輸煤控制系統(tǒng)自動(dòng)配煤分析

趙林超，許月陽(yáng)

(1.秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司，河北秦皇島066003;2.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院(國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院)，江蘇南京210023)

輸煤控制系統(tǒng)自動(dòng)配煤分析

趙林超1，許月陽(yáng)2

(1.秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司，河北秦皇島066003;2.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院(國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院)，江蘇南京210023)

分析了燃煤電廠自動(dòng)配煤功能難以實(shí)現(xiàn)的原因，介紹了手動(dòng)配煤過(guò)程出現(xiàn)的諸多問(wèn)題。結(jié)合秦皇島電廠輸煤程控系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)自動(dòng)配煤系統(tǒng)的控制原則、參數(shù)設(shè)定以及操作實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了全方位的研究分析。

控制原則;自動(dòng)配煤;控制邏輯;實(shí)現(xiàn)

0 引言

秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司燃煤系統(tǒng)按照1000MW容量設(shè)計(jì)，共有20個(gè)原煤倉(cāng)，每個(gè)倉(cāng)容積320m3，儲(chǔ)煤量300t，日耗煤量1.1萬(wàn)t。配煤系統(tǒng)采用14號(hào)皮帶抬落犁煤器向原煤倉(cāng)配煤，其中1、2號(hào)爐各設(shè)4個(gè)原煤倉(cāng)，3、4號(hào)爐各設(shè)6個(gè)原煤倉(cāng)，4臺(tái)機(jī)組共計(jì)20個(gè)原煤倉(cāng)。輸煤程控系統(tǒng)為燃料部唯一的輸煤設(shè)備集中控制系統(tǒng)，因此它的運(yùn)行是否穩(wěn)定可靠，直接影響到卸煤、儲(chǔ)煤以及供煤工作。

現(xiàn)輸煤控制系統(tǒng)采用PLC技術(shù)，通過(guò)INTOUCH組態(tài)軟件二次開(kāi)發(fā)來(lái)代替現(xiàn)有輸煤程控系統(tǒng)中的模擬屏和操作按鈕，采用上位機(jī)加PLC的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行設(shè)備的監(jiān)視并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟?？刂?。在程控系統(tǒng)中，上位機(jī)對(duì)PLC發(fā)布命令，由PLC來(lái)執(zhí)行命令，同時(shí)上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)，及時(shí)作出調(diào)整反饋，形成閉環(huán)管控。當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，隨時(shí)可切換到手動(dòng)操作狀態(tài)運(yùn)行設(shè)備，不影響PLC的正常運(yùn)行。

1 程控系統(tǒng)控制原則

(1)正常運(yùn)行時(shí)，輸煤設(shè)備應(yīng)按逆煤流方向順序啟動(dòng)，避免跑煤。

(2)正常停止時(shí)，輸煤設(shè)備應(yīng)按順煤流方向順序延時(shí)停機(jī)。

(3)事故停機(jī)時(shí)，從發(fā)生事故設(shè)備起逆煤流順序立即停機(jī)(碎煤機(jī)除本身事故外，不停機(jī))。

(4)由于緊急情況需立即停止所有設(shè)備時(shí)，操作臺(tái)及上位機(jī)急停畫(huà)面上均有急停按鈕，一旦動(dòng)作，PLC將立即使所有設(shè)備停止，欲恢復(fù)正常狀態(tài)，點(diǎn)擊“系統(tǒng)復(fù)歸”按鈕，即可切除系統(tǒng)急停狀態(tài)。

(5)單獨(dú)急停某一設(shè)備。在急停畫(huà)面中，還包含皮帶、碎煤機(jī)和微振篩等單體設(shè)備的急停按鈕。當(dāng)運(yùn)行人員認(rèn)為某一設(shè)備異常時(shí)，可單獨(dú)急停這一設(shè)備。此操作將導(dǎo)致從該設(shè)備起到煤源的逆煤流方向上，相關(guān)設(shè)備全部停止運(yùn)行。

