淺談鍋爐給煤機自動控制系統(tǒng)的改造

劉成進

（福建能源集團安溪煤矸石發(fā)電有限公司，福建 安溪 362411）

安溪煤矸石發(fā)電有限公司1、2號鍋爐給煤機自動控制系統(tǒng)，原設(shè)計為現(xiàn)場PLC自動控制系統(tǒng)，是江蘇賽摩拉姆齊技術(shù)有限公司配套產(chǎn)品。由于給煤機附近粉塵較多，控制柜又無密封設(shè)計，導致接點積灰、磨損、老化和松動，使控制系統(tǒng)的故障經(jīng)常發(fā)生，增加了現(xiàn)場維護的工作量。柜內(nèi)強電和弱電導線絞接在一起，相互干擾嚴重，最重要的是PLC控制器（PLC是精密電子設(shè)備，對環(huán)境要求較高）長期處于惡劣環(huán)境下，其運算性能和控制精度下降，常常因積灰出現(xiàn)誤動作和誤報警，甚至拒動作，且配件極貴，維護費用高。而給煤機自動控制系統(tǒng)，是鍋爐安全燃燒的重要組成部分。給煤機控制系統(tǒng)的控制精度是否準確、控制邏輯是否正確和保護功能是否可靠，將直接影響給煤機的運行，進而影響整個火力發(fā)電機組的安全和經(jīng)濟運行。由于上述問題的存在，難以保證鍋爐給煤控制系統(tǒng)的安全運行。

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，給煤機微機控制系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，為了適應(yīng)DCS系統(tǒng)和燃煤機組精確計量和自動控制的需要，以及公司安全生產(chǎn)的需要，決定進行給煤機控制系統(tǒng)直接采用DCS控制的技術(shù)改造工作。

1 工程特點及項目技術(shù)措施方案

福建省安溪煤矸石發(fā)電有限公司1、2號汽輪發(fā)電機組，是裝機容量為50MW燃煤機組。其中，鍋爐是由濟南鍋爐廠生產(chǎn)的YG220/9.8-M2型循環(huán)流化床鍋爐；汽輪機是由武漢汽輪機廠生產(chǎn)的N50-8.83/535型凝汽式汽輪機；發(fā)電機是由武漢汽輪發(fā)電機廠制造的QFS-50-2型發(fā)電機；給煤機是江蘇賽摩拉姆齊技術(shù)有限公司生產(chǎn)的皮帶給煤機，每臺機組共4套給煤機，都是采用PLC控制。因給煤機常出現(xiàn)設(shè)備故障，導致機組負荷波動，甚至造成鍋爐停爐，時刻威脅機組安全運行，因此對給煤機控制系統(tǒng)的可靠性，受到極大的關(guān)注。為提高電廠自動化水平，滿足機組安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、高效運行的要求，經(jīng)過研究決定進行如下技術(shù)改造：取消現(xiàn)場PLC控制器，其控制方法、控制過程、控制邏輯在DCS軟件上重新設(shè)計、重新編寫，采用DCS的強大功能，來實現(xiàn)PLC控制器的自動控制。

2 項目技術(shù)內(nèi)容及步驟

項目主要包括硬件及軟件兩部分。

2.1 硬件改造內(nèi)容

該項目硬件部分的改造，主要是熱控控制信號的的改造工作，即由原輸入至PLC的信號，全部改輸入至DCS相關(guān)卡件的端子，原部分電纜保留，主要信號做如下改造：

（1）氣動出口插板門未開到位跳閘保護。該項改造是取消原故障率極高、維護檢修難度較大的接觸式的限位開關(guān)，改用非接觸式的接近開關(guān)信號，送至DCS（該項改造已經(jīng)與賽摩拉姆齊技術(shù)有限公司取得聯(lián)系并被該公司采納，推廣全國相關(guān)的電廠使用）。

（2）給煤機出口溫度超80℃跳閘保護。該項改造是取消原精度等級較低的電接點雙金屬溫度計，改用熱電偶溫度測量信號送到DCS，并且通過DCS軟件程序的軟接點，實現(xiàn)給煤機出口溫度高于80℃跳閘保護的功能。

（3）堵煤跳閘保護、斷皮帶跳閘保護和給煤機變頻器故障跳閘保護等，原信號直接進入DCS。

（4）報警部分。給煤機皮帶跑偏報警，給煤機皮帶打滑報警，給煤機斷鏈報警，給煤機斷帶報警等，采用原PLC輸入信號進入DCS，DCS實現(xiàn)軟接點語音報警、給煤機堵煤報警、給煤機超溫報警、給煤機變頻器故障等DCS取用保護信號，DCS實現(xiàn)軟接點語音報警。

