摘 要：通過電力線載波通訊技術在漳山電廠輸煤程控系統中的應用情況，一方面系統的闡述了電力載波通訊技術的原理和設計方案，另一方面分析了此項技術在運行過程中出現的問題，提出了一些合理建議及設想。
關鍵詞：載波 葉輪給煤機 應用 問題 應對方案 設想
漳山電廠位于山西長治市北郊，一期工程安裝兩臺300MW的燃煤發電機組，二期工程安裝兩臺600MW的燃煤發電機組，年需燃煤450萬噸。燃煤運輸采用鐵路運輸和汽車運輸相結合的方式，其中鐵路年運煤量為300萬噸，汽車年運煤量150萬噸。
1 漳山電廠輸煤程控系統簡介
山西漳山發電有限責任公司輸煤程控系統采用PLC程序控制。上位機使用i－Fix軟件，繪制輸煤系統示意圖及控制設備，利用相關功能實現點對點、點對多點的操作以及參數和數據的顯示，以供運行人員分析判斷；下位機使用SIEMENS S7400 PLC的硬件和S－7軟件編寫相關程序，配合上位機實現整個輸煤系統中的聯鎖啟�？刂乒δ�。
系統中上位機設計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操作員站的角色，并且使用功能完全相同。下位機機柜安裝位置在控制室之外的電子間內，CPU采用S7400容錯系統冗余配置，以保障整個系統的穩定運行。整個程控系統的供電方式采用雙路電源冗余供應，并且實現無擾切換，系統備有不間斷電源UPS，防止雙路電源同時失電的情況發生。
上位機與下位機之間通訊采用RJ45雙絞線、以太網通訊協議實現，就地設備的啟停狀態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供源兩種方式，反饋統一使用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進行處理，并最終反映在上位機畫面上，提供現場各類設備的狀態信息，運行人員通過觀察并判斷畫面顯示的各類設備的狀態，來進行相關的操作。操作時，運行人員在上位機上通過點擊、拖動等方式控制所選設備，上位機將這些動作傳入下位機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現對開關量的控制，由變頻器等電氣設備實現對模擬量的控制。
2 電力線載波通訊技術介紹
火電廠是主要使用煤炭作為一次能源的發電企業，燃輸系統的自動化應用水平較差，工人工作時間長，勞動強度大，工作環境惡劣（粉塵、潮濕），不利于工人的身心健康，且易發生事故。燃輸系統的重要組成部分葉輪給煤機，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能夠實現葉輪給煤機的遠程自動控制，提高工作效率，改善工人的工作環境，使操作人員遠離堆煤場的地下坑道。為了實現葉輪給煤機的遠程自動控制，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工作，電磁干擾強、天線架設不易、信號傳輸不穩定；專線方式由于線纜與葉輪給煤機行車來回運動，線纜易斷裂卻不易及時發現，從而造成不必要的損失；電力線載波方式采用葉輪給煤機的供電線路作為信號的傳輸介質，不需另外鋪設線路，通信穩定、誤碼率低，是實現葉輪給煤機遠程自控的理想通信信道。
電力線載波通訊系統主要由給煤機、控制箱（帶PLC控制器）、變頻電機、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的主要功能：
1）撥煤葉輪速度控制(給煤量控制)；
2）給煤機行車方向控制；
3）給煤機工作位置監控；
4）實時監控傳送帶、葉輪給煤機、噴淋水泵及電源的工作狀態。
圖1 —— 葉輪給煤機系統功能圖
電力載波通訊系統是火電廠輸煤程控系統的一個組成部分，它利用葉輪給煤機的動力電源實現數據通訊，解決了燃煤電廠煤溝內的遠程數據通信難題，是輸煤程控給煤機通訊較良好的解決方案之一。
電力線載波通訊系統能夠提供一個透明的遠程數據傳輸通道，它由三部分組成：電力線調制解調器、信號轉換器和電力線耦合器。電力線載波通訊技術采用DPSK調制、異步半雙工工作模式，支持RS232/RS485串口通訊，具有抗惡劣環境應用的能力。由于采用了多項代表現代電力電子、微電子、計算機、通信等領域的先進技術，如：離散多載波調制、格狀編碼調制、回波抵消、自適應均衡、前向糾錯、噪聲平衡處理、碼分多址等，所以系統具有穩定、可靠的特點，基本適應任何結構的電力線路。
3 電力線載波通訊系統在漳山電廠輸煤系統中的應用
漳山電廠輸煤系統安裝有三臺葉輪給煤機，分別安裝在翻車機煤斗下方和汽車卸煤溝下方。其功能是通過可變頻調速的傳動系統帶動葉輪轉動，伸進煤溝底部縫隙中的葉輪爪將煤均勻撥到運行皮帶上運輸到指定地點。
3.1 電力線載波通信系統
載波通訊系統由電力線調制解調器、信號轉換器、耦合器三部分設備組合而成。對于所需控制的設備，載波機都需要與耦合器一起（主－從）配對使用；而信號轉換器是完成A/D、D/A和開關量的轉換，根據用戶設備接口而定，使用時也需要（主－從）配對。
3.1.1 電力線調制解調器
