DCS在發電廠輸煤程控中的應用

摘 要：針對廣州發電廠有限公司原有輸煤控制系統（PLC）設備老化，事故多發的情況，采用較新技術的上海新華控制有限公司的XDPS系統（DCS）對輸煤控制系統進行改造。介紹了改造后的控制系統配置、實現的功能及改造中發生的問題與解決辦法，并列述了XDPS-400在性能價格比方面的優勢。
關鍵詞：能源與動力工程；火電廠；輸煤系統；程控；配煤；控制邏輯
Application of DCS for Program-Controlled Coal Conveying in Power Plants

（Examination and Repair Center，Guangzhou Power Plant Co．Ltd．Guangzhou 510160，China）
Abstract：In order to shoot the troubles frequently encou ntered by the original coal conveying control system（PLC）of Guangzhou Power Plant due to aging equipment reasons，an alteration was made with higher technological XDPS system （DCS）by shangghai Xinhua Control Technology Co．Ltd．An introduction is being presented to itsconfiguration， functions， problems encou ntered and cou ntermeasures taken during alteration． Meanwhile theadvantages on high performance to price ratios are mentioned．
Keywords：energy and power engineering： fossil fuel—fired power plant； coal conveying system ； programcontrol；coal distribution；control logic
　　廣州發電廠有限公司的輸煤系統投產于1997年3月，為5臺鍋爐J0個煤倉提供燃煤。輸煤系統原先通過PLC程控系統和繼電器完成遠方控制，操作盤面布置復雜，控制方式落后，運行中多次出現CPU模塊死機、I／O模塊損壞、繼電器吸合不正常等故障。該系統已無法適應發電和安全生產的需要，因此需對輸煤控制系統進行技術改造。從2006年4月起，采用上海新華控制有限公司的XDPS-400系統對輸煤控制系統進行改造。
　　目前，該輸煤系統使用的DCS覆蓋了數據采集和處理系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS），輸煤工業電視、皮帶秤和入爐原煤采樣系統等。
l1 系統改造方案
1．1 原則和目標
　　此次改造，期望通過采用成熟的DCS技術，確保輸煤系統可靠、穩定地運行，并且具備良好的系統擴展功能。輸煤程控改造后實現系統集中控制，運行人員在控制室內能對整個系統進行監控，實現全系統設備的啟、停和自動程序控制功能。皮帶秤和入爐原煤采樣系統納入DCS，所有運行參數、報警信息以及設備運行狀態可定時或隨時打印，可根據實際需要打印生產統計報表和運行定期報表。
1．2 方案
　　輸煤系統的輸入、輸出量主要是開關量，整個控制過程主要是邏輯控制。經反復論證最終選用了融計算機、網絡、數據庫、信息技術和自動控制技術為一體的XDPS-400分散控制系統。XDPS在構成應用系統時，分布處理單元DPU支持遠程I／O站，I／O站通過網絡與DPU進行數據交換，比較適用于控制對象分散、跨度大的場合。
1．3 I／O點配置
　　該輸煤系統共有8條膠帶輸送機，4個三通擋板，3臺皮帶給煤機，4臺振動給煤機，2臺環錘式碎煤機，2臺波動篩煤機，8臺振動防閉塞裝置，4臺帶式除鐵器，30臺犁煤器，2臺皮帶秤，1套原煤采制樣裝置等，共計70臺（套）設備。根據上述設備，I／O總測點數約為515點（其中遠程I／O為174點），實際配置776點（其中遠程I／O配置為248點），具有20％ 以上的冗余量。具體配置情況見表1。