（5）輸出部分。DCS經(jīng)過計算機的邏輯判斷輸出指令的干接點，直接接至原來PLC的輸出端子，啟動給煤機及清掃機，實現(xiàn)DCS自動控制。

2.2 硬件改造步驟

（1）給煤變頻控制盤接線的整理，重新排列新接線端子，將輸入PLC的相關(guān)接線接入DCS的相應(yīng)端子；

（2）鋪設(shè)DCS至就地一次部分的控制電纜，并在控制柜內(nèi)與一次部分的相應(yīng)端子進行連接；

（3）完成給煤氣動出口插板門接近開關(guān)，給煤機出口溫度熱電偶等一次部分的的安裝工作；

（4）完成控制線的接線工作；

（5）將給煤控制盤可靠接地；

（6）檢查控制回路、動力回路接線是否正確；

（7）送電至給煤控制盤；

（8）就地單體調(diào)試變頻器啟停功能、調(diào)速功能，氣動出口插板門開關(guān)等單體調(diào)試；

（9）DCS單體調(diào)試變頻器啟停功能、調(diào)速功能，氣動出口插板門開關(guān)等單體調(diào)試；

（10）整體啟動調(diào)試。

2.3 設(shè)備材料清單

以下清單按每臺給煤機統(tǒng)計，共計8套（見表1）。

表1 設(shè)備材料清單表

2.4 軟件部分簡介

安溪煤矸石發(fā)電有限公司DCS系統(tǒng)是上海新華分散處理系統(tǒng)，它代表了新華的產(chǎn)品系列。軟件XDPS不局限于控制（Controlling），它強調(diào)的是過程處理（Processing），包含了控制及其他一些信息處理功能。XDPS可以構(gòu)成各種獨立的控制裝置、分散控制系統(tǒng)DCS、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA），它可以完成實時數(shù)據(jù)采集、過程控制、順序控制、高級控制、報警檢測、監(jiān)視和操作，可以對數(shù)據(jù)進行記錄、統(tǒng)計、顯示和打印等處理。

XDPS由高速實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和人機接口站（MMI）與分散處理單元（DPU）三大部分組成，是一套融計算機、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、信息技術(shù)和自動控制技術(shù)為一體的工業(yè)信息技術(shù)系列產(chǎn)品。

XDPS的通訊網(wǎng)絡(luò)，是以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的局域網(wǎng)，其主干網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)形冗余以太網(wǎng)，通訊速率10Mbps/100Mbps。I/O卡件與DPU通訊采用1∶1冗余的10M以太網(wǎng)，智能遠程I/O采用1∶1冗余以太網(wǎng)與主干網(wǎng)連接。XDPS采用了最新的控制和信息技術(shù)，把生產(chǎn)過程控制數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)綜合在一起，提供了工廠管理一體化的解決方案。

2.5 軟件編寫所達到的系統(tǒng)功能要求

軟件編寫部分內(nèi)容，主要是利用新華公司的生產(chǎn)的軟件——XDPS進行PLC所有邏輯的編寫工作，實現(xiàn)PLC自動運行系統(tǒng)相當?shù)倪壿?。其邏輯與原來PLC基本相同，且改造了原來的PLC不足之處。優(yōu)化控制系統(tǒng)邏輯。

詳細編寫過程是個復雜的過程，主要分成兩部分：一是DPU組態(tài)，二是CRT畫面的制作。其中DPU組態(tài)及CRT畫面的制作的主要過程及順序是：控制邏輯的設(shè)計→全局點目錄的建立→DPU離線組態(tài)→DPU在線下裝→CRT畫面的制作→實現(xiàn)軟手操控制→單體試驗。

實現(xiàn)的功能有：

（1）遠程控制方式。主控室送出給煤機啟動信號和給煤機停止信號，給煤量請求信號，實現(xiàn)遠程控制?？刂葡到y(tǒng)將采集稱重信號，同時處理馬達轉(zhuǎn)速脈沖信號得到速度，由此計算出實際給煤率，將與用戶申請的給煤率比較，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)流量的控制；

（2）就地控制方式。在就地控制方式下，給煤機啟動信號和給煤機停止信號以及給煤量請求信號，由現(xiàn)場的按扭及變頻器人機界面給出。同樣，控制系統(tǒng)將采集的稱重信號，同時處理馬達轉(zhuǎn)速脈沖信號得到速度，由此計算出實際給煤率。系統(tǒng)將與用戶申請的給煤率比較，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)流量的控制；

