是逐步的修补和完善，为设备的稳定运行提供可靠的保障。
未来燃料智能化必定还是火电企业燃料管控优化的发展方向，随着物联网及自动化技术的发展，燃料采制样设备还有许多的发展空间，如做到真正的全过程无人值守智能化采制样将是我们进一步研究的方向。
参考文献：
1．刘浩. 基于PLC控制的输煤电气设备故障处理分析[J]. 电力安全技术, 2018, 020(007):58-59.