2 自動(dòng)配煤制約因素及設(shè)備改造

2.1 自動(dòng)配煤難以實(shí)現(xiàn)的原因

電廠現(xiàn)階段采用的是就地手動(dòng)配煤，由操作人員根據(jù)各倉(cāng)煤位高低進(jìn)行人工抬落犁煤器，并通知集控操作人員的一種加倉(cāng)方式。雖然這種方式較為靈活，可以優(yōu)先給煤位較低的煤倉(cāng)加煤，但是由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，曾發(fā)生因監(jiān)控不到位而出現(xiàn)的堵煤現(xiàn)象，引起皮帶跳停，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)停運(yùn)。因此，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)配煤有著重要意義。自動(dòng)配煤是通過(guò)設(shè)定程序，按照一定的順序自動(dòng)抬落犁煤器的一種控制方式，這種方式替代了就地值班員對(duì)犁煤器的頻繁操作，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

現(xiàn)階段自動(dòng)配煤沒(méi)有得以實(shí)現(xiàn)的主要原因是，由于煤倉(cāng)料位計(jì)檢測(cè)信號(hào)不可靠，不能用作開(kāi)始和終止配煤的可靠控制條件。電廠原安裝的料位計(jì)對(duì)煤塊、粉塵以及煤倉(cāng)的高濕度不適應(yīng)，料位計(jì)測(cè)量誤差大，信號(hào)時(shí)有丟波現(xiàn)象、死機(jī)數(shù)值不變化等故障。運(yùn)行人員不能將料位計(jì)反饋信號(hào)作為判斷煤位的依據(jù)，煤位基本依靠值班員現(xiàn)場(chǎng)用強(qiáng)光手電觀察估算。由于輸煤集控室人員不能準(zhǔn)確了解煤倉(cāng)煤位，曾發(fā)生過(guò)燒空倉(cāng)致使鍋爐滅火事故。近幾年，由于PLC的應(yīng)用提升了火電廠自動(dòng)化水平，同時(shí)料位計(jì)檢測(cè)技術(shù)飛速發(fā)展，出現(xiàn)了適用于工礦環(huán)境的產(chǎn)品，使得自動(dòng)配煤實(shí)現(xiàn)成為可能。

2.2 自動(dòng)配煤系統(tǒng)中的硬件改造

固體料面的形狀和表面特性比較復(fù)雜，而且隨時(shí)間不斷變化，因此提高料位測(cè)量結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性對(duì)于系統(tǒng)控制來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。經(jīng)調(diào)研，德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的SITRANS LR460型雷達(dá)料位計(jì)采用四線制的供電方式，較一般的兩線制方式，更能有效保證儀表的發(fā)射功率。在粉塵大、量程大、料面安息角較大而導(dǎo)致能量散射嚴(yán)重的工況下，其可靠性較高。

SITRANS LR460是24GHz頻率的FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)雷達(dá)物位變送器，量程高達(dá)100m，具有連續(xù)自校準(zhǔn)的處理功能。被處理的信號(hào)與一個(gè)表示已知固定距離的內(nèi)部參照信號(hào)進(jìn)行比較，任何差值會(huì)自動(dòng)得到補(bǔ)償，這樣消除了由溫度波動(dòng)或變送器內(nèi)部電子部件老化引起的可能的測(cè)量漂移。采用FMCW的工作原理的雷達(dá)物位計(jì)的精度、穩(wěn)定性和可靠性一般都要優(yōu)于脈沖方式的雷達(dá)物位計(jì)。其自身具有自潔能力，可大大提高維護(hù)周期，維護(hù)周期大約兩到三個(gè)月一次甚至免維護(hù)。硬件改造后，運(yùn)行結(jié)果表明，丟波現(xiàn)象明顯下降，設(shè)備回傳數(shù)據(jù)穩(wěn)定，已經(jīng)到達(dá)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤的目的。

3 原煤倉(cāng)自動(dòng)配煤控制邏輯的設(shè)定及實(shí)現(xiàn)