　　綜合考慮性價比等因素，輸煤控制系統改造采用了1對DPU和4個I／O站的架構方式，整個系統共配置7個機柜，其中本地站4個機柜，遠程站3個機柜，本地站和遠程站通過光纖進行網絡通訊。系統配置2臺操作員站，每臺操作員站均可作為工程師站和歷史數據站。
1．4 軟件配置
　　XDPS軟件分MMI站軟件、GTW 網關軟件和態軟件，操作系統為Windows 2000中文版，系統補丁為SP4。NetWin是MMI的總控軟件，啟動NetWin后，同時也啟動了XDPS的實時數據庫和實時網絡驅動程序。
2 系統實現的功能
2．1 OPU操作員站功能
（1）模擬圖監視
　　以工藝流程模擬圖為基本監視手段，動態顯示系統內每一個模擬量和數字量（顏色），共設置系統流程圖、上煤部分、配煤部分和采樣機模擬圖。模擬圖中以顏色變化表示設備狀態的變化，通過模擬圖可以基本實現系統運行監視的需要。
（2）過程參數設定
　　通過檢修倉設置按鈕可以隨時設置檢修倉，已設置為檢修倉的犁煤器將被禁止操作，通過掛牌畫面可以對任何設備進行檢修狀態設置，對于檢修狀態的設備禁止程控系統對設備的操作指令輸出。系統設置專用流程選擇畫面，用于對系統所啟動設備進行組合選擇。系統自動判斷流程選擇正確與否，發出流程選擇有效和允許啟動語音提示。
（3）設備啟、停
　　在模擬圖上點擊所操作的設備，即彈出對應的操作器。操作畫面上顯示信息有程控上煤和手動上煤方式、程控配煤和手動配煤方式，以及流程有效、允許啟動、設備跳閘等信息。
（4）開關量顯示報警
　　在顯示畫面上設計有專用的開關量報警彈出窗口以及報警光字牌畫面，對系統各種報警信息可根據需要進行滾動報警，對系統重要開關量設置語音報警。
2．2 設備控制功能
（1）運行控制方式
　　根據上位機操作員設定的聯鎖手動和程控兩種方式控制皮帶運行。在上位機失靈時控制方式可轉為就地上煤方式。在程序啟動過程中如遇到設備故障或跳閘時，可以通過“上煤復位”和“繼續啟動”按鈕復位故障信息，并繼續啟動流程選中的設備。
（2）設備保護
　　皮帶設備保護有打滑、跑偏、堵煤、拉繩開關。當運行設備出現故障或事故時，立即停止該皮帶或設備，同時聯跳逆煤流方向的所有設備，但碎煤機除本身事故外不被聯跳。系統運行過程中可通過操作監控畫面中的軟急停按鈕或同時按控制臺硬急停按鈕實現對整個輸煤系統所有運行設備的緊急停運。
2．3 配煤功能
　　配煤控制方式分為“程序配煤”及“手動配煤”兩種方式。“程序配煤”又分為低煤配、順序配和余煤配3種。在“程序配煤”方式下，首先進行低煤配，然后進行順序配，再進行余煤配。在整個程配過程中，可根據實際情況隨時通過“配煤復位”和“雙犁重配”按鈕對配煤過程進行干預，也可在“手動配煤”和“程控配煤”之間進行切換。表2列出了改造前、后的配煤及計量方式的差異。

“手動配煤”為在MMI上根據各煤倉儲煤情況對犁煤器進行一對一抬、落控制操作。
2．4 工業電視監控功能
　　此次輸煤改造同時對原有工業電視系統進行了升級，監控畫面由4臺電視機擴展為6臺，其中1臺電視機專供指定的l6路監控點巡檢使用；監控點由原來的23路增加至32路，主要增加了7臺給煤機監控點、輸煤采樣機監控點等。無論程控配煤還是手動配煤，輸煤工業電視始終自動跟蹤順煤流方向的第一個落下的犁煤器。
3 改造中遇到的問題及解決方法
3．1 采樣探頭信號與DI端子板不匹配
　　在采樣機DCS改造中發現采樣探頭信號與XDPS的DI端子板不匹配，采樣機設備6個探頭信號均為30V DC有源信號，而DCS系統DI板只能采集到無源信號。
　　解決方案為在探頭信號到DI板間增加24VDC繼電器（見圖1）。用探頭的30V DC有源信號驅動中間繼電器線圈動作，再把中間繼電器的觸點接入DI板。

