中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工（寧夏）有限公司熱電廠 楊永沖

基于DSP技術(shù)的總線智能控制系統(tǒng)在輸煤程控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

中國(guó)石化長(zhǎng)城能源化工（寧夏）有限公司熱電廠 楊永沖

1. 輸煤程控系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

近幾年來(lái)，我國(guó)火力發(fā)電廠單臺(tái)機(jī)組容量不斷加大，輸煤工藝系統(tǒng)的規(guī)模也變的日益龐大。目前的控制方案多采用MODICON、AB、西門子等PLC系統(tǒng)，在輸煤程控室設(shè)置集中的雙機(jī)熱備CPU，執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)的控制邏輯，再在若干個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，設(shè)置多個(gè)遠(yuǎn)程站，在遠(yuǎn)程站配置PLC的DI、DO、AI、AO、熱電阻或熱電阻模塊，設(shè)置大量的I/O隔離繼電器，以及外接大量的至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地控制箱及MCC柜的控制電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)。此技術(shù)目前仍然是主流方案，在目前正在建設(shè)的火電廠自動(dòng)化中基本上均采用此方案。

上述方案帶來(lái)的主要問(wèn)題有：

1）控制電纜需求量很大

由于輸煤系統(tǒng)距離長(zhǎng)，設(shè)備分散的原因，使輸煤程控系統(tǒng)對(duì)控制電纜的消耗極大，輸煤程控系統(tǒng)的總投資已不主要取決于PLC控制系統(tǒng)本身，而主要是電纜、橋架及電纜溝、施工等諸多系統(tǒng)。對(duì)控制系統(tǒng)方案進(jìn)行優(yōu)化，減少電纜消耗，對(duì)降低整個(gè)系統(tǒng)的投資具有決定性的意義。

2）現(xiàn)場(chǎng)施工工作量大

例如某電廠二期工程，2X300MW機(jī)組，2002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)1個(gè)遠(yuǎn)程站，控制電纜耗量約100公里?，F(xiàn)場(chǎng)電纜敷設(shè)、查線、校線需大量的人力物力。在目前人力成本不斷增加的背景下，減少電纜消耗，對(duì)降低整個(gè)系統(tǒng)的投資也具有決定性的意義。

3）系統(tǒng)可靠性差

由于工程建設(shè)中的好多實(shí)際問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)控制電纜基本與動(dòng)力電纜緊靠敷設(shè)，從而控制系統(tǒng)極易受強(qiáng)電系統(tǒng)干擾。即使采用在程控柜內(nèi)增加DI/DO繼電器隔離，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備就地控制柜內(nèi)增加中間繼電器重動(dòng)等措施，該問(wèn)題在電纜很長(zhǎng)的場(chǎng)合仍無(wú)法根除，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行；另外，輸煤系統(tǒng)粉塵污染問(wèn)題，是每一個(gè)電廠的頑癥，再加上幾乎每班運(yùn)行后水沖洗，使輸煤系統(tǒng)控制設(shè)備長(zhǎng)期處于大灰塵、高潮濕的環(huán)境中。在運(yùn)行幾年后，不可避免出現(xiàn)電纜短路等狀況，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的可靠性。

4）不易檢修及維護(hù)

由于輸煤系統(tǒng)距離長(zhǎng)，如果某根控制電纜出現(xiàn)問(wèn)題，檢修人員需在電纜溝及橋架上尋找損壞點(diǎn)，工作量大，而且影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2. 基于DSP的總線智能控制單元