在制定自動(dòng)配煤方式時(shí)，要對(duì)程序邏輯進(jìn)行設(shè)定。需要考慮由于不能重載落犁，程序無(wú)法依照設(shè)定的倉(cāng)位低值來(lái)優(yōu)先加倉(cāng)，直到高煤位信號(hào)出現(xiàn)時(shí)才會(huì)按照順煤流方向落下一臺(tái)犁煤器。這使得在鍋爐負(fù)荷高或者平均倉(cāng)位低的情況下很有可能導(dǎo)致后面的煤倉(cāng)燒空，對(duì)鍋爐給煤系統(tǒng)造成很大影響。

3.1 流程的總體設(shè)計(jì)

自動(dòng)配煤方式分順序配煤、低煤位優(yōu)先配煤、余煤配煤3種方式。

以1號(hào)爐為例，首先將配煤方式選成自動(dòng)，系統(tǒng)將按一、二、三、四倉(cāng)的順序正常配煤，當(dāng)前倉(cāng)出現(xiàn)高煤位信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)到下一倉(cāng)繼續(xù)配煤，直到尾倉(cāng)出現(xiàn)高煤位信號(hào)。這是正常的順序配煤方式。但是在實(shí)際的工作中，經(jīng)常出現(xiàn)其他倉(cāng)出現(xiàn)低煤位信號(hào)的問(wèn)題，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)選擇低煤位優(yōu)先配煤方式。優(yōu)先向出現(xiàn)低煤位煤倉(cāng)配煤。如果有兩個(gè)以上原煤倉(cāng)出現(xiàn)低煤位，優(yōu)先配煤位較低的倉(cāng)，直到低煤位全部消失后，再順序配煤。上位機(jī)發(fā)出程配完畢信號(hào)，操作員須操作流程停機(jī)。程配完畢后，皮帶上的余煤將均勻分配給每個(gè)煤倉(cāng)，目的是使設(shè)備下次啟動(dòng)時(shí)不致重載。

3.2 實(shí)現(xiàn)方法

(1)設(shè)定高、低煤位值

每個(gè)煤倉(cāng)都配備一個(gè)雷達(dá)料位計(jì)，將對(duì)應(yīng)煤位的毫安值信號(hào)直接送給PLC AI模塊，上位機(jī)畫(huà)面采集該信號(hào)后還原成煤位顯示，操作員合理設(shè)定高煤位的限值，PLC程序采集的實(shí)際煤位值與設(shè)定值比較，當(dāng)實(shí)際值超過(guò)設(shè)定值時(shí)判斷該倉(cāng)已加滿，同時(shí)發(fā)送指令順配至下一個(gè)倉(cāng)，要求直到下一倉(cāng)的犁煤器落位后，前一個(gè)滿倉(cāng)才抬犁。

(2)順序配煤方式的實(shí)現(xiàn)

順序配煤是在運(yùn)行人員啟動(dòng)上煤程序流程的同時(shí)，點(diǎn)擊自動(dòng)配煤按鈕。程序?qū)匆弧⒍⑷?、四倉(cāng)的順序進(jìn)行配煤。順序配煤原則為先將一倉(cāng)的煤位上到高煤位，然后順序上二倉(cāng)到高煤位，這樣依次直到4倉(cāng)高煤位為止。為了防止超過(guò)2個(gè)以上犁煤器下落時(shí)對(duì)皮帶的磨損，禁止多個(gè)犁煤器同時(shí)落下，當(dāng)配煤倉(cāng)的犁煤器處于落下?tīng)顟B(tài)時(shí)，其他犁煤器必須處于抬起狀態(tài)。

當(dāng)順序配煤過(guò)程中，某一倉(cāng)出現(xiàn)低煤位信號(hào)時(shí)，暫時(shí)退出順序配煤流程，啟動(dòng)低煤位優(yōu)先配煤方式，直到低煤位信號(hào)消失，在從新啟動(dòng)順序配煤流程。

工作原理為:當(dāng)啟動(dòng)順序配煤時(shí)，一倉(cāng)配煤?jiǎn)?dòng)并自鎖，直到一倉(cāng)配煤完畢也就是一倉(cāng)高煤位信號(hào)為真時(shí)切斷輸出，同時(shí)利用一倉(cāng)高煤位信號(hào)啟動(dòng)二倉(cāng)配煤流程，以此類推，直到四倉(cāng)高煤位為止。為了避免多個(gè)犁煤器的同時(shí)落下，每個(gè)倉(cāng)都加入其他倉(cāng)的“互鎖”。

