淺談燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

張劍斌

輸煤系統(tǒng)是燃煤電廠輔機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分之一，靈活性和穩(wěn)定性高的燃料輸送系統(tǒng)保證了整個(gè)燃煤電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，與電廠的安全程度息息相關(guān)。

1 輸煤控制系統(tǒng)分析

目前我國大多數(shù)輸煤系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制，通過操作臺來控制操作過程。傳統(tǒng)設(shè)備往往比較陳舊，伴有很多的繼電器，需要頻繁進(jìn)行手動(dòng)操作，觸點(diǎn)損害的概率很高，控制室與現(xiàn)場之間需要通過電話聯(lián)系，輸煤系統(tǒng)的自動(dòng)化程度低，出現(xiàn)問題時(shí)無法及時(shí)解決。同時(shí)，燃煤電廠的工作環(huán)境惡劣，手動(dòng)化的控制和通訊會(huì)受到一定阻礙，生產(chǎn)效率低下，嚴(yán)重制約了燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)的生產(chǎn)水平。

近年來，可編程控制器技術(shù)（PLC）發(fā)展迅速，在國內(nèi)外輸煤系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是容量大且體積小、功能性較強(qiáng)、操作方便。不僅可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算、記錄時(shí)間、記錄數(shù)據(jù)等，還有著特殊的控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)控制一體化[1]。通過可編程控制器技術(shù)將對象編程方法應(yīng)用到順序控制系統(tǒng)中，增強(qiáng)了系統(tǒng)程序的可讀性和擴(kuò)展性，有利于提高輸煤系統(tǒng)的可靠性和自動(dòng)化程度，提高輸煤系統(tǒng)的工作效率。

2 輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 輸煤控制方案設(shè)計(jì)

燃煤電廠的輸煤控制系統(tǒng)按照分散式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)PLC為核心的控制作用，上位機(jī)實(shí)行監(jiān)控和管理作用，這樣以來，可以集中進(jìn)行管理，提高設(shè)備的自動(dòng)化水平和安全性。燃煤電廠的輸煤系統(tǒng)都是由卸煤子系統(tǒng)、儲(chǔ)煤子系統(tǒng)、上煤子系統(tǒng)和配煤子系統(tǒng)組成的，為燃煤電廠的發(fā)電機(jī)提供了可靠的能源供應(yīng)[2]。設(shè)計(jì)的運(yùn)行控制方式為自動(dòng)、手動(dòng)控制和就地手動(dòng)控制三種，其運(yùn)行方式見圖1。

圖1 運(yùn)行方式結(jié)構(gòu)

圖1中的自動(dòng)上煤的工藝流程如下所述：

（1）優(yōu)化配煤。如果煤倉中顯示的煤位較低時(shí)，應(yīng)該對該煤倉提前進(jìn)行加煤。尤其是煤倉出現(xiàn)緊急低煤位的時(shí)候，要馬上對該煤倉進(jìn)行加煤，原來加煤的煤倉停止了運(yùn)行，等待緊急低煤位的煤倉信號指示正常時(shí)，再繼續(xù)進(jìn)行原來的程序控制操作。

（2）順序配煤。如果所有煤倉的倉位都顯示正常，為了避免后期出現(xiàn)低煤位，可以利用啟動(dòng)系統(tǒng)來對各個(gè)煤倉的加煤順序進(jìn)行設(shè)定，配煤的順序根據(jù)各工廠的實(shí)際情況決定，前一個(gè)配煤的煤倉顯示較高的倉位時(shí)，對下一個(gè)煤倉進(jìn)行加煤。直到所有煤倉都顯示高煤位后，可以停止系統(tǒng)的運(yùn)行，可以設(shè)置成定時(shí)配煤的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）定時(shí)配煤。所有煤倉都顯示高煤位時(shí)，停止煤源供應(yīng)，對各個(gè)煤倉設(shè)置1分鐘的定時(shí)配煤時(shí)間，為了在各個(gè)煤倉中的加入均勻。

2.2 輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)構(gòu)成

輸煤控制系統(tǒng)的操作是很頻繁的，所以為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，在上位機(jī)與PLC之間添加了兩臺服務(wù)器，上位機(jī)與PLC可以通過服務(wù)器進(jìn)行信息的傳遞，兩者之間的監(jiān)控軟件連接到工業(yè)以太網(wǎng)，從而完成了對設(shè)備的監(jiān)控。工業(yè)以太網(wǎng)的穩(wěn)定性高，不容易受到外界干擾，可以實(shí)現(xiàn)大容量、快速的信息數(shù)據(jù)傳遞[3]。輸煤系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 輸煤系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)

① PLC選型：燃煤電廠的工作環(huán)境惡劣，粉塵顆粒物較多，在考慮到輸煤系統(tǒng)控制的具體要求和現(xiàn)場的實(shí)際情況后，為了能夠保證輸煤控制系統(tǒng)的安全性和可靠性，選擇施耐德公司的140系列CPU67160型號的 PLC，適用于冗余熱備的功能管理。

② I/O分布：輸入和輸出的通道選擇遠(yuǎn)程分散的方式進(jìn)行布置，盡可能的距離現(xiàn)場信號傳輸中心近一些，可以節(jié)省傳輸信號電纜的長度。遠(yuǎn)程I/O的地點(diǎn)選擇可以為碼頭等輸煤起始點(diǎn)、輸煤系統(tǒng)的控制室、輸煤的轉(zhuǎn)運(yùn)站或者煤倉間等。

③ 信號傳輸：操作現(xiàn)場與核心控制室的信號傳輸選擇的電源是220 V、18 VDC。模塊輸出的信號選擇的是繼電器隔離輸出的無源觸點(diǎn)。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)采用的是工業(yè)專業(yè)的計(jì)算機(jī)作為上位管理機(jī)，對輸煤系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視、控制、歷史趨勢記錄、故障警報(bào)等。