3．2 采樣探頭信號無法被采集
　　采樣機探頭發出脈沖信號太短，因此造成采樣機接入DCS后無法完全采集到探頭的開關量信號，影響到采樣機的正常運行。
　　解決方案為加長采樣機發訊探頭（接近開關）與采樣機螺釘的接觸面積（見圖2）。在采樣機螺釘上加裝弧形鐵板，增加發訊探頭的采樣時間，從而解決探頭發出脈沖信號太短的問題。改造后DCS系統實現了100％ 采集到探頭信號，未再發生采集信號丟失現象。

3．3 皮帶稱設備與DCS無法通訊
　　皮帶秤設備使用的是徐州拉姆齊公司10-301積算器，該積算器原有通訊協議與XDPS的通訊協議不匹配，無法接入DCS，嚴重影響了輸煤系統的改造。
　　301積算器在每增加1 t累計時內部固態繼電器有一個脈沖輸出，利用該特點通過加裝繼電器。在DCS中對采集到的煤量進行．累加就得到了累計流量（見圖3），其中虛框部分為組態和加裝部分。

　　施工過程中發現，由于加裝的繼電器吸合時間太短，在將301積算器內部固態繼電器吸合時間調到最大后DCS仍存在采集信號丟失的情況，于是通過反復調整DCS組態內部頁執行周期，最終實現了與積算器同步計數。
4 輸煤控制系統的特點
　　XDPS-400型DCS設備與其他設備相比具有較高的性能價格比。
4．1 開放式的組態工具
　　XDPS系統使用Windows操作系統，DPU圖形組態軟件方便直觀，支持在線或離線組態。XDPS系統組態功能塊使用中文描述和說明，種類較少，但非常實用。XDPS系統組態完成后可進行離線模擬和仿真，測試組態是否正確，在線組態無需編譯即可直接生效。
4．2 系統功能優化和擴展
　　參考以往的輸煤控制系統，在系統設計階段即完善了系統控制邏輯，提出了尾犁前移以及奇數、偶數倉分別配煤的邏輯，有效地克服了以往配煤過程中的不均勻情況。改造后的輸煤系統將皮帶秤稱重和入爐原煤采樣系統納入DCS系統，實現了一體化監控。XDPS系統還預留了足夠的I／O點，便于現場新增設備的接入。
4．3 系統可靠性高
　　輸煤程控使用的XDPS-400系統廣泛采用了冗余設計技術，對控制主機、故障檢測和判別、數據高速公路、電源模件等均采用1：1冗余。對I／O卡件采用繼電器、光電隔離等隔離設計，系統具有完善的自診斷功能，提供從網絡、I／O卡件到通道級豐富的自診斷功能。
5 結 語
　　上海新華控制有限公司XDPS系統采用全中文組態與顯示界面，支持在線和離線組態，設計穩定可靠，能夠實現輸煤控制系統所要求的各種功能。經過改造后的輸煤系統實現了程序自動控制和現場的監控管理。在自動化方面，實現了輸煤皮帶啟、停自動化和配煤自動化、工業電視監控自動切換等功能；同時將皮帶秤和入爐原煤采樣系統也納入了DCS。由于采用了DCS設備，為整個輸煤程控系統的擴展提供了空間，也為后期的給煤機變頻改造奠定良好的基礎。
　　從設備質量和功能上看，XDPS系統技術性能指標超過了原有PLC設備的水平，特別在DPU功能算法和人機界面上遠優于原有PLC系統，配煤方式上采用奇、偶數煤倉輪流配煤的方式，有效地克服了低煤配和順序配之間的頻繁切換，使整個配煤過程更均勻。輸煤系統程控改造完成并運行已有一年多的時間，整個系統運行良好，大大減少了維護工作量，提高了經濟效益。
參考文獻：
[1] 魏 東，侯曉勇，王立新．XDPS系統在蒙華海電的應用[J]．內蒙古電力技術，2004，22（6）．