針對(duì)輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用PLC方案所存在的主要問(wèn)題，本文提出了基于DSP的總線智能控制單元。采用總線智能控制單元，為解決火力發(fā)電廠單機(jī)大容量機(jī)組輸煤控制系統(tǒng)的固有難題提供了一套完整的思路，也是國(guó)內(nèi)電力行業(yè)輸煤系統(tǒng)自動(dòng)化控制領(lǐng)域內(nèi)的一大創(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MODBUS、PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，完全可與施耐德及西門子PLC無(wú)縫連接，不需要任何協(xié)議轉(zhuǎn)換，大大提高了通訊速度。該系統(tǒng)在可完全解決火力發(fā)電廠輸煤程控系統(tǒng)中存在的幾個(gè)固有問(wèn)題：①設(shè)備布置分散，系統(tǒng)易受強(qiáng)電磁干擾，系統(tǒng)可靠性差的問(wèn)題；②控制電纜用量大，工程建設(shè)一次性投資大的問(wèn)題；③現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境潮濕，控制系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性差的問(wèn)題。

將總線智能控制單元應(yīng)用于輸煤程控中，具體的思路為：首先將整個(gè)輸煤程控系統(tǒng)控制范圍內(nèi)的被控對(duì)象，考慮以設(shè)備為單位，設(shè)置被控對(duì)象的就地電控箱，再在每一個(gè)就地控制箱內(nèi)安裝一個(gè)總線智能控制單元，該單元負(fù)責(zé)將本設(shè)備的DI、DO、AI、AO進(jìn)行硬連接；對(duì)總線智能控制單元之間，采用皮帶機(jī)A、B兩側(cè)進(jìn)行分組，每組內(nèi)的總線智能控制單元之間，用專用通訊電纜連接，最后與控制室內(nèi)的PLC主機(jī)相連（總線連接）。在輸煤程控室內(nèi)，設(shè)置兩臺(tái)上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、PLC主機(jī)1套，不需要DI、DO、AI、AO等模塊。

采用基于DSP的總線智能控制單元，具有完全的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并且通訊協(xié)議可與國(guó)內(nèi)廣泛使用的施耐德、西門子無(wú)縫連接。總體講有以下多項(xiàng)不可比擬的優(yōu)越性：

1）降低工程電纜造價(jià)

由于整個(gè)系統(tǒng)的線纜以串行方式連接，區(qū)別于常規(guī)系統(tǒng)中的輻射方式，從而最大可能的減少了整個(gè)程控系統(tǒng)中控制電纜的消耗，節(jié)省了工程的一次性電纜投資；

2）輸煤系統(tǒng)電纜通道減少

由于極少的電纜用量，也就使得本系統(tǒng)對(duì)電纜通道的需求大大降低。PLC方案電纜很多，對(duì)電纜橋架的需求很大，而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線方案，電纜根數(shù)急劇減少，控制電纜對(duì)電纜通道的需求也極大減小，現(xiàn)場(chǎng)只需考慮少量的槽盒或者干脆沿皮帶邊穿管敷設(shè)。

3）輸煤程控系統(tǒng)更簡(jiǎn)單

對(duì)輸煤程控系統(tǒng)本身而言，采用總線技術(shù)后由于將測(cè)控設(shè)備直接布置于被控對(duì)象就地，實(shí)現(xiàn)了就地設(shè)備與程控系統(tǒng)的直接連接，從而使程控系統(tǒng)不再需要通常PLC意義上的大量DI/DO模塊。如此，減少了程控系統(tǒng)的大量隔離繼電器，也使得程控柜的數(shù)量得以減少。也節(jié)省了程控室空間，大大節(jié)約資金與空間成本。

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)

由于每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線節(jié)點(diǎn)本身就是一個(gè)智能設(shè)備，因此在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)充時(shí)只需增加新的節(jié)點(diǎn)即可，在首次設(shè)計(jì)時(shí)根本無(wú)需考慮系統(tǒng)的預(yù)留問(wèn)題。

3. 小結(jié)

本文提出了基于DSP技術(shù)的總線智能控制系統(tǒng)，并著重分析了該系統(tǒng)在輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用。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。同時(shí)，該系統(tǒng)亦可應(yīng)用于化工、水處理等工控領(lǐng)域。