電廠碼頭輸煤系統(tǒng)的運(yùn)行邏輯關(guān)系分析

沈啟亮，楊 森

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東廣州 510230）

引言

在印度尼西亞萬丹省，由中方投資建設(shè)的兩套百萬千瓦燃煤發(fā)電機(jī)組，在卸煤碼頭至陸域廠區(qū)長達(dá)5km 的路徑上，布置了兩條輸煤生產(chǎn)線，各輸煤工段沿線采集相關(guān)主輔設(shè)備控制信號進(jìn)入輸煤DCS 總系統(tǒng)實行聯(lián)動運(yùn)行控制。本文主要根據(jù)各工段運(yùn)行工作關(guān)系進(jìn)行大聯(lián)鎖邏輯關(guān)系分析研究和設(shè)計，從而最大程度實現(xiàn)全線系統(tǒng)自動化運(yùn)行和智能設(shè)備保護(hù)控制的目的。

1 輸煤系統(tǒng)概況

輸煤系統(tǒng)包括從碼頭煤船將煤料一直連續(xù)輸送到煤場或鍋爐原煤倉的整個系統(tǒng)，以煤場為界分為卸煤和上煤兩部分，所有帶式輸送機(jī)雙路布置，一運(yùn)一備，具備同時運(yùn)行條件。系統(tǒng)主要有碼頭卸船機(jī)、各工段皮帶輸送機(jī)、煤場斗輪機(jī)，以及皮帶秤計量、除鐵器、抑塵、采樣、清洗、篩碎等輔助系統(tǒng)。在各輸送工段有各種控制元件，如：溫度信號、煤流信號、速度信號、堵煤信號、跑偏開關(guān)、拉繩開關(guān)、電氣故障等。

1.1 輸煤系統(tǒng)運(yùn)行工藝流程

圖1 輸煤系統(tǒng)運(yùn)行工藝流程

工藝流程圖分成卸煤線和上煤線兩種運(yùn)行方式。卸煤線是碼頭卸船機(jī)從煤船上抓取煤料后，通過各段皮帶機(jī)運(yùn)送至后方各煤場堆存的輸送路線。上煤線是碼頭卸船機(jī)從煤船上抓取煤料后，或者用斗輪機(jī)從煤場取料后，通過輸送、三通分流轉(zhuǎn)運(yùn)、篩碎處理，直至鍋爐原煤艙的輸送路線。

系統(tǒng)采用DCS 程控方式，逆煤流啟動，順煤流停機(jī)，系統(tǒng)內(nèi)各主輔設(shè)備通過DCS 進(jìn)行邏輯關(guān)系連鎖和保護(hù)，通過各落煤管三通分流裝置進(jìn)行主備路線切換，其中煤場段C1A、C1B 皮帶機(jī)和斗輪機(jī)具備正向輸送卸煤、反向輸送上煤的功能特征，其它各段設(shè)備均為單向運(yùn)行。

1.2 系統(tǒng)設(shè)備配置

輔助設(shè)備的布置，主要是在各工段進(jìn)出料口布置干霧抑塵裝置；在碼頭段入場煤皮帶機(jī)和廠區(qū)入爐煤皮帶機(jī)上布置皮帶秤和校驗裝置進(jìn)行計量和定期校驗；在平直皮帶端部區(qū)域設(shè)置刮水器用于刮除雨天積水；在各段皮帶端部設(shè)置電磁除鐵器用于去除煤流中鐵質(zhì)雜物；在卸煤線和上煤線各布置有采樣裝置用于煤質(zhì)取樣；在各段皮帶頭部回程帶設(shè)置清洗裝置用于清洗皮帶；在上煤末段皮帶前，設(shè)篩碎設(shè)備，以保證燃料粒度滿足鍋爐需要。

表1 輸煤系統(tǒng)沿線主要設(shè)備

2 輸煤系統(tǒng)正常啟停的邏輯關(guān)系分析

輸煤DCS 系統(tǒng)各工段設(shè)置聯(lián)鎖、解鎖控制鍵，各工段在設(shè)備空載運(yùn)行狀態(tài)下，可用解鎖模式退出全線連鎖而分別獨立運(yùn)行，不受其它工段運(yùn)行狀態(tài)影響。在系統(tǒng)負(fù)載輸煤運(yùn)行時，煤流將各工段進(jìn)行工作串聯(lián)，系統(tǒng)各工段大聯(lián)鎖邏輯必須投入。

