基于DCS的火力發(fā)電廠輸煤程序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試

李茹艷，李 佳，劉希聞，王 毅

(1.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；2.國(guó)網(wǎng)吉林綜合能源服務(wù)有限公司，長(zhǎng)春 130021)

輸煤程序控制系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)輸煤程控系統(tǒng))承擔(dān)著火力發(fā)電廠生產(chǎn)燃料供應(yīng)任務(wù)，其特點(diǎn)是運(yùn)行環(huán)境惡劣，條件復(fù)雜，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械多，作業(yè)線長(zhǎng)，設(shè)備分散，是輔網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。目前，我國(guó)大部分火力發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)采用傳統(tǒng)可編程邏輯控制器(PLC)控制，隨著分散控制系統(tǒng)(DCS)技術(shù)的發(fā)展和電廠對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化管理的要求越來(lái)越高，輔網(wǎng)系統(tǒng)也逐漸使用DCS控制?；贒CS的輸煤程控系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用DCS安全可靠的控制技術(shù)，使得運(yùn)行監(jiān)視和調(diào)度更加集中化，實(shí)現(xiàn)DCS統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理，提高了管理效率，使設(shè)備控制智能化。

1 輸煤系統(tǒng)簡(jiǎn)介

輸煤系統(tǒng)為電廠鍋爐燃燒提供燃料，主要完成卸煤、堆煤、上煤和配煤任務(wù)，其中卸煤、堆煤往往是分開(kāi)獨(dú)立進(jìn)行的，其作用是將外來(lái)煤料卸車(chē)送至煤場(chǎng)，少數(shù)情況是直接由翻車(chē)機(jī)上煤至煤倉(cāng)。上煤是將原煤從煤場(chǎng)輸送至給煤機(jī)煤倉(cāng)，上煤和配煤相互配合運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)合理的配煤方式。

某電廠300 MW機(jī)組輸煤系統(tǒng)由7段膠帶機(jī)組成。2臺(tái)翻車(chē)機(jī)負(fù)責(zé)卸煤，經(jīng)由給煤機(jī)、1段膠帶機(jī)、7段膠帶機(jī)、斗輪機(jī)向煤場(chǎng)堆煤；上煤途徑有3條，經(jīng)給煤機(jī)、翻車(chē)機(jī)、1至5段膠帶機(jī)上煤；經(jīng)斗輪機(jī)、7段膠帶機(jī)、2至5段膠帶機(jī)由煤場(chǎng)上煤；經(jīng)往復(fù)式給煤機(jī)、6段膠帶機(jī)、2至5段膠帶機(jī)由地下煤場(chǎng)上煤。雙側(cè)膠帶機(jī)上煤路徑切換是通過(guò)2個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站實(shí)現(xiàn)的，1號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站用于切換4段膠帶機(jī)A、B側(cè)與5段膠帶機(jī)A、B側(cè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，2號(hào)轉(zhuǎn)運(yùn)站用于切換6段膠帶機(jī)與2段膠帶機(jī)A、B側(cè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。翻車(chē)機(jī)上煤，煤場(chǎng)上煤，堆煤這3種運(yùn)煤方式轉(zhuǎn)換通過(guò)三通擋板的位置改變。除鐵器用于除掉煤中的礦物質(zhì)鐵，防閉塞漏斗疏通器在落煤筒阻塞時(shí)起到振打疏通作用，滾軸塞、緩沖滾筒、碎煤機(jī)對(duì)煤進(jìn)行分離和打碎處理，犁煤器控制煤落入哪個(gè)煤倉(cāng)，根據(jù)情況設(shè)計(jì)合理的配煤方式。

2 硬件結(jié)構(gòu)及功能組態(tài)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

該廠輸煤程控系統(tǒng)采用OC6000e Nexus系統(tǒng)，主要由以下各部分構(gòu)成：控制器、I/O 網(wǎng)絡(luò)、I/O 模塊、電源分配、機(jī)柜、控制網(wǎng)絡(luò)以及人機(jī)接口站。系統(tǒng)采用3對(duì)冗余配置的控制器, 通過(guò)智能I/O 總線(iLink)與Nexus I/O 模塊進(jìn)行雙向?qū)崟r(shí)通訊。I/O總線網(wǎng)絡(luò)冗余配置，網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步通過(guò)iLink(R、S 總線)完成，校時(shí)精度可達(dá)±100 μs。控制器與系統(tǒng)其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)交互通過(guò)冗余的單元數(shù)據(jù)高速網(wǎng)絡(luò)(A、B)進(jìn)行。

