劉成進(jìn)
(福建能源集團(tuán)安溪煤矸石發(fā)電有限公司,福建 安溪 362411)
安溪煤矸石發(fā)電有限公司1、2號(hào)鍋爐給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),原設(shè)計(jì)為現(xiàn)場(chǎng)PLC自動(dòng)控制系統(tǒng),是江蘇賽摩拉姆齊技術(shù)有限公司配套產(chǎn)品。由于給煤機(jī)附近粉塵較多,控制柜又無(wú)密封設(shè)計(jì),導(dǎo)致接點(diǎn)積灰、磨損、老化和松動(dòng),使控制系統(tǒng)的故障經(jīng)常發(fā)生,增加了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的工作量。柜內(nèi)強(qiáng)電和弱電導(dǎo)線絞接在一起,相互干擾嚴(yán)重,最重要的是PLC控制器(PLC是精密電子設(shè)備,對(duì)環(huán)境要求較高)長(zhǎng)期處于惡劣環(huán)境下,其運(yùn)算性能和控制精度下降,常常因積灰出現(xiàn)誤動(dòng)作和誤報(bào)警,甚至拒動(dòng)作,且配件極貴,維護(hù)費(fèi)用高。而給煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),是鍋爐安全燃燒的重要組成部分。給煤機(jī)控制系統(tǒng)的控制精度是否準(zhǔn)確、控制邏輯是否正確和保護(hù)功能是否可靠,將直接影響給煤機(jī)的運(yùn)行,進(jìn)而影響整個(gè)火力發(fā)電機(jī)組的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于上述問(wèn)題的存在,難以保證鍋爐給煤控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,給煤機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)也在不斷發(fā)展,為了適應(yīng)DCS系統(tǒng)和燃煤機(jī)組精確計(jì)量和自動(dòng)控制的需要,以及公司安全生產(chǎn)的需要,決定進(jìn)行給煤機(jī)控制系統(tǒng)直接采用DCS控制的技術(shù)改造工作。
福建省安溪煤矸石發(fā)電有限公司1、2號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組,是裝機(jī)容量為50MW燃煤機(jī)組。其中,鍋爐是由濟(jì)南鍋爐廠生產(chǎn)的YG220/9.8-M2型循環(huán)流化床鍋爐;汽輪機(jī)是由武漢汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N50-8.83/535型凝汽式汽輪機(jī);發(fā)電機(jī)是由武漢汽輪發(fā)電機(jī)廠制造的QFS-50-2型發(fā)電機(jī);給煤機(jī)是江蘇賽摩拉姆齊技術(shù)有限公司生產(chǎn)的皮帶給煤機(jī),每臺(tái)機(jī)組共4套給煤機(jī),都是采用PLC控制。因給煤機(jī)常出現(xiàn)設(shè)備故障,導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷波動(dòng),甚至造成鍋爐停爐,時(shí)刻威脅機(jī)組安全運(yùn)行,因此對(duì)給煤機(jī)控制系統(tǒng)的可靠性,受到極大的關(guān)注。為提高電廠自動(dòng)化水平,滿足機(jī)組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、高效運(yùn)行的要求,經(jīng)過(guò)研究決定進(jìn)行如下技術(shù)改造:取消現(xiàn)場(chǎng)PLC控制器,其控制方法、控制過(guò)程、控制邏輯在DCS軟件上重新設(shè)計(jì)、重新編寫(xiě),采用DCS的強(qiáng)大功能,來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC控制器的自動(dòng)控制。
項(xiàng)目主要包括硬件及軟件兩部分。
該項(xiàng)目硬件部分的改造,主要是熱控控制信號(hào)的的改造工作,即由原輸入至PLC的信號(hào),全部改輸入至DCS相關(guān)卡件的端子,原部分電纜保留,主要信號(hào)做如下改造:
(1)氣動(dòng)出口插板門(mén)未開(kāi)到位跳閘保護(hù)。該項(xiàng)改造是取消原故障率極高、維護(hù)檢修難度較大的接觸式的限位開(kāi)關(guān),改用非接觸式的接近開(kāi)關(guān)信號(hào),送至DCS(該項(xiàng)改造已經(jīng)與賽摩拉姆齊技術(shù)有限公司取得聯(lián)系并被該公司采納,推廣全國(guó)相關(guān)的電廠使用)。
(2)給煤機(jī)出口溫度超80℃跳閘保護(hù)。該項(xiàng)改造是取消原精度等級(jí)較低的電接點(diǎn)雙金屬溫度計(jì),改用熱電偶溫度測(cè)量信號(hào)送到DCS,并且通過(guò)DCS軟件程序的軟接點(diǎn),實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)出口溫度高于80℃跳閘保護(hù)的功能。
(3)堵煤跳閘保護(hù)、斷皮帶跳閘保護(hù)和給煤機(jī)變頻器故障跳閘保護(hù)等,原信號(hào)直接進(jìn)入DCS。
(4)報(bào)警部分。給煤機(jī)皮帶跑偏報(bào)警,給煤機(jī)皮帶打滑報(bào)警,給煤機(jī)斷鏈報(bào)警,給煤機(jī)斷帶報(bào)警等,采用原PLC輸入信號(hào)進(jìn)入DCS,DCS實(shí)現(xiàn)軟接點(diǎn)語(yǔ)音報(bào)警、給煤機(jī)堵煤報(bào)警、給煤機(jī)超溫報(bào)警、給煤機(jī)變頻器故障等DCS取用保護(hù)信號(hào),DCS實(shí)現(xiàn)軟接點(diǎn)語(yǔ)音報(bào)警。
(5)輸出部分。DCS經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的邏輯判斷輸出指令的干接點(diǎn),直接接至原來(lái)PLC的輸出端子,啟動(dòng)給煤機(jī)及清掃機(jī),實(shí)現(xiàn)DCS自動(dòng)控制。
(1)給煤變頻控制盤(pán)接線的整理,重新排列新接線端子,將輸入PLC的相關(guān)接線接入DCS的相應(yīng)端子;
(2)鋪設(shè)DCS至就地一次部分的控制電纜,并在控制柜內(nèi)與一次部分的相應(yīng)端子進(jìn)行連接;
(3)完成給煤氣動(dòng)出口插板門(mén)接近開(kāi)關(guān),給煤機(jī)出口溫度熱電偶等一次部分的的安裝工作;
(4)完成控制線的接線工作;
(5)將給煤控制盤(pán)可靠接地;
(6)檢查控制回路、動(dòng)力回路接線是否正確;
(7)送電至給煤控制盤(pán);
(8)就地單體調(diào)試變頻器啟停功能、調(diào)速功能,氣動(dòng)出口插板門(mén)開(kāi)關(guān)等單體調(diào)試;
(9)DCS單體調(diào)試變頻器啟停功能、調(diào)速功能,氣動(dòng)出口插板門(mén)開(kāi)關(guān)等單體調(diào)試;
(10)整體啟動(dòng)調(diào)試。
以下清單按每臺(tái)給煤機(jī)統(tǒng)計(jì),共計(jì)8套(見(jiàn)表1)。
表1 設(shè)備材料清單表
安溪煤矸石發(fā)電有限公司DCS系統(tǒng)是上海新華分散處理系統(tǒng),它代表了新華的產(chǎn)品系列。軟件XDPS不局限于控制(Controlling),它強(qiáng)調(diào)的是過(guò)程處理(Processing),包含了控制及其他一些信息處理功能。XDPS可以構(gòu)成各種獨(dú)立的控制裝置、分散控制系統(tǒng)DCS、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA),它可以完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、過(guò)程控制、順序控制、高級(jí)控制、報(bào)警檢測(cè)、監(jiān)視和操作,可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、顯示和打印等處理。
XDPS由高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和人機(jī)接口站(MMI)與分散處理單元(DPU)三大部分組成,是一套融計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)、信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)為一體的工業(yè)信息技術(shù)系列產(chǎn)品。