2.1 卸煤線系統(tǒng)運(yùn)行邏輯關(guān)系分析

卸煤線系統(tǒng)主設(shè)備的啟動，應(yīng)根據(jù)逆煤流啟動的原則，首先對全線設(shè)備送電并進(jìn)入待啟模式，且系統(tǒng)無故障報警點，依次將各工段系統(tǒng)大聯(lián)鎖投入。

1）啟動斗輪機(jī)堆料模式空載運(yùn)行，使設(shè)備達(dá)到額定帶速并穩(wěn)定運(yùn)行，并不自動聯(lián)鎖上游段皮帶機(jī)啟動，而由運(yùn)行控制人員遠(yuǎn)程操作下一工段啟動，以確保運(yùn)行安全；

2）根據(jù)卸料路線，遠(yuǎn)程啟動C1A 或C1B 皮帶機(jī)；如果啟動前系統(tǒng)未檢測到斗輪機(jī)允許卸料信號，則應(yīng)自動聯(lián)鎖限制該工段皮帶機(jī)啟動，以防造成落煤管局部堆煤；

3）將落煤管三通遠(yuǎn)程對應(yīng)放置，如選擇卸煤至2#煤場，則需先遠(yuǎn)程啟動C2A 或C2B 皮帶機(jī)，并以C1B 皮帶正常運(yùn)行信號作為前置啟動允許條件；如選擇卸煤至1#煤場，則不需要C1B、C2A 或C2B 皮帶機(jī)參加運(yùn)行；

4）啟動BC3 或BC4 管帶機(jī)，并以三通落料口三通置位且無堵煤信號，或C1A 或C2A 或C2B 皮帶機(jī)正常運(yùn)行信號作為前置啟動允許條件，以防造成落煤管堆煤。此外，由于BC3/4 管帶機(jī)主電機(jī)是0～50 Hz 變頻驅(qū)動線性提速方式，該工段達(dá)到50 Hz時的額定帶速約需數(shù)分鐘，之后方能進(jìn)行下一工段遠(yuǎn)程啟動，以防管帶機(jī)出現(xiàn)非額定工況的煤料脹管和過載事故；

5）分別對應(yīng)BC3 或BC4 管帶機(jī)的運(yùn)行線路，選擇BC1 或BC2 皮帶機(jī)啟動，并以BC3 或BC4 管帶機(jī)的正常運(yùn)行信號作為前置啟動允許條件；

6）BC1 或BC2 皮帶機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后，所選卸船機(jī)應(yīng)調(diào)整確認(rèn)落料三通正確對應(yīng)運(yùn)行皮帶，且必須收到該段皮帶允許卸料信號之后，方可啟動振動給料機(jī)卸料。根據(jù)3 000 t/h 的運(yùn)能計算，每條皮帶最多只能同時滿足兩臺1 500 t/h 的卸船機(jī)滿載卸料，因此必須對卸船機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行聯(lián)鎖關(guān)系設(shè)定，即最多只允許兩臺卸船機(jī)同時向同一皮帶卸料，以確保避免發(fā)生皮帶堵煤和過載事故。

2.2 上煤線系統(tǒng)運(yùn)行邏輯關(guān)系分析

上煤線系統(tǒng)主設(shè)備的啟動，應(yīng)根據(jù)逆煤流啟動的原則，首先選擇上煤路徑，并對沿線設(shè)備送電進(jìn)入待機(jī)模式，將該路徑上各三通擋板準(zhǔn)確置位，然后確認(rèn)各工段系統(tǒng)聯(lián)鎖投入，且系統(tǒng)無故障報警點。

1）在根據(jù)原煤倉倉位情況獲得“允許卸料”信號的前置條件下，啟動C5A 或C5B 皮帶機(jī)，皮帶達(dá)速后，由控制人員遠(yuǎn)程操作下一工段的啟動；