2.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)具備以下基本功能：可在線進(jìn)行組態(tài)和下載；人機(jī)接口功能，即操作員站；歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和檢索功能，也可進(jìn)行報(bào)表系統(tǒng)配置；圖表顯示及打印等功能；性能計(jì)算功能；通信接口連接功能。

2.3 邏輯組態(tài)

輸煤程控系統(tǒng)的控制方式主要有3種：解鎖手動(dòng)、聯(lián)鎖手動(dòng)、程控自動(dòng)。解鎖手動(dòng)方式就是切斷各設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系，遠(yuǎn)程可隨意啟停任意帶電設(shè)備；聯(lián)鎖手動(dòng)方式是選擇線路后，保留各設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系，具體表現(xiàn)在：按順煤流方向來(lái)說(shuō)，下游設(shè)備跳閘，聯(lián)鎖該設(shè)備的上游設(shè)備停運(yùn)。順煤流指的是煤運(yùn)送的方向，由翻車(chē)機(jī)至儲(chǔ)煤場(chǎng)方向和翻車(chē)機(jī)或儲(chǔ)煤場(chǎng)至上煤倉(cāng)方向都稱(chēng)之為順煤流，與之相反的方向稱(chēng)為逆煤流。程控自動(dòng)方式則是選好運(yùn)煤線路后，按照逆煤流方向一鍵啟動(dòng)，省去了運(yùn)行人員的操作步驟，并保留設(shè)備間的聯(lián)鎖關(guān)系。由于輸煤線路較長(zhǎng)，涉及范圍較廣，無(wú)論是哪種方式，都需要鳴警鈴才能啟動(dòng)，以警示周?chē)鳂I(yè)人員遠(yuǎn)離。

除了膠帶機(jī)間的聯(lián)鎖關(guān)系外，各膠帶機(jī)自身也有保護(hù)聯(lián)鎖條件，通常為拉繩、跑偏、堵煤、打滑、撕裂等保護(hù)及報(bào)警。當(dāng)膠帶機(jī)落煤筒出現(xiàn)堵煤報(bào)警時(shí)，防閉塞漏斗疏通器聯(lián)鎖啟動(dòng)振打5 s，為防止堵煤現(xiàn)象發(fā)生，防閉塞漏斗疏通器會(huì)隨本段膠帶機(jī)運(yùn)行啟動(dòng)振打5 s后，再自動(dòng)停下來(lái)，之后每隔2 h自動(dòng)啟動(dòng)振打5 s，如此循環(huán)，以達(dá)到保持落煤筒暢通的目的。

該廠輸煤系統(tǒng)共配備10個(gè)煤倉(cāng)，位于5段膠帶機(jī)下方(見(jiàn)圖1)，前5個(gè)煤倉(cāng)對(duì)應(yīng)供給1號(hào)機(jī)組燃燒，后5個(gè)煤倉(cāng)對(duì)應(yīng)2號(hào)機(jī)組。5段A、B側(cè)膠帶機(jī)分布在每個(gè)煤倉(cāng)兩側(cè)，每一側(cè)對(duì)應(yīng)煤倉(cāng)各設(shè)置1個(gè)犁煤器，當(dāng)對(duì)應(yīng)側(cè)膠帶機(jī)運(yùn)行且犁煤器落下時(shí)，即可認(rèn)為從該側(cè)配煤。輸煤程控系統(tǒng)配煤，可人工就地監(jiān)視煤倉(cāng)高度和機(jī)組燃燒需求實(shí)現(xiàn)人工就地或遠(yuǎn)程操作配煤，也可按照某個(gè)特定配煤原則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤。該廠實(shí)行的配煤原則是，料位低于5 m的煤倉(cāng)，依次按時(shí)間優(yōu)先配煤；所有煤倉(cāng)料位在5～10 m時(shí)按照時(shí)間依次配煤；料位均大于10 m時(shí)余量配煤，即每個(gè)煤倉(cāng)配煤70 s，煤倉(cāng)高料位報(bào)警均動(dòng)作時(shí)退出自動(dòng)配煤。

