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。

1 工程特點(diǎn)及項(xiàng)目技術(shù)措施方案

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。

2 項(xiàng)目技術(shù)內(nèi)容及步驟

項(xiàng)目主要包括硬件及軟件兩部分。

2.1 硬件改造內(nèi)容

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。

2.2 硬件改造步驟

（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。

2.3 設(shè)備材料清單

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

2.4 軟件部分簡(jiǎn)介

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。

2.5 軟件編寫(xiě)所達(dá)到的系統(tǒng)功能要求

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

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

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。

4 結(jié)束語(yǔ)

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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