（3）保護及報警措施。當系統(tǒng)出現(xiàn)下列異常情況應(yīng)當向主控室發(fā)出報警，并采取相關(guān)保護措施。

1）稱重傳感器失效。處理方式：向主控室報警；

2）測速傳感器失效，檢測不到轉(zhuǎn)速。處理方式：延時兩秒后，停止給煤機皮帶馬達，向主控室報警；

3）用戶請求給煤率的輸入信號發(fā)生斷線。處理方式：給煤機向主控室報警；

4）變頻器故障。處理方式：當給煤機皮帶馬達變頻器出現(xiàn)故障時，向變頻器發(fā)出停止信號，給煤機停止運行，向主控室報警；

5）密碼保護畫面。保護用戶的操作權(quán)限，防止非操作人員進入控制主畫面對設(shè)備誤操作或?qū)\行參數(shù)進行非法修改。

（4）系統(tǒng)畫面設(shè)置。

1）主畫面。顯示系統(tǒng)的控制方式和運行狀態(tài)，顯示實時煤流量和累計煤流量，實現(xiàn)就地控制方式下的給煤機啟動和停止；

2）運行參數(shù)設(shè)置畫面。實現(xiàn)就地控制方式下的給煤率設(shè)定；

3）現(xiàn)場參數(shù)顯示畫面。顯示馬達轉(zhuǎn)速和電流，皮帶線速度，用戶請求給煤率和實際給煤率等參數(shù)；

4）報警顯示畫面。記錄異常故障情況發(fā)生的日期及時間。

給煤系統(tǒng)的CRT畫面如圖1所示。

圖1 給煤系統(tǒng)CRT畫面

3 經(jīng)濟效益分析

技改工程投入運行后，運行效果良好，信號更加穩(wěn)定，保護動作準確，報警系統(tǒng)語音功能更加可靠。該技改工作，充分保證了給煤機控制系統(tǒng)的安全可靠運行，大大減小設(shè)備故障，減輕日常的維護強度，節(jié)約了維護成本，為公司的長周期運行創(chuàng)造有利條件。最重要的是，基本上可以不用設(shè)備維護費用（除一次元件外），年平均可節(jié)約維護費用12萬元左右，同時保證了公司機組的安全穩(wěn)定生產(chǎn)，提高了公司的整體經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

2009年5月和2008年10月，分別對安溪煤矸石發(fā)電有限公司1、2號爐共8臺給煤機進行了技術(shù)改造。給煤機控制系統(tǒng)經(jīng)過技術(shù)改造后，兩臺爐給煤機控制系統(tǒng)投入運行已一年有余。在這一年多的時間里，給煤機故障的事故發(fā)生次數(shù)為零，運行維護工作也幾乎為零。同時，也杜絕了因控制系統(tǒng)引起的非計劃停車，克服了原來信息不足給分析事故原因帶來的困難，利用SOE報警信息能夠及時查明停車原因。

DCS系統(tǒng)為操作人員提供一個良好的人機界面，方便有效地對鍋爐給煤控制系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進行監(jiān)視和控制，克服了原PLC控制系統(tǒng)多數(shù)信號只在內(nèi)部處理的弊端。同時在保留其控制原理的基礎(chǔ)上，將PLC控制方式改造為DCS控制下可選擇的串級、自動、手動3種操作模式。徹底解決原來誤動作停車原因不明、系統(tǒng)通訊中斷故障等一系列的制約因素。事故原因能夠通過DCS的SOE、歷史趨勢得到準確判斷，表明控制系統(tǒng)瓶頸問題已經(jīng)消除。

事實充分證明，安溪煤矸石發(fā)電有限公司給煤機控制系統(tǒng)技術(shù)改造方案是合理的，DCS的邏輯組態(tài)是正確的，技術(shù)改造工程是成功的。本改造工作采用DCS控制給煤系統(tǒng)，不僅簡單方便，而且可靠性提高。對于節(jié)約能源、提高經(jīng)濟效益及保證設(shè)備安全生產(chǎn)都有著重大意義。

[1]上海新華控制工程有限公司.XDPS工程師手冊[K].上海：上海新華控制工程有限公司.2004.

[2]閆坤.電氣與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M].北京：清華大學出版社，2007.

[3]楊自厚.自動控制原理[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1990.