系統(tǒng)硬件配置的要求是：CPU：PII233以上，選擇的工作界面是WINDOWS95的中英文環(huán)境；CRT：尺寸大于19英寸，分辨率要超過1024×768；選擇的儲(chǔ)存器類型是32MRAM、內(nèi)存為4G的硬盤、24倍速光驅(qū)、3寸軟驅(qū)。

人機(jī)接口軟件與數(shù)據(jù)采集軟件選擇的是WINCC、INTOUCH等，選擇這些軟件的原因是，在WINDOWS的環(huán)境條件下，它們具有靈活性和實(shí)時(shí)性較高。

（3）工業(yè)電視：通過工業(yè)電視系統(tǒng)的設(shè)置，能夠讓操作人員通過控制室中的工業(yè)電視來掌握現(xiàn)場的情況，發(fā)生問題時(shí)能夠及時(shí)的進(jìn)行處理，可以提高輸煤控制系統(tǒng)的安全性，減輕了現(xiàn)場工作人員的工作量。工業(yè)電視通常是由監(jiān)控、攝像機(jī)、控制器等構(gòu)成的。

2.3 輸煤控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

程序設(shè)計(jì)包括上位機(jī)監(jiān)控軟件和控制器軟件兩部分。

（1）監(jiān)控程序

① 控制器軟件：目前的控制器軟件的發(fā)展有著模塊化的趨勢，不同的設(shè)備的程控流程適用于不同的輸煤系統(tǒng)，需要將其結(jié)合完成相應(yīng)的程序控制的框圖連接就可以了。

② 上位機(jī)監(jiān)控軟件：上位機(jī)監(jiān)控軟件的作用是對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)視、控制設(shè)備的開始和停止、通過報(bào)表的生成來實(shí)現(xiàn)管理。

③ 監(jiān)控程序：監(jiān)控程序中有著設(shè)備運(yùn)行情況的記錄和生成系統(tǒng)的各種畫面，包括系統(tǒng)運(yùn)行畫面、配煤加倉畫面、報(bào)表顯示畫面、報(bào)警畫面等。

（2）管理程序

① 運(yùn)行報(bào)表：涵蓋了日報(bào)、月報(bào)、年報(bào)和班報(bào)。

② 報(bào)警情況的記錄打印、出入煤量的記錄打印、報(bào)表打印、卸煤量的打印等

3 輸煤控制系統(tǒng)的優(yōu)化

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平有了進(jìn)一步提高的可能。

3.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

（1）程序控制系統(tǒng)配置

為了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)和集中進(jìn)行監(jiān)控，需要對燃煤電廠的輸煤控制系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的考慮，實(shí)現(xiàn)高速的通信，成為獨(dú)立的子系統(tǒng)。選擇兩臺程序監(jiān)控器，且互為熱備；將I/O通道的布置分散開來，遠(yuǎn)程的站點(diǎn)連接主機(jī)的通信電纜采用雙電纜，備用作用，維持I/O站的穩(wěn)定性。I/O站與現(xiàn)場的輸入信號都選擇48 VDC或者110 VDC的電壓，使用繼電器將其隔開，避免對現(xiàn)場產(chǎn)生干擾；輸出模塊通過繼電器將其隔開，選擇隔離器來作為葉輪給煤機(jī)的模擬量信號，可以對模塊有一定的保護(hù)作用；I/O模塊使用的是光電隔離、浪涌吸收的模塊[4]。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)的配置

不適用模擬顯示屏，使用2臺工控計(jì)算機(jī)，設(shè)置操作臺，操作臺上設(shè)置開始、停止和復(fù)位的按鈕，以及電話和工作電視操作盤。監(jiān)控和控制過程都在CRT上實(shí)現(xiàn)，可以減少I/O的點(diǎn)數(shù)。兩臺計(jì)算機(jī)的功能是相同的，可以作為備用。

3.2 現(xiàn)場就地控制

在設(shè)備的維修期或者調(diào)試期間可以使用現(xiàn)場就地控制，不經(jīng)過PLC。只設(shè)置簡單的操作按鈕進(jìn)行控制，并通過設(shè)置一次和二次控制回路?，F(xiàn)場與控制室的聯(lián)系不經(jīng)過控制箱，直接有I/O站內(nèi)的繼電器轉(zhuǎn)換輸出。

3.3 監(jiān)控與管理功能的優(yōu)化

選擇高級的工業(yè)監(jiān)控軟件，適合操作員進(jìn)行操作。要加強(qiáng)輸煤管理功能，例如系統(tǒng)的運(yùn)行情況、故障記錄、煤量記錄等；還需要強(qiáng)化計(jì)量功能，通過完整的計(jì)量功能，可以對設(shè)備的耗煤量有清晰的了解，便于得出機(jī)組的發(fā)電水平。

4 結(jié)語

燃煤電廠的裝機(jī)容量的不斷增大，對輸煤控制系統(tǒng)的自動(dòng)化水平、安全性以及可靠性有了更高的要求。通過對燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)與優(yōu)化，其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，狀況良好，得到了廣泛的認(rèn)可。

〔1〕郭葆文，丁彥賓，殷玉恒.基于PLC的燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2015（1）：45-49.

〔2〕王 楠.印度SASAN 6×660 MW燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015（17）：70.

〔3〕易傳祿，譚志明，蔡秀良.300/600 MW燃煤電廠輸煤控制系統(tǒng)及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].中國儀器儀表，1996（5）：30-33.

〔4〕朱小娟，顧新宇.現(xiàn)代火電廠智能輸煤控制系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].煤礦現(xiàn)代化，2008（2）：47-48.