(3)程序配煤優(yōu)先級(jí)計(jì)算

低煤位優(yōu)先配煤的實(shí)現(xiàn)是將所有煤倉(cāng)煤位的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得出最低倉(cāng)位的數(shù)值，優(yōu)先對(duì)該倉(cāng)進(jìn)行補(bǔ)煤。其實(shí)現(xiàn)原理為:當(dāng)優(yōu)先配煤?jiǎn)?dòng)信號(hào)為真時(shí)，將4個(gè)煤倉(cāng)當(dāng)前煤位模擬量數(shù)據(jù)傳入最小數(shù)比較功能塊，此塊的功能為計(jì)算輸入量其中的最小值。這樣就得到了當(dāng)前輸入的最小模擬量。最小模擬量對(duì)應(yīng)煤位最低的倉(cāng)。為了得到這個(gè)最小模擬量所對(duì)應(yīng)的倉(cāng)，需要將這個(gè)最低煤位值和當(dāng)前煤位值進(jìn)行比較，相等的數(shù)值即為該倉(cāng)數(shù)。

(4)設(shè)定尾倉(cāng)、檢修倉(cāng)

設(shè)定一個(gè)尾倉(cāng)作為自動(dòng)配煤的結(jié)束倉(cāng)，設(shè)定好后該倉(cāng)立即落犁，尾倉(cāng)的犁煤器除了取消尾倉(cāng)設(shè)定及就地操作外，其他任何情況均無(wú)法抬起。為防止尾倉(cāng)加煤時(shí)無(wú)法抬起而發(fā)生意外，順配到尾倉(cāng)時(shí)程序發(fā)出尾倉(cāng)報(bào)警，引起操作員注意空煤，此時(shí)也可以重新設(shè)定尾倉(cāng)繼續(xù)順配。要注意的是尾倉(cāng)最多只能設(shè)定一個(gè)，手動(dòng)設(shè)定檢修倉(cāng)，則順配至該倉(cāng)自動(dòng)跨越不進(jìn)行加煤。

(5)設(shè)定超高煤位報(bào)警

自動(dòng)配煤過(guò)程中如果出現(xiàn)雷達(dá)料位計(jì)測(cè)量值與真實(shí)值出現(xiàn)偏差時(shí)，會(huì)導(dǎo)致煤位會(huì)不斷上升。為了避免這種情況的出現(xiàn)，需設(shè)置超高煤位開(kāi)關(guān)作為第二道保護(hù)，上位畫(huà)面發(fā)出相應(yīng)顯示，同時(shí)程序發(fā)出滿倉(cāng)指令，進(jìn)行計(jì)數(shù)后順配至下一個(gè)倉(cāng)。

(6)設(shè)定犁煤器或煤倉(cāng)檢修時(shí)的處理

當(dāng)犁煤器或煤倉(cāng)檢修時(shí)，程序中需終止該倉(cāng)的配煤流程，由運(yùn)行人員手動(dòng)設(shè)定，輸煤集控室上位機(jī)上檢修方式下的設(shè)備會(huì)出現(xiàn)提醒標(biāo)記。

(7)設(shè)定自動(dòng)配煤中斷條件

自動(dòng)配煤中斷條件有:手動(dòng)操作“配煤結(jié)束”;皮帶機(jī)運(yùn)行信號(hào)消失;手動(dòng)操作“配清”;手動(dòng)操作“手配”;手動(dòng)抬落任一犁煤器。

4 自動(dòng)配煤操作實(shí)現(xiàn)