XDPS的通訊網(wǎng)絡(luò),是以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的局域網(wǎng),其主干網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形冗余以太網(wǎng),通訊速率10Mbps/100Mbps。I/O卡件與DPU通訊采用1∶1冗余的10M以太網(wǎng),智能遠(yuǎn)程I/O采用1∶1冗余以太網(wǎng)與主干網(wǎng)連接。XDPS采用了最新的控制和信息技術(shù),把生產(chǎn)過(guò)程控制數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)綜合在一起,提供了工廠管理一體化的解決方案。
軟件編寫(xiě)部分內(nèi)容,主要是利用新華公司的生產(chǎn)的軟件——XDPS進(jìn)行PLC所有邏輯的編寫(xiě)工作,實(shí)現(xiàn)PLC自動(dòng)運(yùn)行系統(tǒng)相當(dāng)?shù)倪壿?。其邏輯與原來(lái)PLC基本相同,且改造了原來(lái)的PLC不足之處。優(yōu)化控制系統(tǒng)邏輯。
詳細(xì)編寫(xiě)過(guò)程是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,主要分成兩部分:一是DPU組態(tài),二是CRT畫(huà)面的制作。其中DPU組態(tài)及CRT畫(huà)面的制作的主要過(guò)程及順序是:控制邏輯的設(shè)計(jì)→全局點(diǎn)目錄的建立→DPU離線組態(tài)→DPU在線下裝→CRT畫(huà)面的制作→實(shí)現(xiàn)軟手操控制→單體試驗(yàn)。
實(shí)現(xiàn)的功能有:
(1)遠(yuǎn)程控制方式。主控室送出給煤機(jī)啟動(dòng)信號(hào)和給煤機(jī)停止信號(hào),給煤量請(qǐng)求信號(hào),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。控制系統(tǒng)將采集稱重信號(hào),同時(shí)處理馬達(dá)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)得到速度,由此計(jì)算出實(shí)際給煤率,將與用戶申請(qǐng)的給煤率比較,調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,以實(shí)現(xiàn)流量的控制;
(2)就地控制方式。在就地控制方式下,給煤機(jī)啟動(dòng)信號(hào)和給煤機(jī)停止信號(hào)以及給煤量請(qǐng)求信號(hào),由現(xiàn)場(chǎng)的按扭及變頻器人機(jī)界面給出。同樣,控制系統(tǒng)將采集的稱重信號(hào),同時(shí)處理馬達(dá)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)得到速度,由此計(jì)算出實(shí)際給煤率。系統(tǒng)將與用戶申請(qǐng)的給煤率比較,調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,以實(shí)現(xiàn)流量的控制;
(3)保護(hù)及報(bào)警措施。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)下列異常情況應(yīng)當(dāng)向主控室發(fā)出報(bào)警,并采取相關(guān)保護(hù)措施。
1)稱重傳感器失效。處理方式:向主控室報(bào)警;
2)測(cè)速傳感器失效,檢測(cè)不到轉(zhuǎn)速。處理方式:延時(shí)兩秒后,停止給煤機(jī)皮帶馬達(dá),向主控室報(bào)警;
3)用戶請(qǐng)求給煤率的輸入信號(hào)發(fā)生斷線。處理方式:給煤機(jī)向主控室報(bào)警;
4)變頻器故障。處理方式:當(dāng)給煤機(jī)皮帶馬達(dá)變頻器出現(xiàn)故障時(shí),向變頻器發(fā)出停止信號(hào),給煤機(jī)停止運(yùn)行,向主控室報(bào)警;
