國(guó)家電投集團(tuán)寧夏能源鋁業(yè)有限公司 王 鋒

基于CAN總線技術(shù)的分布式控制系統(tǒng)在輸煤程控中的應(yīng)用研究

國(guó)家電投集團(tuán)寧夏能源鋁業(yè)有限公司 王 鋒

本文論述了基于CAN總線技術(shù)的分布式控制系統(tǒng)在輸煤程控中的應(yīng)用研究。詳細(xì)分析了輸煤程控系統(tǒng)現(xiàn)狀,列舉了諸多問(wèn)題和不足,結(jié)合新技術(shù)提供了有效的解決方案,具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性。

CAN總線技術(shù);分布式;輸煤程控;應(yīng)用研究

1 輸煤程控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

隨著我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展,火力發(fā)電廠的裝機(jī)容量也在不斷提高,輸煤系統(tǒng)的工藝要求以及規(guī)模也在不斷發(fā)生變化。大多數(shù)電廠的輸煤系統(tǒng)采用PLC作為主控制器,并將輸煤工藝中的所有控制邏輯集中在主控制器內(nèi),通過(guò)鋪設(shè)大范圍的通信電纜,與分布在輸煤工藝沿線的就地設(shè)備建立通訊,并控制就地的執(zhí)行機(jī)構(gòu),以此實(shí)現(xiàn)輸煤現(xiàn)場(chǎng)所有設(shè)備的自動(dòng)化控制。輸煤系統(tǒng)中常見(jiàn)的DI、DO、AI、AO、RTD等類(lèi)型的變量均需通過(guò)專(zhuān)用且獨(dú)立的通信電纜實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸,導(dǎo)致電纜耗費(fèi)量極大。且因所有控制邏輯均在主控制器中,導(dǎo)致主控制器負(fù)荷較重,且一旦發(fā)生故障,則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障,影響輸煤程控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以上技術(shù)為目前火電廠的主流方案。

上述方案存在主要問(wèn)題有:

1)控制電纜消耗大

輸煤現(xiàn)場(chǎng)往往占地面積較大,設(shè)備較多且分布較為分散,地形也較為復(fù)雜,往往需要挖設(shè)電纜溝、架設(shè)電纜橋架等前序工作,同時(shí)需要鋪設(shè)大量電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。導(dǎo)致人工成本、物料成本隨著輸煤現(xiàn)場(chǎng)的分布范圍變化而成倍增長(zhǎng)。因此,采用總線技術(shù)的分布式控制系統(tǒng)可以大大減少現(xiàn)場(chǎng)電纜的消耗量,同時(shí)降低投資成本。

2)施工難度較大

例如某電廠二期工程, 2007年設(shè)計(jì),整個(gè)程控系統(tǒng)設(shè)主控室1個(gè),煤倉(cāng)層設(shè)2個(gè)遠(yuǎn)程站,控制電纜總長(zhǎng)度約為180公里?，F(xiàn)場(chǎng)需要大量的人力物力進(jìn)行電纜敷設(shè)、查線、校線。直接導(dǎo)致該工程項(xiàng)目的投資成本急劇增加,因此,采用總線技術(shù)的分布式控制系統(tǒng)對(duì)降低項(xiàng)目總成本是有裨益的。

3)系統(tǒng)可靠性差

由于輸煤現(xiàn)場(chǎng)眾多設(shè)備的控制電纜和動(dòng)力電纜都需要經(jīng)過(guò)電纜溝、電纜槽架,其間距往往較小,彼此之間存在較強(qiáng)的電磁干擾,這將可能導(dǎo)致控制系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤信號(hào)的傳輸,甚至可能導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的誤動(dòng)作,存在嚴(yán)重的安全隱患。此外,輸煤現(xiàn)場(chǎng)往往條件惡劣,粉塵、潮濕等惡劣工況亦會(huì)對(duì)通信線路帶來(lái)惡劣影響,甚至有可能出現(xiàn)線路破皮、斷路等現(xiàn)象;再者,所有控制邏輯均集中在主PLC內(nèi),一旦主PLC發(fā)生故障,將會(huì)影響到所有的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備,打亂正常的電力生產(chǎn)。同時(shí),控制系統(tǒng)的恢復(fù)也存在較大難度。

4)檢修與維護(hù)工程量大

輸煤沿線往往距離較長(zhǎng),電纜一旦出現(xiàn)通信中斷,工作人員需要在大量的電纜中,排查壞點(diǎn)。其難度與復(fù)雜度可想而知。而且排障的持續(xù)時(shí)間也較長(zhǎng),影響系統(tǒng)的恢復(fù)時(shí)間。

2 基于CAN總線的分布式智能控制系統(tǒng)

當(dāng)前大部分輸煤程控系統(tǒng)采用集中式控制,將PLC控制設(shè)備集中在控制室,針對(duì)以上方案存在的弊端,本文提出了基于CAN總線技術(shù)的分布式智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將原本集中在主控PLC的大量控制邏輯下放至就地控制器,大大減輕主控PLC運(yùn)算負(fù)擔(dān),主控PLC只需完成各分布式控制器之間的協(xié)同工作以及與上位機(jī)通信即可。同時(shí),將CAN總線技術(shù)應(yīng)用在輸煤程控系統(tǒng)中,也是一項(xiàng)重大創(chuàng)新。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀,以及目前各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在工程中實(shí)際應(yīng)用的效果、方便性、經(jīng)濟(jì)性等全方位的比較和分析,本總線智能控制單元采用國(guó)際上標(biāo)準(zhǔn)的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù),只需再另外配置CAN總線網(wǎng)關(guān),即可實(shí)現(xiàn)與當(dāng)今主流PLC控制器的通信。此外,一些先進(jìn)機(jī)電設(shè)備,出廠時(shí)已經(jīng)具備CAN總線通信接口,且CAN總線通信的相關(guān)設(shè)備價(jià)格低廉,可以大大減少工程投資;亦可節(jié)省大量控制電纜,在減少施工量的同時(shí),節(jié)約了材料。