2）遠(yuǎn)程啟動C4A 或C4B 皮帶機(jī)，并以C5A或C5B 皮帶正常運(yùn)行信號作為前置啟動允許條件；

3）遠(yuǎn)程啟動C3A 或C3B 皮帶機(jī)，并以C4A或C4B 皮帶正常運(yùn)行信號作為前置啟動允許條件；

4）若選擇2#煤場上煤：遠(yuǎn)程啟動C1B 皮帶機(jī)，并以C3A 或C3B 皮帶機(jī)的正常運(yùn)行信號作為前置啟動條件；2#煤場斗輪機(jī)獲得“C1B 允許上料”信號，即可由司操進(jìn)行取送料作業(yè)；

若選擇1#煤場上煤：先遠(yuǎn)程對應(yīng)啟動C2A 或C2B 皮帶機(jī)，并以C3A 或C3B 皮帶機(jī)的正常運(yùn)行信號作為前置啟動允許條件；再啟動C1B 皮帶機(jī)，并以C2A 或C2B 皮帶機(jī)的正常運(yùn)行信號作為前置啟動允許條件；隨后，1#煤場斗輪機(jī)獲得“C1A 允許上料”信號，即可進(jìn)行取送料作業(yè)；

若選擇碼頭煤船直接上煤：在得到C2A 或C2B皮帶機(jī)正常運(yùn)行信號前提下，確認(rèn)三通置位是否正確，然后按照BC3 或BC4 管帶機(jī)→BC1 或BC2 皮帶機(jī)→卸船機(jī)的卸煤線順序依次逆煤流啟動程序，進(jìn)行碼頭至原煤倉的直接上煤作業(yè)。

2.3 輸煤線輔助系統(tǒng)與主系統(tǒng)運(yùn)行邏輯關(guān)系分析

皮帶秤、刮水器、除鐵器、干霧抑塵裝置、采樣裝置、皮帶清洗裝置、篩碎裝置等輔助系統(tǒng)設(shè)備的啟停，要從生產(chǎn)和安全功能上進(jìn)行區(qū)別。為防止主系統(tǒng)受到一些非必要影響條件造成頻繁啟停而影響設(shè)備壽命和生產(chǎn)效率，要對生產(chǎn)和安全影響較小的輔助設(shè)備僅做上位機(jī)報警設(shè)置，而對可能造成較大運(yùn)行事故隱患的輔助設(shè)備報警，則必須形成聯(lián)停信號納入系統(tǒng)大聯(lián)鎖邏輯中。

1）皮帶秤及校驗裝置，皮帶秤的運(yùn)行是伴隨皮帶機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)而進(jìn)行實時煤料稱量，皮帶秤輸出的“正常工作信號”，應(yīng)納入輸煤系統(tǒng)啟停聯(lián)鎖條件之一，以確保計量工作不中斷。鏈碼校驗僅在非卸煤時段進(jìn)行維護(hù)操作，在輸煤運(yùn)行時應(yīng)持續(xù)保持鏈碼“非校驗狀態(tài)”信號投入邏輯聯(lián)鎖，以免干擾輸煤作業(yè)。

2）刮水器裝置，僅作為皮帶空載運(yùn)行時刮除積水所用，在輸煤系統(tǒng)大聯(lián)鎖卸煤運(yùn)行時應(yīng)保持非工作狀態(tài)的“抬犁到位”信號投入邏輯聯(lián)鎖。

3）除鐵器，為防止煤料中的鐵質(zhì)雜物對皮帶的破壞性傷害，必須及時對鐵質(zhì)雜物及時吸除。因此，電磁除鐵器在系統(tǒng)卸煤運(yùn)行時，必須與對應(yīng)工段皮帶機(jī)同步啟動運(yùn)行，其“正常運(yùn)行信號”應(yīng)投入系統(tǒng)大聯(lián)鎖邏輯中。

4）干霧抑塵裝置，作為一套相對獨立的輔助系統(tǒng)，以系統(tǒng)的“煤流信號”作為自動噴霧的主要運(yùn)行條件之一。該輔助系統(tǒng)的停止和故障狀態(tài)僅作為報警提示信號輸出，不對主系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成聯(lián)鎖約束關(guān)系。

5）采樣裝置，其運(yùn)行系統(tǒng)自成一體，同樣以系統(tǒng)的“煤流信號”作為自動采樣的主要運(yùn)行條件之一。對主系統(tǒng)運(yùn)行造成可能干擾的是“采樣頭故障信號”，故需對該信號投入系統(tǒng)大聯(lián)鎖邏輯關(guān)系中。