5)密碼保護(hù)畫(huà)面。保護(hù)用戶的操作權(quán)限,防止非操作人員進(jìn)入控制主畫(huà)面對(duì)設(shè)備誤操作或?qū)\(yùn)行參數(shù)進(jìn)行非法修改。
(4)系統(tǒng)畫(huà)面設(shè)置。
1)主畫(huà)面。顯示系統(tǒng)的控制方式和運(yùn)行狀態(tài),顯示實(shí)時(shí)煤流量和累計(jì)煤流量,實(shí)現(xiàn)就地控制方式下的給煤機(jī)啟動(dòng)和停止;
2)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置畫(huà)面。實(shí)現(xiàn)就地控制方式下的給煤率設(shè)定;
3)現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)顯示畫(huà)面。顯示馬達(dá)轉(zhuǎn)速和電流,皮帶線速度,用戶請(qǐng)求給煤率和實(shí)際給煤率等參數(shù);
4)報(bào)警顯示畫(huà)面。記錄異常故障情況發(fā)生的日期及時(shí)間。
給煤系統(tǒng)的CRT畫(huà)面如圖1所示。
圖1 給煤系統(tǒng)CRT畫(huà)面
技改工程投入運(yùn)行后,運(yùn)行效果良好,信號(hào)更加穩(wěn)定,保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確,報(bào)警系統(tǒng)語(yǔ)音功能更加可靠。該技改工作,充分保證了給煤機(jī)控制系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行,大大減小設(shè)備故障,減輕日常的維護(hù)強(qiáng)度,節(jié)約了維護(hù)成本,為公司的長(zhǎng)周期運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。最重要的是,基本上可以不用設(shè)備維護(hù)費(fèi)用(除一次元件外),年平均可節(jié)約維護(hù)費(fèi)用12萬(wàn)元左右,同時(shí)保證了公司機(jī)組的安全穩(wěn)定生產(chǎn),提高了公司的整體經(jīng)濟(jì)效益。
2009年5月和2008年10月,分別對(duì)安溪煤矸石發(fā)電有限公司1、2號(hào)爐共8臺(tái)給煤機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造。給煤機(jī)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)技術(shù)改造后,兩臺(tái)爐給煤機(jī)控制系統(tǒng)投入運(yùn)行已一年有余。在這一年多的時(shí)間里,給煤機(jī)故障的事故發(fā)生次數(shù)為零,運(yùn)行維護(hù)工作也幾乎為零。同時(shí),也杜絕了因控制系統(tǒng)引起的非計(jì)劃停車,克服了原來(lái)信息不足給分析事故原因帶來(lái)的困難,利用SOE報(bào)警信息能夠及時(shí)查明停車原因。
DCS系統(tǒng)為操作人員提供一個(gè)良好的人機(jī)界面,方便有效地對(duì)鍋爐給煤控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和控制,克服了原PLC控制系統(tǒng)多數(shù)信號(hào)只在內(nèi)部處理的弊端。同時(shí)在保留其控制原理的基礎(chǔ)上,將PLC控制方式改造為DCS控制下可選擇的串級(jí)、自動(dòng)、手動(dòng)3種操作模式。徹底解決原來(lái)誤動(dòng)作停車原因不明、系統(tǒng)通訊中斷故障等一系列的制約因素。事故原因能夠通過(guò)DCS的SOE、歷史趨勢(shì)得到準(zhǔn)確判斷,表明控制系統(tǒng)瓶頸問(wèn)題已經(jīng)消除。
事實(shí)充分證明,安溪煤矸石發(fā)電有限公司給煤機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)改造方案是合理的,DCS的邏輯組態(tài)是正確的,技術(shù)改造工程是成功的。本改造工作采用DCS控制給煤系統(tǒng),不僅簡(jiǎn)單方便,而且可靠性提高。對(duì)于節(jié)約能源、提高經(jīng)濟(jì)效益及保證設(shè)備安全生產(chǎn)都有著重大意義。
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