電力線調制解調器又稱數字載波機，它可以將數字信號轉換成一定波形和幅值的模擬信號，經耦合器加載到電力線上，通過電力線傳輸到相對應的另一臺載波機，再由它將信號解析出來。
3.1.2 信號轉換器
信號轉換器主要是作為模擬量、開關量的輸入/輸出的轉換功能，可接收設備的直流24V開關量輸入信號及4-20mA模擬量輸入信號，并將這些信號轉換成數字信號送至主載波機；同時轉換器還可以將從載波機接收到的數字信號轉換成干觸點的開關量輸出信號及4-20mA模擬量輸出信號。配合完成PLC、變頻器、電機等監控設備完成數據的采集和控制作用。
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，經濾波后送入載波機，作為阻抗匹配、信號轉換等功能。
通過以上連接方式以及控制思路，能夠實現對葉輪給煤機的遠方控制，極大程度提高了生產效率，并且保證了生產的安全可靠性。在程控畫面上，運行人員可以觀察到葉輪給煤機的各項數據，包括啟停狀態、行走狀態、轉速情況以及各項報警信息，而且可以根據實時數據的刷新采取下一步的動作，控制葉輪給煤機的啟動或停止、前行或后退、轉速的調整以及確認各項報警。工作現場可以做到無人看守，崗位值班人員可以定時巡檢現場皮帶機、葉輪給煤機等設備，極大限度的體現了設備的自動化程度。
4 電力線載波通訊技術在實際應用中出現的問題及應對方案
電力線載波通訊技術經過近一年的應用，總體效果十分良好，但是在具體應用中，也存在一些問題，針對出現的這些問題，我們做出了相應的改造。
4.1 載波通訊速度較緩慢：
因有發送與接收雙向通訊時間，一般響應時間為8秒左右，最長響應時間達到14秒，所以不能控制需要精準動作的設備。如果遇到葉輪給煤機的葉輪爪被大型物件卡死等特殊事故，不能及時反應。在實際運行中，在葉輪給煤機沿線裝備全方位的工業電視監視系統以及充足的照明，從而便于運行人員監視工況。在葉輪給煤機變頻器中設置多項保護參數，以實現自身保護，使設備在突發情況下不受損壞。
4.2 就地載波裝置突然失電情況應對措施
載波通訊系統因靠電力線通訊，所以就地載波裝置在突然失電的情況下，系統接收不到回波，不能自動刷新當前值，而是繼續以失電瞬間的數據向上位機反饋，并且上位機發出的指令也不能執行，類似于系統癱瘓，只有斷掉遠方載波電源并重新送電或者就地載波裝置重新帶電，當前數據才能刷新。針對這一情況，在控制系統下位程序中對葉輪給煤機在運行狀態下反饋超時不刷新做了一個條件判斷，并且在上位進行報警，提示運行人員注意。
4.3 載波故障處理培訓
由于載波技術屬于無線通訊方式，相對有線通訊方式技術含量較高，再加上生產廠家的商業與技術保密，所以又被稱為“黑匣子”。在相關設備出現缺陷需要檢修人員檢修的時候，處理缺陷的速度受到相當大程度的影響，而且往往找不到問題最直接的根源所在，從而影響了設備的正常投運。在和載波廠家交流之后，廠家安排了技術培訓，并且有方向性的指導我們訂購備品備件，從而能夠保障在最快的時間內將設備恢復。
4.4 葉輪給煤機無法受控或指令與反饋不同的問題處理
輸煤程序調試階段，出現葉輪給煤機無法受控或指令與反饋不同的現象，因為下位機PLC與上位機響應時間都非常迅速，尤其是下位機，可達毫秒級，所以其與載波系統通訊時，兩種信號之間會有偏差或損失，從而出現上述現象。針對這類情形，將原有指令改為長指令即得解決。
5 關于電力線載波通訊技術應用的一些設想
電力線載波通訊技術是新興的一項通訊技術，最顯著的優點就是改傳統的通訊、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，省去了需要敷設大量電纜的成本。隨著技術本身的成熟，目前在實際生產運行中所出現的問題相信也會逐步得到解決，在工業現代化的建設中，這項革命性技術無疑將成為今后通訊方式的主流。
這項技術在漳山電廠的應用，是充分考慮了現場場地、設備、生產運行條件等多方面條件之后所作出的嘗試，經過調試階段以及近一年的運行，這套系統已經逐步趨于穩定，證實了載波通訊的優越性能。
除輸煤系統葉輪給煤機外，我廠其它具有變頻調速功能的電氣設備尚未采用載波通訊這一手段加以控制，當然，這與葉輪給煤機行走工作狀態有關——需要滑纜控制，而且目前載波系統造價還十分昂貴，在一次性投資上還未有明顯的優勢，但是從長遠的角度來看，載波系統的再投入的確是其它通訊控制方式所無法比擬的。
該技術在電力系統中其實早已廣泛的應用，目前電力系統的微撥通訊電話早在八十年代就已經廣泛的投入使用，而這套系統就是載波通訊技術較為簡單的應用。在最近這幾年，電力系統有關部門已經把工作重點放在電力線載波通訊技術上來，目前需要攻克的另一個技術難題就是電力線抄表、民用電抄表系統。中國擁有世界上最復雜、最龐大的民用電網，如果這一項技術能夠投入運營，在節省了二次儀表、電纜等材料費用的巨大開支這一首要優勢下，還能夠徹底的避免竊電、儀表故障等事件事故的發生，使電網趨于穩定、健康、文明的方向發展�？梢哉f電力線載波通訊技術擁有十分美好的發展前景，這項新興技術必將深入自動化工業建設的每一個角落。
參考文獻：
《低壓電力線多載波通信系統及其相關技術研究》 張有兵