6）皮帶清洗裝置，其輔助功能主要是清洗皮帶回程上的粘附物，對皮帶運(yùn)行起到改善作用，其運(yùn)行狀態(tài)并不構(gòu)成對主系統(tǒng)安全運(yùn)行的影響。該裝置可以伴隨系統(tǒng)啟動而自動運(yùn)行，而其停止或故障信號僅作為報警信號反饋至上位機(jī)，不對主系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成聯(lián)鎖約束條件。

7）篩碎裝置，其系統(tǒng)內(nèi)的振打器、滾軸篩是向下游工段和煤倉輸送合格煤粉的關(guān)鍵，因此必須保證其安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)，方可聯(lián)鎖啟動該工段皮帶運(yùn)行。其它運(yùn)行狀態(tài)信號可作為報警信號反饋至上位機(jī)即可。

3 輸煤系統(tǒng)急停保護(hù)的邏輯關(guān)系分析

系統(tǒng)的聯(lián)鎖急停保護(hù)，是防止設(shè)備受損或減少損傷程度的必要功能和手段，因此必須充分考慮各種工況下的急停條件，從各工段內(nèi)部、主系統(tǒng)全線，以及各輔助設(shè)備內(nèi)根據(jù)空載和重載的不同工況全方面分析其安全關(guān)聯(lián)性，最終形成一道牢固可靠的防護(hù)屏障。

3.1 輸煤主系統(tǒng)的急停保護(hù)關(guān)系

1）控制系統(tǒng)自動檢測的急停保護(hù)

任一工段內(nèi)部發(fā)生過溫停機(jī)、皮帶重跑偏、皮帶重打滑、皮帶撕裂、堵煤、關(guān)鍵回路失電等信號，或該工段設(shè)定的故障急停信號等，都應(yīng)在最快時間內(nèi)緊急自動停止該工段運(yùn)行，并聯(lián)鎖主電機(jī)制動器制動；如果是重載卸煤運(yùn)行狀態(tài)，則必須聯(lián)鎖該工段的上游所有工段同步緊急停止；對于下游工段無急停條件下，一般按照清空下游皮帶余煤后正常停止模式，使生產(chǎn)和設(shè)備安全處于最有利條件。

2）人工急停保護(hù)

現(xiàn)場發(fā)生其它意外情況，由現(xiàn)場巡檢就地操作某一急停開關(guān)，信號輸出后系統(tǒng)應(yīng)即時聯(lián)鎖命令該工段急停并對電機(jī)聯(lián)軸器制動；在卸煤運(yùn)行狀態(tài)下，也必須聯(lián)鎖該工段的上游所有工段同步急停；

3.2 輔助系統(tǒng)的急停保護(hù)關(guān)系

在輸煤系統(tǒng)空載運(yùn)行模式下，輔助系統(tǒng)內(nèi)部的急停保護(hù)，不對主系統(tǒng)產(chǎn)生影響，僅對輔助系統(tǒng)自身有效，不與主系統(tǒng)設(shè)定聯(lián)鎖關(guān)系。

在卸煤運(yùn)行模式下，皮帶鏈碼的“非校驗狀態(tài)”丟失、刮水器“抬犁到位”信號丟失、除鐵器故障或“正常運(yùn)行信號”丟失、采樣裝置“采樣頭故障”，篩碎系統(tǒng)故障或“正常運(yùn)行信號”丟失等，都必須讓所在工段急停制動并聯(lián)鎖上游工段同步急停。輔助系統(tǒng)本身的急停則應(yīng)按照其內(nèi)部控制邏輯執(zhí)行。

4 結(jié)語

經(jīng)過充分了解系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行特性，對各種運(yùn)行工況下的相互影響關(guān)系進(jìn)行深入論證推斷和嚴(yán)密的系統(tǒng)邏輯分析，建立制定出了《輸煤順控系統(tǒng)功能邏輯設(shè)計說明書》，并在系統(tǒng)調(diào)試初始階段反復(fù)使用模擬方式進(jìn)行各種工況試驗，對后臺邏輯漏洞進(jìn)行了充分的完善，最后形成了如上圖的輸煤DCS主控操作畫面。

在系統(tǒng)投入實體運(yùn)行后，經(jīng)過連續(xù)半年以上的運(yùn)行觀察，該套控制邏輯設(shè)計取得了圓滿成功。