4.1 自動(dòng)配煤上煤流程

程控自動(dòng)配煤是指在控制室上位機(jī)工作站上，點(diǎn)擊方式選擇按鈕，流程選擇按鈕出現(xiàn)，點(diǎn)擊流程選擇按鈕，出現(xiàn)“全廠流程”畫(huà)面，在此畫(huà)面中，根據(jù)運(yùn)行需要選擇一條完整的流程，出現(xiàn)流程控制畫(huà)面。點(diǎn)擊選中按鈕后，預(yù)啟、程啟、程停按鈕出現(xiàn)，然后點(diǎn)擊預(yù)啟按鈕，進(jìn)行啟動(dòng)前的“預(yù)啟”操作，所選流程的擋板自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到正確位置，當(dāng)上位機(jī)出現(xiàn)預(yù)啟“成功”提示后，操作程啟按鈕，所選流程沿線設(shè)備自動(dòng)按逆煤流方向依次啟動(dòng)。

4.2 上煤流程啟動(dòng)后進(jìn)入配煤程序

(1)首先順序向出現(xiàn)低煤位的煤倉(cāng)配一定數(shù)量的煤，直至低煤位報(bào)警全部消除。

(2)再依次給出現(xiàn)低煤位煤倉(cāng)順序配煤，消除煤倉(cāng)的所有低煤位信號(hào)。

(3)所有低煤位信號(hào)消失后，再進(jìn)行順序配煤，從第一倉(cāng)開(kāi)始順序?qū)⑺忻簜}(cāng)配至高煤位。

(4)在進(jìn)行順序配煤時(shí)，如又出現(xiàn)了低煤位、低煤位報(bào)警倉(cāng)，則立即轉(zhuǎn)到該煤倉(cāng)優(yōu)先配媒。在配至超低、低煤位信號(hào)消失，再延遲一段時(shí)間后，自動(dòng)返回到剛才順序配煤的煤倉(cāng)進(jìn)行順序配煤。

(5)如在配煤過(guò)程中遇到人為設(shè)定的檢修倉(cāng)或高煤位倉(cāng)，自動(dòng)跳過(guò)。當(dāng)配煤至尾倉(cāng)時(shí)，自發(fā)出“程序完畢”，上煤系統(tǒng)從煤源開(kāi)始自動(dòng)延時(shí)停機(jī)。

(6)在配煤完畢，皮帶機(jī)延遲停機(jī)過(guò)程中，煤倉(cāng)加煤進(jìn)入余煤配煤程序。即把皮帶上的余煤，從前面?zhèn)}開(kāi)始，順序給每一個(gè)出現(xiàn)高煤位的會(huì)再配一定量的煤。高煤位消失的倉(cāng)可一直配下去，直到出現(xiàn)高煤位為止，再逐倉(cāng)轉(zhuǎn)移，直至加倉(cāng)線路皮帶機(jī)上的煤能全部走空或煤倉(cāng)間皮帶停機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

分析了秦電公司輸煤程控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)配煤的設(shè)計(jì)方案。由于PLC技術(shù)的成熟應(yīng)用以及料位計(jì)探測(cè)技術(shù)的提升，由上位機(jī)組態(tài)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與操作，使得輸煤程控系統(tǒng)自動(dòng)配煤得以實(shí)現(xiàn)。由于能夠?qū)\(yùn)行設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、動(dòng)畫(huà)監(jiān)控，方便維護(hù)及管理，大大地減輕了現(xiàn)場(chǎng)人員巡視工作量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了撒煤堵煤現(xiàn)象，提高了工作效率。自動(dòng)配煤的實(shí)現(xiàn)，保證了機(jī)組燃煤供應(yīng)的正常運(yùn)行，大大提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］宋伯生.PLC編程理論、算法及技巧［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［2］王衛(wèi)兵，高俊山.可編程序控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

Analysis of automatic coal blending of coal conveying control system

It analyzed the reason of coal－fired power plant automatic coal blending function is difficult to achieve，introduced problems of manual coal blending process.Based on the characteristics of coal conveying control system in Qinhuangdao power plant，it finally studied control principle and parameters of the automatic coal blending system setting and operation realization.

control principle;automatic coal blending;controlling logic;implementation

TK223

B

1674－8069(2015)04－055－03

2015-02-24;

2015-05-16

趙林超(1985-)，男，河南武陟人，助理工程師，從事電氣檢修和輸煤程控。E－mail:leo200048@sohu.com