該輸煤程控系統(tǒng)通過(guò)上位機(jī)監(jiān)視和控制就地設(shè)備的啟停，畫(huà)面中各設(shè)備的不同狀態(tài)則是通過(guò)不同顏色來(lái)區(qū)分的。所有轉(zhuǎn)機(jī)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)顯紅色，停止時(shí)顯綠色，聯(lián)鎖停止或跳閘時(shí)顯綠色閃爍。1至7段膠帶機(jī)顯色稍有復(fù)雜，選線選中后顯紫色框，運(yùn)行時(shí)顯紅色，停止時(shí)顯綠色，聯(lián)鎖停止或跳閘時(shí)顯綠色閃爍，拉繩時(shí)顯黃色，失電顯深灰色，禁操顯淺灰色。線路選擇后不僅畫(huà)面上有明顯的線路指示，還會(huì)有文字加以提示是否選線成功，給運(yùn)行人員以直觀、簡(jiǎn)單、方便的操作感受，也為設(shè)備的安全運(yùn)行提供了保障。

3 輸煤程控系統(tǒng)調(diào)試問(wèn)題分析

輸煤系統(tǒng)為鍋爐燃燒提供燃料，往往需要首先完成，輸煤線路比較長(zhǎng)，容易存在交叉作業(yè)，所以在調(diào)試過(guò)程中，需要運(yùn)行人員到現(xiàn)場(chǎng)查看是否具備調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)條件，同時(shí)監(jiān)視設(shè)備動(dòng)作是否正確。在調(diào)試過(guò)程中需要注意以下問(wèn)題。

a.做膠帶機(jī)聯(lián)鎖試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)?zāi)z帶機(jī)沒(méi)有按照邏輯設(shè)定的聯(lián)鎖動(dòng)作。首先分析選線是否選擇正確，線路的選擇決定了膠帶機(jī)上下的聯(lián)鎖對(duì)象，膠帶機(jī)在其下游設(shè)備跳閘時(shí)沒(méi)有動(dòng)作，很可能是選線沒(méi)選對(duì)或者邏輯里有連接錯(cuò)誤，要及時(shí)查證并試驗(yàn)。

圖1 輸煤系統(tǒng)配煤部分示意圖

b.在選線完成后不能進(jìn)行程控啟動(dòng)。通常是因?yàn)閱?dòng)條件沒(méi)有全部達(dá)到，每段膠帶機(jī)除了自身電氣條件允許外，還必須在響鈴?fù)瓿珊蟛拍軉?dòng)，程控啟動(dòng)時(shí)要先進(jìn)行預(yù)啟，也就是打警鈴，警鈴結(jié)束后各段才能具備條件啟動(dòng)，警鈴時(shí)間的設(shè)置在畫(huà)面上有設(shè)置窗口，響鈴倒計(jì)時(shí)結(jié)束后按下啟動(dòng)按鍵，程控可正常啟動(dòng)。只有在程控自動(dòng)的方式下，預(yù)啟按鈕才能起到打鈴的作用。

c.取煤和堆煤能否同時(shí)進(jìn)行問(wèn)題。選擇好上煤線路，程控或手動(dòng)啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備，之后打到聯(lián)鎖手動(dòng)狀態(tài)，繼續(xù)選線并啟動(dòng)堆煤設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)取煤和堆煤同時(shí)進(jìn)行。

d.在上煤過(guò)程中，落煤分倉(cāng)切換問(wèn)題，也就是末段膠帶機(jī)由一側(cè)切換到另一側(cè)如何操作。需要停止當(dāng)前線路，重選倒換后的線路再次啟動(dòng)，原因是末段與其上游膠帶機(jī)之間的三通擋板必須在上游膠帶機(jī)停止的前提下才允許切換，否則會(huì)造成三通擋板卡死或損壞。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的輸煤程控系統(tǒng)利用DCS成熟穩(wěn)定的控制技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備精確控制，設(shè)備動(dòng)態(tài)顯示清晰明了，監(jiān)控和調(diào)度也更加集中化，程控自動(dòng)可實(shí)現(xiàn)一鍵程啟，減少了人工操作步驟。該廠實(shí)行DCS統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理，不僅降低了人員維護(hù)成本，也提高了管理效率。