應(yīng)用CAN總線分布式控制系統(tǒng),具體思路為:首先將輸煤現(xiàn)場(chǎng)的所有被控設(shè)備,在就地設(shè)置就地控制箱,再在每一個(gè)就地控制箱內(nèi)安裝具有邏輯控制功能以及CAN總線通信功能的智能控制器,該控制器負(fù)責(zé)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的所有開(kāi)關(guān)量、模擬量建立連接;根據(jù)控制器內(nèi)集成的控制邏輯,完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制。由于控制邏輯的下放,使得輸煤控制室內(nèi)只需設(shè)置PLC主機(jī)即可,省去大量數(shù)字量、模擬量模塊。

采用基于CAN中心的分布式智能控制單元,其CAN總線芯片價(jià)格低廉,并且只需一個(gè)CAN總線網(wǎng)關(guān),即可與施耐德、西門(mén)子等主流PLC主機(jī)設(shè)備相連接。

總體講有以下多項(xiàng)優(yōu)勢(shì):

1)降低工程電纜造價(jià)

采用CAN總線技術(shù)的通信方式,只需配備一根通信電纜即可,所有受控設(shè)備掛載CAN總線上,主控PLC通過(guò)尋址的方式,完成對(duì)所有就地設(shè)備的控制,大大減少了電纜消耗量。

2)輸煤系統(tǒng)電纜通道減少

由于電纜消耗量的減少,使得電纜鋪設(shè)、架設(shè)的工程量也隨之減少,工人在鋪設(shè)電纜時(shí),不必進(jìn)行繁瑣且具有一定危險(xiǎn)性的作業(yè);后期在設(shè)備正式運(yùn)行后,輸煤現(xiàn)場(chǎng)巡檢人員也不必進(jìn)行復(fù)雜的巡檢、維修工作。

3)輸煤程控系統(tǒng)更簡(jiǎn)單

分布式智能控制系統(tǒng),將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制權(quán)限下放至就地控制器,使得程控柜的需求量得以減少,節(jié)省了程控室空間,進(jìn)而節(jié)約資金和空間成本。主控PLC只需負(fù)責(zé)與上位機(jī)的通信、顯示以及與就地設(shè)備間的通信,其計(jì)算量大大減少,進(jìn)而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。輸煤程控技術(shù)人員在后期維護(hù)時(shí),較為簡(jiǎn)單的程控系統(tǒng),可以大大減小設(shè)備檢修的復(fù)雜程度。

4)工程施工周期縮短

在輸煤程控系統(tǒng)工程建設(shè)過(guò)程中,電纜敷設(shè)、電纜接線工作耗費(fèi)了現(xiàn)場(chǎng)最大量的時(shí)間,部分施工還具有一定危險(xiǎn)性。當(dāng)采用CAN總線方案時(shí),電纜根數(shù)極少,極大的減少了工程量,縮短了工程的建設(shè)周期,提高了工程的總體效益;同時(shí),也避免了施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)。

5)系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間加快

由于電纜接線工作量的急劇減少,使得現(xiàn)場(chǎng)校線的工作量接近為零,調(diào)試人員的工作僅在于軟件內(nèi)對(duì)控制畫(huà)面與控制對(duì)象的關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行核對(duì),而不再有現(xiàn)場(chǎng)的校線工作量,極大的縮短了系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間。同時(shí),該智能控制單元集成了配套設(shè)備的控制工藝程序,免去施工人員的二次開(kāi)發(fā)。

6)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作簡(jiǎn)單

由于接線簡(jiǎn)單,系統(tǒng)基本上沒(méi)有電纜的維護(hù)工作量,再加上系統(tǒng)的自診斷能力和極高的自動(dòng)化水平,為維護(hù)人員提供了各種故障判斷信息,從而極大的減輕了維護(hù)人員的工作。同時(shí),每臺(tái)控制器在功能上相對(duì)獨(dú)立,即使后期出現(xiàn)故障,只需將故障件替換,不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。

7)系統(tǒng)功能擴(kuò)充能力增強(qiáng)

由于CAN總線技術(shù)的特點(diǎn),新增設(shè)備只需設(shè)定一個(gè)與已有設(shè)備不同的通信地址,并設(shè)置正確的通信波特率,即可加入到現(xiàn)有輸煤程控系統(tǒng)內(nèi),CAN總線支持255個(gè)通信地址,完全滿足輸煤程控系統(tǒng)的需求。

3 小結(jié)

本文提出了基于CAN總線通信技術(shù)的分布式輸煤程控控制系統(tǒng),并著重分析了該技術(shù)在輸煤系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行方面的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用,驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可行性與有效性。為電廠輸煤系統(tǒng)的智能化建設(shè),提供了有效的解決方案。